DE1029092B - Selbstabgleichender Stufenkompensator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsttätig abgleichenden Stufenkompensator zur Messung zeitlich veränderlicher Spannungen, bei dem die Kompensationsspannung z. B. nach dem Dezimalsystem oder nach anderen Zahlensystemen durch additive Zusammenfügung von Teilspannungen verschiedener Größe erzeugt wird und der Abgleich der Kompensationsspannungen in Stufen abnehmender Größe erfolgt.

Bei massenspektrometrischen Messungen ist es erforderlich, Ströme bzw. Spannungen von sehr verschiedener Größenordnung mit einer gleichbleibend hohen, etwa 1 °/₀₀ und weniger betragender Genauigkeit messen zu können. Diese Forderung kann am besten mit kompensierenden, insbesondere selbsttätig kompensierenden Meßgeräten erfüllt werden, doch muß ζ. Β. bei Verwendung bekannter, kontinuierlich sich selbst abgleichender schreibender Kompensatoren, die sogenannte Nullmotore verwenden, zur Messung sehr verschiedener Spannungen mit gleichbleibender relativer Genauigkeit eine häufige Umschaltung der Empfindlichkeit in Anpassung an die zu messende Spannung vorgenommen werden, damit ständig der Meßbereich des Gerätes möglichst weitgehend ausgenutzt wird und die Genauigkeit der Aufzeichnungen nicht zu stark abnimmt bzw. der Meßbereich überschritten wird. Hierdurch wie auch durch die etwa 1 Sekunde betragende Einstellzeit der genannten Kompensatoren ist die Schnelligkeit, mit der ein Massenspektrum durchlaufen werden kann, beschränkt. Auch ist häufig eine noch größere Genauigkeit der Messungen, als sie mit den genannten Kompensatoren erzielt wird, erwünscht.

Zur Steigerung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit von Massenspektren hat man eine Anzahl schreibender oszillographischer Meßsysteme mit exponentiell gestufter Empfindlichkeit kombiniert, um Spannungen wechselnder Größe mit annähernd gleichbleibender Genauigkeit aufzeichnen zu können. Diese Genauigkeit ist jedoch geringer als die bei Verwendung eines kompensierenden Meßgerätes.

Es ist auch bereits vorgeschlagen, bei einem Dekadenkompensator die Einstellung der Stufenschalter selbsttätig zu bewirken. Bei einem derartigen, mit mechanischen Mitteln arbeitenden Gerät dürfte die zur Einstellung erforderliche Zeit jedoch kaum weniger als 1 Sekunde betragen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines kompensierenden Meßgerätes für eine zeitlich veränderliche Spannung, das in der Sekunde eine große Zahl, z. B. 100, von Meßwerten zu liefern vermag, die auch bei z. B. im Verhältnis von 1 : 100 stehenden zu messenden Spannungen noch eine Genauigkeit von 1 °/₀₀ und besser aufweisen. Für die eigentliche Messung steht bei etwa 100 Messungen in der Sekunde nur eine etwa 1 Millisekunde betragende Zeitspanne zur Verfügung, wobei Selbstabgleichender Stufenkompensator

Anmelder:

Atlas -Werke Aktiengesellschaft,
Bremen, Stephanikirchenweide 1-19

Dr. Kurt Kronenberger, Bremen,
ist als Erfinder genannt worden

die restliche Zeit für die Registrierung und gegebenenfalls auch für die Nullpunktseinstellung vorgesehen ist. Die sich daraus ergebende hohe Meßgeschwindigkeit wird ermöglicht durch Abgleich der Kompensationsspannung auf die zu messende Spannung in Sprüngen von wechselnder, im Laufe des Abgleiche abnehmender Größe, wobei es für die leichtere Ablesung des Meßergebnisses bequem ist, das dekadische System zu verwenden, ohne daß damit die Verwendung anderer Zahlensysteme, die aus anderen Gründen vorteilhaft sein kann, ausgeschlossen ist. Der angeführten Genauigkeit wird durch Vorsehen einer ausreichend feinen Unterteilung des Meßbereiches Rechnung getragen, bei der der kleinste schaltbare Spannungssprung υκτγ^γ oder weniger des meßbaren Spannungshöchstwertes beträgt und wobei außerdem jede der zur Zusammensetzung der Kompensationsspannung verwendeten Teilspannungen eine relative Genauigkeit vqfn 1 °/₀₀ oder besser hat. Bei Auslegung

z. B. eines dekadischen Kompensators in dieser Weise haben immer nur die ersten drei bis vier Ziffern des Meßergebnisses eine physikalische Bedeutung. Trotz der Verkürzung der Abgleichzeit durch Vornahme des Abgleichs in Stufen abnehmender Größe ist die dafür zur \^erfügung stehende Zeit so kurz, daß die erforderlichen Schaltungen nicht mehr mit mechanischen, sondern nur mit elektronischen Mitteln durchführbar sind. Die schnell aufeinanderfolgenden Meßergebnisse werden in geeigneter Weise registriert.

Dies wird bei dem eingangs genannten Stufenkompensator dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß ausschließlich elektronische Schaltmittel verwendet werden, die durch periodisch erzeugte Impulse oder durch von diesen sekundär ausgelöste Impulse in Abhängigkeit vom Abgleichzustand des Kompensationskreises betätigt werden, daß Schaltungen mit Elektronenröhren zur Stabilisierung und zum durch zugeführte Impulse ausgelösten Ein- und Ausschalten von Strömen vorgesehen sind, die in teilweise zusammenfallenden unveränderlichen Widerständen

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des Kompensationskreises voneinander unabhängige Teil- als Schaltröhren dienende Elektronenröhren 10 aufweist, kompensationsspannungen erzeugen, daß eine oder mehrere die durch ihrem Steuergitter zugeführte verschiedene Zählketten zur Zählung zugeführter periodischer Impulse Spannungen einzeln ein- und ausgeschaltet werden vorgesehen sind, die mit Teilspannungsschaltern zusam- können. Üher jede eingeschaltete Röhre 10 fließt ein menwirken oder aus solchen durch kettenartige An- 5 auf einen Normwert I₀ eingestellter, konstanter Strom einanderreihung gebildet sind, daß bei Verwendung über eine der Leitungen 5 zu einem bestimmten Anschlußmehrerer Zählketten durch zugeführte Impulse zu be- punkt 4 des Widerstandes 3. Die Rückleitung aller tätigende elektronische Schaltmittel vorgesehen sind, die Ströme erfolgt über die Leitung 6, die auch die gemeines ermöglichen, die periodischen Impulse irgendeiner der same Anodenspannungsquelle der Röhren enthält. Der Zählketten zuzuführen, daß ein Gleichspannungsverstär- io Gesamtwert des Widerstandes 3 beträgt 9 ■ 10* ■ A₀, woker zur vorzeichenrichtigen Verstärkung der Differenz- bei R₀ so gewählt ist, daß der genannte Widerstandswert spannung im Kompensationskreise zwischen der zu klein im Vergleich zum Widerstände einer eingeschalteten messenden und der kompensierenden Spannung vor- Schaltröhre 10 ist. Er kann bis zu 2000 Ω betragen. Durch gesehen ist und weiter von der verstärkten Differenz- die Lage der Anschlüsse 4 sind den zehn Röhren der spannung entsprechend deren Vorzeichen zu betätigende 15 ersten Röhrengruppe oder -dekade der Reihe nach die elektronische Umschalter vorgesehen sind, die je nach Widerstände 1 · 10* 7?₀ (für die ersten beiden Röhren ihrem Schaltzustande die Zuführung von periodischen übereinstimmend), 2 · 10⁴ R₀... 9 · 10* R₀ als zwischen Impulsen zu einer von mehreren Zählketten zulassen oder einem der Anschlüsse 4 und dem Anschluß der Rückunterbrechen, primäre oder sekundäre periodische Im- leitung 6 liegende Teile des Widerstandes 3 zugeordnet; pulse den Schaltmitteln für die Impulse und /oder einzeln 20 entsprechend den zehn Röhren der zweiten Röhrengruppe zu betätigenden Teilspannungsschaltern zuführen, und die Widerstände 1 · 10³ R₀ bis 9 · 10³ R₀, usf. bis zur daß die verschiedenen Schaltvorgänge im Sinne eines fünften Röhrengruppe, der die Widerstände R₀ bis 9 R₀ fortschreitenden stufenweisen Abgleichs der Kompen- zugeordnet sind. Die von von verschiedenen Schaltsationsspannung auf die zu messende Spannung erfolgen. röhren 10 kommenden Ströme I₀ im Widerstände 3 er-Es ist bekannt, bei einem Gleichstromkompensator 25 zeugten Teilkompensationsspannungen sind entsprechend mit einem von einem Hilfstrom durchflossenen Mehr- den angegebenen Widerstandswerten gestuft und gedekadenwiderstand, der entsprechend der Abgleich- statten die Einstellung jeder Spannung zwischen 0 bis einstellung seinen Widerstand ändert, den Hilfstrom 99999 R₀ · J₀ durch Einschalten der entsprechenden ZaM durch eine als Stromregler wirkende gittergesteuerte von Röhren mit einer durch die kleinste Spannungs-Elektronenröhre konstant gehalten. 30 stufe R₀ · Z₀ gegebenen Genauigkeit. Dabei ist die erste Für eine mit elektronischen Mitteln arbeitende, schnell Schaltröhre jeder Dekade, der eine Teilkompensationseinstellende Kompensationseinrichtung ist es bekannt, spannung von der Größe der Spannungsstufe beim den stetig erfolgenden Abgleich einer kompensierenden Weiterschalten in der Dekade zugeordnet ist, unberück-Spannung auf eine vorgegebene Spannung mit einem sichtigt geblieben, da diese nur während des Abgleich-Gleichspannungsverstärker zur vorzeichenrichtigen Ver- 35 Vorganges, jedoch nicht zur Darstellung des endgültigen Stärkung der Differenzspannung in Kompensationskreise Meßwertes verwendet wird. Diese Schaltröhre bzw. die zu steuern. ihr zugeordnete Teilkompensationsspannung wird deshalb Die Erfindung werde erläutert an dem Beispiel eines als »überzählig» bezeichnet. Der Höchstwert der meßelektronischen Dekadenkompensators, der Spannungs- baren Spannung kann beispielsweise 10 V betragen und meßwerte in Form fünfstelliger Zahlen selbsttätig er- 40 die kleinste Spannungsstufe 0,1 mV. Die aufeinandermittelt und durch Markierungen in den Feldern eines folgenden, jeweils um eine Einheit zunehmenden Komdekadischen Zahlenschemas festhält. Andere Ausfüh- pensationsspannungen einer Dekade werden mittels der rungsbeispiele betreffen die Verwendung des binären zugehörigen Schaltröhren eingeschaltet, wobei beim EinZahlensystems. Es zeigt schalten einer der zwei bis neun Einheiten betragenden Abb. 1 ein Übersichtsbild der Gesamtschaltung eines 45 Teilspannungen einer Dekade jeweils die vorher eingesich selbsttätig einstellenden elektronischen Kompen- schaltete Teilspannung abgeschaltet wird, so daß, absators mit Aufzeichnung der Meßwerte, gesehen von der ersten «überzähligen» Schaltröhre, Abb. 2 ein Blockschaltbild des eigentlichen elektroni- niemals mehr als eine Schaltröhre in einer Dekade eingesehen Kompensators zur Erläuterung der selbsttätigen schaltet ist. Die Einschaltung der Schaltröhren einer Einstellung dekadisch gestufter Kompensationsspannun- 50 Dekade während des Abgleichvorganges entsprechend gen unter Benutzung von Zählketten, ihrer Aufeinanderfolge wird durch Zählketten bewirkt, Abb. 3 ein Schaltbild eines Gliedes einer Zählkette, denen von einem Impulsgenerator 11 periodisch Impulse Abb. 4 eine andere Ausführung eines elektronischen De- zugeführt werden. Diese Impulse werden mit einer kadenkompensators ähnlich dem nach Abb. 3, aber mit Frequenz von 50 kHz erzeugt, haben die Form scharfer anderer Reihenfolge des stufenweisen Abgleichs, 55 positiv gerichteter Zacken und werden im folgenden Abb. 5 ein Blockschaltbild einer binären Zählkette abgekürzt als P-Impulse bezeichnet. Der Abgleich Vorgang für die Einschaltung stufenweise zunehmender Teil- hat die Einstellung einer der zu messenden Spannung U_x spannungen in einer Dekade, angeglichenen Kompensationsspannung U^ zum. Ziele. Zu Abb. 6 ein Schaltbild eines Gliedes der Zählkette nach seiner Lenkung wird die Differenzspannung Ua= U_x —Ut Abb. 5, 60 verwendet, die durch einen im Kompensationskreise 1 Abb. 7 einen selbstabgleichenden elektronischen Korn- hegenden Verstärker 7 vorzeichenrichtig verstärkt und pensator mit diadisch gestuften Teilspannungen. über eine Leitung 8 dem Kompensator 9 zugeführt wird. In dem Kompensationskreise 1 ist einer zu messenden, Jedesmal, wenn beim Abgleich einer Dekade die Koman den Klemmen 2 liegenden Spannung U_x eine kompen- pensationsspannung die zu messende Spannung übersierende Spannung U^ entgegengeschaltet, die in dem 65 schreitet, wird durch das Negativwerden von Ua= U_x — U^ Widerstände 3 bzw. Teilen desselben durch über Lei- ein entsprechender Schaltvorgang ausgelöst, tungen 5 zugeführte Ströme erzeugt wird. Diese Ströme Im einzelnen geht der selbsttätige Abgleich des Komwerden in geeigneter Auswahl von dem eigentlichen pensators in folgender Weise vor sich. Die Einstellung elektronischen Kompensator 9 geliefert, der zu diesem der Kompensationsspannungen beginnt in der höchsten Zweck fünfzig in fünf Gruppen zu je zehn angeordnete, 70 Dekade, und zwar mit Einschaltung der ersten über-

zähligen Schaltröhre, wodurch eine Kompensationsspannung von 10000 R₀ · I₀ erzeugt wird. Während nacheinander die folgenden Schaltröhren einzeln eingeschaltet und dadurch die Kompensationsspannung Uk schrittweise auf 20000 R₀ ■ I₀, 30000 R₀ · I₀ usf. bis höchstens 100000 R₀ · I₀ erhöht wird, bleibt die erste Schaltröhre eingeschaltet. Sobald die Kompensationsspannung größer als die zu messende Spannung geworden ist, wird durch das Negativwerden der über die Leitung 8 zugeführten Differenzspannung der Übergang zur nächstniedrigeren Dekade ausgelöst.Dabei bleibt die zuletzt eingeschalteteSchaltröhre der ersten Dekade eingeschaltet, jedoch wird die zuerst eingeschaltete, »überzählige- Schaltröhre dieser Dekade wieder ausgeschaltet, wodurch die Kompensationsspannung um eine Einheit der ersten Dekade abnimmt und derart wieder kleiner als die zu messende Spannung wird. Zu Beginn des Abgleiche der zweiten Dekade wird die erste Schaltröhre dieser Dekade ein- und nach Beendigung des Abgleiche wieder ausgeschaltet. Die nacheinander eingeschalteten Teilspannungen betragen 1000 R₀ ■ I₀, 2000 R₀ · I₀ usf. bis maximal 10000 R₀ ■ I₀, bei welchem Wert spätestens der Übergang zur dritten Dekade erfolgt. Die Einstellung der Kompensationsspannung ist beendet mit Überschreitung der zu messenden Spannung beim stufenweisen Schalten in der letzten Dekade. Da jeder Schaltvorgang in den Dekaden von einem P-Impuls ausgelöst wird, sind im Höchstfall fünfzig P-Impulse für den vollständigen Abgleich erforderlich, was einer Zeit von nicht mehr als 1 Millisekunde entspricht.

Nach vollzogenem Abgleich bleibt die Einstellung des Kompensators für einige Zeit bestehen, während welcher die Aufzeichnung des Meßwertes erfolgt. Die Dauer der Meßpause ist dadurch bestimmt, daß jeder Abgleichvorgang nach Löschen des früheren Meßwertes durch Rückführung des Kompensators in den dem Meßwert ■ Null entsprechenden Ausgangszustand durch einen Impuls eines Impulsgenerators 12 eingeleitet wird. Die von diesem gelieferten Impulse weisen eine Frequenz von 100 Hz auf, sind negativ gerichtet und haben Rechtecksform und werden im folgenden abgekürzt als Q-Impulse bezeichnet.

Die Aufzeichnung der auf diese Weise in Abständen von 10 Millisekunden eingestellten Meßwerte erfolgt auf einem gleichmäßig bewegten Streifen 17 aus sich bei Stromdurchgang sichtbar veränderndem Papier durch Schreibstifte 14, die auf einer Linie quer zur Fortbewegungsrichtung des Aufzeichnungsstreifens in fünf Gruppen zu je neun nebeneinander angeordnet sind.

Die Schreibstifte sind der Reihe nach den in den verschiedenen Dekaden einschaltbaren, nach ihrer Größe geordneten Teilspannungen zugeordnet, so daß jeder Schreibstift einer der Ziffern 1 bis 9 mit einem Stellenwert von 1 bis 10000 Einheiten entspricht. Über Leitungen 13 wird für die Dauer der Einschaltung einer der letzten neun Schaltröhren jeder Dekade dem entsprechenden Schreibstift ein Schreibstrom zugeführt, der auf dem dekadenweise in bezifferte Felder unterteilten Schreibstreifen an bestimmter Stelle eine Schreibspur erzeugt. Die Rückleitung der Schreibströme erfolgt über die leitende Walze 15 und die Leitung 16. Die Gesamtheit der während einer Meßpause geschriebenen Spuren ergibt den leicht abzulesenden, augenblicklich geltenden Meßwert. Die beim Durchlauf der Dekadenstufen während des Abgleichvorganges geschriebenen Spuren sind wegen ihrer Kürze unbeacbtlich.

Ein Schaltschema des elektronischen Kompensators 9, dessen Wirkungsweise im vorstehenden kurz umrissen wurde, ist in Abb. 2 dargestellt. Entsprechend den fünf Schaltdekaden sind fünf im wesentlichen gleichartig aufgebaute Schaltungsgruppen vorgesehen, deren wiederkehrende Komponenten nach der Schaltröhrendekade, mit der sie zusammenarbeiten, unterschieden werden. Zur Kennzeichnung der Dekadenzugehörigkeit werden hochgestellte römische Zahlen I bis V als Indizes verwendet, während die neun Schaltstufen jeder Dekade durch die als tiefstehende Indize? verwendeten Zahlen 1 bis 9 unterschieden werden. Für die »überzählige« Schaltstufe C ist jeweils die Indexbezeichnung 00 und für ein Kettenanfangsglied D der Index 0 verwendet. Für mehrfach wiederkehrende Schaltungsbestandteile mit gleichartiger Wirkungsweise sind die gleichen, nur durch Indizes unterschiedenen Bezeichnungen verwendet. Bei fortgelassenen Indizes sind die Bezeichnungen auf die betreffenden Schaltungsbestaiidteile in ihrer Gesamtheit zu beziehen.

Mit Rücksicht auf die erforderliche Schnelligkeit des Arbeitens sind nur elektronische Schaltelemente vorgesehen. Die Grundlagen der Impulsschalttechnik, wie die Verwendung von Elektronenröhren in Verbindung mit bistabilen Kippschaltungen als Ein- und Aus- oder Umschalter, werden als bekannt vorausgesetzt. Derartige Schaltungen sind in der Abbildung nur als Blockbilder dargestellt, wobei zur Kennzeichnung der Funktion das entsprechende mechanische Schaltsymbol eingezeichnet ist.

11 und 12 sind die schon erwähnten Impulsgeneratoren für die Erzeugung der den Ablauf des stufenweisen Abgleichs steuernden P-Impulse und der periodisch den Neuabgleich auslösenden Q-Impulse. Die A bezeichnen elektronische Schalter, bestehend aus einer bistabilen Kippschaltung und einer damit gekoppelten, mittels eines zusätzlichen Gitters ein- und austastbaren Verstärkerröhre, die durch über Leitungen 25 zugeführte Impulse geschlossen (Stellung »Ein«) und durch über Leitungen 26 zugeführte Impulse geöffnet (Stellung »Aus«) werden. In der »Ein«-Stellung der elektronischen Schalter werden die über die Leitung 24 ankommenden P-Impulse über Leitungen 27 den elektronischen Umschaltern B zugeführt, die eine Kippschaltung nach Schmidt enthalten, die je nach dem Vorzeichen einer über Leitungen 28 zugeführten Spannung den einen oder den anderen von zwei Zuständen annimmt und dabei zwei angekoppelte, mittels eines zusätzlichen Gitters ein- und austastbare Verstärkerröhren abwechselnd und gegensinnig öffnet und schließt. Im Schaltzustande a, der bei positivem Vorzeichen der über 28 zugeführten Spannung vorliegt, werden die über Leitungen 27 ankommenden P-Impulse den Leitungen 29 zugeführt, beim Schaltzustande b, bei Zuführung einer negativen Spannung über die Leitungen 28, den Leitungen 30.

Die gleichartig aufgebauten Schaltungen C, D, E, F bestehen je aus einer bistabilen Kippschaltung, die je mit einer Schaltröhre gekoppelt ist, die je nach dem Zustande der Kippschaltung »ein«- oder »aus-r-geschaltet ist. Die gleiche Bezeichnung wird im folgenden für die Kennzeichnung der zugehörigen Zustände der Kippschaltung verwendet. In den Schaltungen C und E entspricht die Schaltröhre den in Abb. 1 dargestellten Schaltröhren 10, insbesondere in der Schaltung C der »überzähligen.- Schaltröhre. Die von den einzelnen Schaltröhren geschalteten, auf den Wert I₀ normierten Ströme werden, wie für die Abb. 1 beschrieben, über Leitungen 5 verschiedenen Punkten 4 des Widerstandes 3 zugeführt. In eingeschaltetem Zustande liefert außerdem jede E-Schaltung über eine Leitung 13 einen Schreibstrom an einen der Schreibstifte 14. Falls erwünscht, können die D-Schaltungen zum Schreiben von die Ziffer 0 darstellenden Spuren herangezogen werden. Die Schaltungen D und F schalten keinen für den Abgleichvorgang benötigten

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Strom, sind aber einheitlichkeitshalber in gleicher Weise über die Leitung 5} durch den Widerstand 3 fließt. Im wie die Schaltungen C und E aufgebaut. In jeder Dekade Anschluß daran bewirkt der über H kommende Q-Impuls sind, mit Ausnahme der ersten Dekade, eine Z)-Schaltung, die Einschaltung von Ĺ, so daß der nächste P-Impuls neun ^-Schaltungen und eine .F-Schaltung zu einer Zähl- über die Leitungen 24¹, 27¹, 29¹ den Anschlüssen 32¹ der kette zusammengeschaltet. 5 ersten Zählkette zugeführt wird. Dort löscht er das ein-

Durch den Eingängen 31 zugeführte negative Impulse geschaltete erste Glied der Zählkette D¹, was die Zündung können die Schaltungen C, D, E, F »gezündet«, d. h. aus des nächstfolgenden Gliedes E] zur Folge hat, wodurch dem "Aus«- in den »Ein*-Zustand übergeführt werden. ein weiterer Strom J₀ über die Leitung 5{ zum Wider-Durch über die Eingänge 32 zugeführte schwächere stände 3 fließt und die Kompensationsspannung auf positive Impulse werden sie "gelöscht», d.h. aus dem io 20000 R₀-I₀ erhöht.

»Ein«-in den »Aus«,-Zustand übergeführt. Beim Löschen Nachfolgende P-Impulse bewirken ein längs der Zähleiner »ein*-geschalteten Schaltung D oder E entsteht am kette der ersten Dekade fortschreitendes Löschen und Ausgange 33 ein negativer Impuls, der das nachfolgende, Zünden von Gliedern mit stufenweiser Erhöhung der »aus«-geschaltete Glied der Zählkette zu zünden vermag. Kompensationsspannung. Sobald diese die zu messende Durch die der Abbildung zu entnehmende Verbindung 15 Spannung überschreitet, kehrt sich das Vorzeichen der des Ausganges 33 jedes Gliedes mit dem Eingang 31 des über die Leitung 8, die Schaltung K und die Leitung 28 nachfolgenden kommt die Zählkettenwirkung zustande, den .^-Schaltungen zugeführten Steuerspannung um, und wenn mit zunächst »ein«-geschaltetem Anfangsglied D diese nehmen den Schaltzustand b an. Der nächste und »aus« -geschalteten Gliedern E₁, E₂ ... E₉ sämtlichen P-Impuls löscht C¹, wodurch am Ausgange 33 j, ein Gliedern einer Kette periodische Löschimpulse über die 20 negativer Impuls erzeugt wird, der C¹¹ und D¹¹ zündet, Leitung 29 zugeführt werden. Um vor Beginn eines Neu- und weiter über G¹,26¹ und 25ⁿ A¹ öffnet und A^u schließt, abgleiche der Kompensationsspannung sämtliche E- Obwohl mit dem Löschen von C¹ die Spannungsdiffe-

Schaltungen in allen Dekaden geichzeitig in die »Aus*- renz Ua = U_x — L⁷J; und entsprechend die über 8 und 28 Stellung bringen zu können, ist für diese Schaltungen den Umschaltern B zugeführte Spannung wieder positiv eine weitere Löschmöglichkeit durch einen über Eingänge 25 wird (es sei denn, daß U_x — Ό\ kleiner als eine Einheit 34 zuzuführenden negativen Nullstellungsimpuls, der eine der zweiten Dekade ist), erfolgt die Rückkehr der Umgewisse Länge haben muß, vorgesehen. Solche Impulse schalter B in den Schaltzustand α wegen der durch K besind die schon erwähnten Q-Impulse. Dadurch, daß sie wirkten Verzögerung erst nach vollzogener Löschung allen J?-Schaltungen gleichzeitig und an bestimmter Stelle von C¹. Das gleiche gilt für das Öffnen von A¹ wegen der der Schaltung zugeführt werden, wird der beim Aus- 30 durch G¹ bewirkten Verzögerung. Die nun folgenden schalten einer eingeschalteten ^-Schaltung entstehende P-Impulse werden über A¹¹ und Bⁿ der zweiten Zählkette Zündimpuls, der normalerweise die nachfolgende zugeführt und schalten der Reihe nach die Glieder E¹I, ^-Schaltung zünden würde, unwirksam gemacht. Die über E¹} usf. ein, bis das Negativwerden von U_x — C/* die die Anschlüsse 32 allen Gliedern einer Zählkette gleich- Umleitung der P-Impulse zur dritten Zählkette auslöst, zeitig zugeführten Löschimpulse (P-Impulse) verhindern 35 Nachdem die dritte, vierte und fünfte Dekade eingestellt im Gegensatz zu den Nullstellungsimpulsen nicht das ist, wird zuletzt mit Negativwerden von Ud= U_x- U^ C^v Einschalten eines Gliedes durch die Ausschaltung des gelöscht und .4^V ausgeschaltet. Die danach vorliegende vorhergehenden. Einstellung der Dekade bleibt, unabhängig von Änderun-

Den .F-Gliedern am Ende der zweiten bis fünften Zähl- gen von U_x, bis zum nächsten Q-Impuls bestehen, kette werden ständig P-Impulse über die Leitung 36 zu- 40 Wird z. B. in der zweiten Dekade schon beim Einschalgeführt, so daß sie nach etwaiger Zündung durch den ten von C¹¹ die Meßspannung überschritten, so bleiben nächsten P-Impuls wieder gelöscht werden. Die Polung die 5-Schaltungen im Zustande b, und der nächste des dabei in der Leitung 37 erzeugbaren Ausgangsim- P-Impuls bewirkt unter Löschung von C¹¹ und Zünden pulses wird durch einen Impulstransformator T umge- von Cⁱⁿ und D¹¹¹ die Umleitung der P-Impulse auf die kehrt. 45 nächste Dekade.

Die Schaltungen G, H und K bewirken eine Verzögerung Ist beim Zünden eines Gliedes einer Zählkette und der

der von ihnen übertragenen Impulse bzw. Spannungs- dadurch bewirkten Einschaltung eines Stromes I₀ der von änderungen um einige Mikrosekunden, wodurch die ord- dem vorhergehenden Gliede geschaltete Strom J₀ noch nungsgemäße zeitliche Aufeinanderfolge gegenseitig ab- nicht zu Null geworden, so können dadurch die Schaltunhängiger Schaltvorgänge gesichert und Schwingungser- 50 gen B kurzzeitig in den Schaltzustand b übergeführt werscheinungen verhindert werden. Die Schaltungen G und H den, befinden sich aber beim Eintreffen des nächsten können monostabile Kippschaltungen sein, die durch die P-Impulses wieder im Schaltzustande a. Wenn erwünscht, ankommenden Impulse in den labilen Zustand überge- kann die unnötige Betätigung der Umschalter B jedoch führt werden und nach einer Zeit, die etwas größer als durch eine geringe Verzögerung der an den Ausgängen 33 die Länge der von ihnen zu übertragenden Impulse ist, 55 der Glieder der Zählketten auftretenden Impulse verunter Erzeugung eines neuen Impulses zurückkippen. hindert werden. Eine gewisse Verzögerung kommt auch Die als Laufzeitkette auszuführende Verzögerungs- schon durch das Zusammentreffen von Zündimpuls und schaltung K ist nur erforderlich, wenn die Einschwingzeit Löschimpuls zustande.

des Verstärkers 7 (Abb. 1) bei Änderung der an seinem Bei einer schnellen Zunahme der zu messenden Span-

Eingang liegenden Spannung kleiner als die Länge der 60 nung während des selbsttätigen Abgleiche der Kompen-P-Impulse ist. sationsspannung könnte es vorkommen, daß der Abgleich-

Der selbständige Abgleich der Kompensationsspannung Vorgang nach Einschaltung des Gliedes E₉ einer Zählgeht in folgender Weise vor sich. Zu Beginn sind sämtliche kette nicht weiterläuft, weil Ua=U_x- Ujc positiv bleibt. Schaltungen A, C und F »aus«-geschaltet, die Schaltun- Dasselbe könnte auch infolge der unvermeidlichen Abgen B im Schaltzustande α und die Schaltungen D und E 65 gleichfehler der Teilkompensationsspannungen eintreten, teilweise »ein«·-, teilweise »aus«-geschaltet. Ein Q-Impuls wenn die zu messende Spannung zufällig mit einem der bewirkt über die Leitung 35 die Ausschaltung der in ver- mit den ersten vier Dekaden einstellbaren Spannungsschiedenen Dekaden »ein«-geschalteten ^-Schaltungen werte fast genau übereinstimmt. Für diesen Fall sind und schaltet außerdem C¹ und D¹ »ein«, wodurch ein die die F-Glieder am Ende der zweiten bis fünften Zählkette Kompensationsspannung 10 000 A₀ · J₀ erzeugender Strom 70 vorgesehen, um einen gewissermaßen »formalen« Abgleich

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in sämtlichen Dekaden zu ermöglichen, so daß zu Beginn des neuen Abgleichs die A- und D-Schaltungen der zweiten bis fünften Dekade sich in -Aus«-Stellung befinden. Bleibt nach dem Einschalten eines Gliedes E₉ die Umschaltung der elektronischen Schalter B aus, so wird, wie hier vorgesehen, dieses Glied durch den nachfolgenden P-Impuls gelöscht und damit das folgende -F-Glied gezündet. Bei dessen Löschung, die unabhängig von der Stellung der Schalter B durch den nächsten P-Impuls wird. Als Folge davon erniedrigt sich das Potential der Kathode der Diode 40, die hiernach auch weiterhin leitend bleibt und die Sperrung der Schaltröhre 10 aufrechterhält. Beim »Aus<< -Schalten von 32 aus wird an 33 ein starker negativer Impuls erhalten, der in den Zählketten zum »Ein..-Schalten des nachfolgenden Gliedes verwendet wird. Um die Zählketten der Abb. 2 in Nullstellung bringen zu können, ist weiter eine Änderung des Schaltzustandes »Ein., in "Aus« durch einen über 34 zu

erfolgt, wird ein Ausgangsimpuls erzeugt, der über den io geführten negativen Impuls von Rechteckform vorge-

Impulstransformator T und die Leitung 37 das C-Glied der gleichen Dekade ersatzweise löscht und damit die Betätigung des Schalters A für den Übergang zur nächsten Dekade bewirkt. Dieser Übergang kann auch indirekt erzwungen werden, indem man die F-Glieder eine Teilkompensationsspannung von solcher Größe einschalten läßt, daß die Spannung Ud = U_x — U_k mit sehen. Dieser Impuls sperrt die Röhre 10, wodurch der Spannungsabfall an 43 abnimmt und die Röhre 38 leitend wird. Der weitere Vorgang ist dann der gleiche wie beim Löschen von 32 aus. Wird der negative Rechteckimpuls einer Schaltung, die sich im Zustande »Aus., befindet, zugeführt, so bleibt die Schaltung in diesem Zustande, auch wenn während der Dauer des Rechteckimpulses ein kurzer negativer Impuls an 31 zugeführt wird, und gibt, auch keinen negativen Ausgangsimpuls ab. Dies wird

Sicherheit negativ wird und dadurch die /^-Umschalter betätigt werden. Daß in beiden Fällen nicht der genaue

Augenblickswert der zu messenden Spannung festgestellt 20 verwendet, um, wie schon beschrieben, die Glieder E

wird, ist ohne Bedeutung, da sehr schnelle Änderungen einer Zählkette durch einen allen gemeinsam zugeführten

der Meßgröße nur ausnahmsweise auftreten werden und es keinen Sinn hätte, Änderungen der Meßgröße innerhalb der für den Abgleichvorgang benötigten Zeitspanne ermitteln zu wollen.

Die Ausfühi ung einer Schaltung, die für die Teile C, D, E und F des elektronischen Kompensators verwendet werden kann, zeigt Abb. 3. Durch die Schaltröhre 10 wird je nach dem an ihrem Gitter liegenden Potential der Strom I₀, der, über 5 den Widerstand 3 durchfließend, in '3° diesem eine Teilkompensationsspannung erzeugt, ein- oder ausgeschaltet. Hiernach wird auch der Schaltzustand der dargestellten Schaltung im ganzen als »ein..- oder »aus.-geschaltet bzw. als gezündet und gelöscht bezeichnet. Im Schaltzustande »Ein., ist die Diode 40 nichtleitend, so daß eine bei 42 zugeführte stabilisierte Spannung auch am Gitter der Röhre 10 liegt. Der Anodenstrom der Röhre 10 hängt dann fast nur von der Größe des Kathoden Widerstandes 43 ab und behält den einmal eingestellten Wert mit einer Genauigkeit von 1 °/_no. Die Röhre 41 liefert beim Schaltzustande »Ein., einen Schreibstrom über die Leitung 13.

Die bei verschiedenen Schaltzuständen in den Röhren 38, 39, 40,10 und 41 fließenden Ströme, und die dabei an den Punkten 45 bis 48 der Schaltung herrschenden Potentiale sind der zu der Abb. 3 gehörigen Tabelle zu entnehmen. Der Übergang von einem Schaltzustand zum anderen wird durch an den Punkten 31, 32, 34 zugeführte Impulse bestimmten Vorzeichens ausgelöst. Befindet sich die Schaltung im Zustande »Aus«, so sind die Röhren 38 und 40 leitend, die Röhren 39 und 10 nichtleitend. Ein an 31 zugeführter negativer Impuls sperrt die Röhre 38, wodurch die Spannung am Gitter der Röhre 39 steigt, so daß ein Anodenstrom durch den Kathoden-Impuls in den Zustand »Aus«, zu überführen.

Der an 31 zugeführte negative Zündimpuls ist größer als der an 32 zugeführte positive Löschimpuls, so daß bei einem Zusammentreffen beider der Zündimpuls überwiegt.

Eine Ausführung eines elektronischen Dekadenkompensators, bei dem in jeder Dekade zuerst die größte Teilspannung eingeschaltet und dann stufenweise verringert wird, ist in Abb. 4 dargestellt. Es werden die gleichen Schaltungsbestandteile wie bei der Ausführung nach Abb. 2 und 3 in nur wenig veränderter Anordnung verwendet. Die wichtigsten Unterschiede sind folgende. Bei den £-Schaltungen ist die Lage der Anschlüsse 31 und 33 vertauscht, so daß die über die Leitung 32 zugeführten P-Impulse wieder die aufeinanderfolgende Einschaltung der Zählkettenglieder von rechts nach links fortschreitend bewirken. Entsprechend sind die f-Glieder am linken Ende der Zählketten angeordnet. Während des Abgleichs einer Dekade ist Ua negativ, und die S-Schalter befinden sich in Stellung δ, wobei die P-Impulse über die Leitung 29 den Gliedern der betreffenden Zählkette zugeführt werden. S ist ein Impulsumformer, z. B. eine monostabile Kippschaltung, der den zur Einschaltung des Gliedes E₉ der zweiten bis fünften Dekade über die Leitung 49 bestimmten P-Impuls in einen negativen Impuls mit ausreichender Amplitude umwandelt.

Die stufenweise Einstellung der Kompensationsspannung auf den Meßwert geht in folgender Weise vor sich.

Vor Beginn des Neuabgleichs sind die Schaltungen A und F in -Aus..-Stellung, die Ε-Schaltungen teils »ein«-, teils -aus..-geschaltet. Durch einen Q-Impuls werden sämtliche .Ε-Schaltungen mit Ausnahme des Gliedes El, das ein..-geschaltet wird, »aus..-geschaltet. Da der Q-Impuls

widerstand 44 fließt. Dadurch erhöht sich das Potential 55 auch den .F-Schaltungen zugeführt wird, vermögen diese des Punktes 47, die Diode 40 wird nichtleitend, und die auch bei Löschung des vorangehenden £_rGliedes keinen

Spannung am Gitter der Röhre 10 steigt an. Der nunmehr über Widerstand 43 fließende Anodenstrom der Röhre 10 bewirkt eine Zunahme des Käthedenpotentials der Röhre 38, wodurch diese auch nach Aufhören des Impulses nichtleitend bleibt, ebenso wie die Diode 40, während die Röhren 39 und 10 leitend bleiben.

Um die Schaltung wieder in den Zustand »Aus., zu überführen, wird an 32 ein kurzer positiver Impuls zugeführt, der die Röhre 38 leitend macht, wodurch die Röhre 39 durch die Abnahme der am Gitter liegenden Spannung gesperrt wird. Dadurch verringert sich der Spannungsabfall am Kathodenwiderstand 44, so daß die Diode 40 leitend wird, womit die Gitterspannung der Schaltnegativen Ausgangsimpuls abzugeben. A¹ wird mit einer geringen Verzögerung eingeschaltet, und wenn, wie für die Erläuterung angenommen wird, die zu messende Spannung kleiner als 90000 R₀ · I₀ ist, befinden sich die B-Schalter in Stellung b, da Ug, negativ ist. Die weiterhin der Zählkette der ersten Dekade zugeführten P-Impulse bewirken fortschreitend die Einschaltung von jeweils um eine Einheit (10000 R₀ ■ I₀) kleineren Kompensations-Spannungen, bis Ua positiv wird. Danach nehmen die ß-Schalter die Stellung α an, und der nächste P-Impuls schaltet A¹ aus und A¹¹ ein. Außerdem schaltet er vor dem Wirksamwerden dieser Umschaltung über die Leitung 49¹¹ das Glied E¹J ein. Bleibt Ua positiv, so bewirkt

röhre 10 so weit abnimmt, daß diese Röhre nichtleitend 70 der nächste P-Impuls den Übergang zur nächsten Dekade,

8« 5Ο5/13Ξ

andernfalls wird die in der zweiten Dekade eingeschaltete Teilspannung stufenweise so wait verringert, bis Ua wieder positiv wird und danach erst der Übergang zur nächsten Dekade erfolgt. Der Abgleich ist beendet mit Ausschaltung des Schalters A^v.

Nimmt die zu messende Spannung während des Abgleichs schnell ab, so könnte nach Löschung eines Gliedes E₁ die Umschaltung der B-Schalter ausbleiben. Für diesen Fall ist durch das F-Glied am Ende der zweiten bis fünften

zustande "Ein.. Ein über den Anschluß 50 zugeführter negativer Impuls bewirkt die Sperrung der im Augenblick leitenden Röhre des Multivibrators, wodurch gleichzeitig die bisher gesperrte Röhre leitend wird. Wird beim Zustandswechsel die Röhre 52 leitend, so wird am Anschluß 51 ein negativer Impuls erzeugt. Ein übsr die Leitung 35 allen Gliedern gleichzeitig zugeführter negativer Q-Impuls sperrt die im Augenblick eingeschalteten Röhren 53, so daß alle Glieder den Schaltzustand >>Äus»^-,

Abgleichs alle ^4-Schalter sich in

'Aus.v-Stellung befinden.

Zählkette dafür gesorgt, daß auf jeden Fall ein Übergang io annehmen. Im "ein .>-geschalteten Zustande liefert der zur nächsten Dekade erfolgt, damit nach Beendigung des Multivibrator einen Schreibstrom über die Leitung 13,

Die Glimmlampe 55 dient der Sichtanzeige des Meßergebnisses.

Wird die Kompsnsationsspannung durchgehend aus »Aus.- 15 Teilspannungen zusammengesetzt, die nach dem diadischen System gestuft sind, so ermöglicht dies die Messung von unter einem gegebenen Höchstwert bleibenden Spannungen mit einer vorgeschriebenen Genauigkeit unter Verwendung der klsinstmöglichen Anzahl von schaltbaren der betreffenden Dekade kann die Schaltung nach Abb. 1 20 Teilspannungen. Dadurch wird der apparative Aufwand vereinfacht werden. Statt neun Anschlüssen 4 am Wider- verringert, und der Abglsichvorgang geht wesentlich stände 3 und neun Schreibstiften sind nur noch je vier schneller vor sich als bsi einem Dekadenkompsnsator.

Dafür muß allerdings der Nachteil in Kauf genommen werden, daß die Meßergebnisse vor ihrer Weiterverwen-Schaltröhren jetzt nicht mehr integrierender Bestandteil 25 dung erst in Dezimalzahlen übersetzt werden müssen,
der Glieder sind, sondern vier von den Gliedern der Ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Kom-

pensators nach diadischem System werde an Hand der Abb. 7 erläutert. Der Höchstwert der zu messenden Spannung und die Meßgenauigkeit sind für dieses 30 Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit den Ausführungsbsispialen nach Abb. 3 und 5 gewählt. Bei Ersatz des in Abb. 1 dargestellten dekadischen !Compensators durch einen diadischsn muß natürlich die Anzahl und Anordnung der Anschlußpunkte 4 am Widerstands 3 und Kette, die an die Stelle einer dekadischen Zählkstte E₁, 35 der Schreibstift? 14 dem diadischen System angepaßt E₂ ... E₉ nach Abb. 2 tritt, aus nur vier Gliedern Z₁, Z₂, werden. Wie bei den schon beschriebenen Ausführungs-Z₄, Z₈. Jedes Glied enthält eine bistabile Kippschaltung, beispielen wird auch hier der Abgleichvorgang von mit der eine Schaltröhre für einen normierten und stabili- P-Impulsen gesteuert, die mit einer Frequenz von 50 kHz sierten Strom I₀ gekoppelt ist. Je nachdem, ob ein Strom von einem Impulsgenerator 56 erzeugt werden, während I₀ fließt oder nicht, wird im folgenden der Schaltzustand 40 ein Impulsgenerator 57 dis den periodischen Neuabgleich eines Gliedes als "Ein. oder "Aus > bezeichnet. Durch unter Löschung des früh srsn Meßergebnisses bswirkenden Zuführung eines Impulses zu einem Anschluß 50 kann O-Impulss mit einsr Frequenz von 100 Hz erzeugt. Die der Schaltzustand eines Gliedes umgekehrt werdsn. Wenn Glieds- einer Zählkette sind mit M₀, M₁, M₂ ... M₁₁ ein »ein»-geschaltetes Glied »aus.-geschaltet wird, er- bezeichnet. Durch einei über einsn bestimmten Anschluß zeugt es dabei an einem Anschluß 51 einen Impuls, der 45 zu geführten Impuls kann jedes Glied der Zählkette über eine Verbindungsleitung dem Anschluß 50 des "ein,-geschaltet und durch einen übsr einsn anderen nächsten Gliedes zugeführt wird und dessen Schaltzu- Anschluß zugsführten Impuls wieder -> aus ..-geschaltet stand umkehrt. Die von aufeinanderfolgenden Gliedern werden. Im letzten FaIh gibt es übsr eine Verbindungseiner Kette geschalteten Stroms I₀ sind so zu Abgriffen leitung zum nächstfolgenden Glieds einen Impuls an des Widerstandes 3 geführt, daß die entsprechenden 50 dieses ab, der diesss Glied "ein -schaltet. N₁, N₂ ... N₁₁

Das gleiche läßt sich auch ohne Verwendung der F-Glieder erreichen, wenn die Schalter .4ⁿ bis A^Y so ausgeführt sind, daß sie durch einen O-Impuls in Stellung gebracht werden können.

Durch Zusammenstellung der Teilspannungswerte einer Dekade aus vier Grundspannungen nach dem diadischen System oder mit Werten gleich 1, 2, 3 und 4 Einheiten

davon erforderlich. Die Ausführung dsr Zählketten ist etwas zu ändern, indem die die Stroms I₀ schaltenden

Zählkette getrennte Schaltröhren für die erwähnten vier Grundspannungen vorgesehen sind, die in verschiedenen Kombinationen von den einzelnen Gliedern bsi deren Zündung eingeschaltet werden.

Eine noch einfachere Ausführung ergibt sich bsi Verwendung binärer Zählketten in den Dekaden, bsi denen der Zählvorgang unter jedesmaligem Zustandswechsel des ersten Gliedes abläuft. Nach Abb. 5 besteht eins solch s

Teilspannungen sich wie 1:2:4:8 verhalten. Vor jedem Neuabgleich werden sämtliche Glieder der Kette durch einen über die Leitung 35 zugeführten Nullstellungsimpuls (Q-Impuls) »aus.-geschaltet. Bsi Zuführung von P-

bszsichnen Schaltungen ähnlich der der Abb. 3, die durch an verschiedene Anschlüsse (60,61,62) zugeführte Impulse in den einen oder andsren von zwei stabilen Zuständen, die als "Ein. und -Aus. bezeichnet werden, übergeführt

Impulsen über die Leitung 29 zum Anschluß 5O₁ des 55 werden können und im "Ein,.-Zustande über eine

ersten Gliedes wird dieses zunächst »ein.- und dann abwechselnd -aus..- und -ein .-geschaltet. Bei jeder »Aus.-Schaltung eines Gliedes wechselt der Schaltzustand des in der Kette darauffolgenden Gliedes, mit dem Ergebnis, daß die Summe der eingeschalteten Teilspannungen nacheinander die Werte 1, 2, 3 ... 9 annimmt.

Ein Ausführungsbsispiel für die Schaltung eines Gliedes Z (Abb. 5) ist in Abb. 6 dargestellt. Zwei kreuzweise gekoppelte Elektronenröhren 52, 53 bilden einen bistabilen Multivibrator, der beim Übergang von einem Schaltzustand in den anderen über eine Hilfsschaltröhre 54 das Ein- und Ausschalten des normierten Kompensationsstromes I₀ durch die Schaltröhre 10 bewirkt. Im Schaltzustands "Aus. sind die Röhren 52 und 54 leitend, die

Leitung 63 einen Kompsnsationsstrom /₀ an einen Anschluß 4 des Widerstandes 3 und über eine Leitung 64 einen Schreibstrom liefern. Die Anschlüsse 4 sind so verteilt, daß der Strom I₀ der Schaltung .V_n eine Teil-

100000 _ . _t τ— j· c 1. υ.

spannung von -—-—K_n · I₀ erzeugt. Imr die Schaltung

Λ^Γ ₁₇ ergibt dies

100000
-———

Y₀ =

Die Blockbilder L₁, L₂ ... L₁₇ bezeichnen elektronische Schalter, die eine bistabile Kippschaltung enthalten, deren Zustand vom Vorzeichen einer zugeführten Steuerspannung abhängt und die mit einer mittels eines zu

Röhren 53 und 10 gesperrt, und umgekehrt im Schalt- 70 sätzlichen Gitters ein- und austastbaren Verstärkerröhre

gekoppelt sind, die, je nachdem, ob das Vorzeichen der Steusrspannung positiv oder negativ ist, den Durchgang von Impulsen verhindert oder zuläßt. Als Steuerspannung wird die von dem Verstärker? (Abb. 1) verstärkte Differenzspannung Ua = U_x- L\ verwendet, die über eine Leitung 65 zugeführt wird.

Zu Beginn eines Abgleichvorganges werden sämtliche Schaltungen N durch einen über die Leitung 66 an die Anschlüsse 62 zugeführten Q-Impuls »aus- -geschaltet, wodurch Ua positiv wird und die Schalter L geöffnet werden. Derselbe Impuls schaltet, gegebenenfalls mit einer geringen Verzögerung, das erste Glied der Zählkette M₀ über die Leitung 67 ein. Der nächste über die Leitung 58 kommende P-Impuls schaltet dieses Glied wieder aus, das dabei einen Impuls auf die Leitung 59 abgibt, der das nächste Glied der Zählkette M₁ und gleichzeitig über Anschluß 60 die Schaltung 2V₁ einschaltet. Ist danach die Differenzspannung Ua noch positiv, so bleibt N₁ bis zum nächsten Q-Impuls eingeschaltet, andernfalls wird der elektronische Schalter L₁ geschlossen, und der beim Ausschalten von M₁ durch den nächsten P-Impuls in der Ausgangsleitung 59 erzeugte Impuls bewirkt außer der Einschaltung von M₂ und der von 2V₂ über den Anschluß 60 die Ausschaltung von N₁ über den Anschluß 61. Die Betätigung der Schalter L muß jeweils mit einer gewissen Verzögerung gegenüber den Änderungen von Ud erfolgen. Im allgemeinen wird dies von selbst der Fall sein, da der Verstärker 7 eine gewisse Einstellzeit hat. Durch fortschreitendes "Aus,.- und »Ein--Schalten der Glieder der Zählkette schreitet der Abgleich in der beschriebenen Weise mit immer kleiner werdenden Stufen fort. Er ist beendet nach »Aus .-Schalten des Gliedes M₁₁, dessen Ausgangsimpuls je nach dem Vorzeichen der Steuerspannung Ua N₁ - eingeschaltet läßt oder ausschaltet.

Der Verstärker? (Abb. 1) ist mit besonderer Sorgfalt zu entwerfen. Er muß eine Nullpunktstabilität entsprechend der gewünschten Meßgenauigkeit, d. h. der kleinsten schaltbaren Spannungsstufe des Kompensators haben. Es kann auch eine Nulleinstellung oder eine Kontrollmessung unter Verwendung eines schwingenden Kontakts in den Meßpausen vorgesehen sein. Außerdem muß die Einstellzeit kleiner als der Abstand der P-Impulse sein, woraus sich eine Bandbreite von etwa 100 kHz ergibt. Als geeignet hat sich eine Verstärkerausführung erwiesen, bei der die zu messende Gleichspannung in einer symmetrischen Modulationsschaltung eine Wechselspannung moduliert, die verstärkt und anschließend durch einen gesteuerten Gleichrichter wieder in einen vorzeichenrichtigen Gleichstrom umgewandelt wird.

Um ein fehlerhaftes Arbeiten des selbsttätigen Kompensators infolge Verstümmelung eines P-Impulses durch einen Q-I mpuls zu vermeiden, können die P- undQ-Impulse so synchronisiert sein, daß die Q-Impulse in den Lücken der P-Impulse liegen. Für den gleichen Zweck kann auch eine Schaltung zur Unterdrückung der P-Impulse während eines Q-Impulses und darüber hinaus noch bis zu einer einen Bruchteil der Periode der P-Impulse betragenden Zeit nach dem ersten der dem Q-Impuls folgenden P-Impulse vorgesehen sein.

Die Q-Impulse können statt in regelmäßiger Folge durch einen Impulsgenerator auch durch einen den Abgleich abschließenden Schaltvorgang mit einer zur Aufzeichnung des Meßergebnisses ausreichenden Verzögerung ausgelöst werden. Zum Beispiel kann bei der Schaltung nach Abb. 2 der dem Schalter A^v über die Leitung 26^V zugeführte Impuls eine monostabile Kippschaltung auslösen, die bei ihrem mit einer einstellbaren Verzögerung erfolgenden Rückkippen einen O-Impuls erzeugt. Weiter kann die Ein- und Ausschaltung des Generators für die O-Impulse oder auch die Erzeugung einzelner Q-Impulse in Abhängigkeit von Änderungen der Meßgröße oder von anderen Vorgängen erfolgen.

Die Umschalter B in Abb. 2 und 4 können auch als monostabile Kippschaltungen mit einer Rückkippzeit ausgeführt sein, die etwas größer ist als die Periode der P-Impulse. Es genügt dann, die Steuerspannung U_d kurzzeitig unmittelbar im Anschluß an jeden P-Impuls zuzuführen.

Die zur Erzeugung verschiedener Kompensationsspannungen im Widerstände 3 verwendeten Ströme können auch von verschiedener Größe sein. An Stelle einfacher Regelröhren für die Konstanthaltung der Kompensationsströme mit durch einen Kathodenwiderstand erzeugter Regelspannung können auch Regelschaltungen vorgesehen sein, die unter Verwendung von mehr als einer Elektronenröhre eine verbesserte Regelwirkung erzielen. Während es im allgemeinen zweckmäßiger sein wird, die Regelschaltungen auch zum Aus- und Einschalten der Kompensationsströme durch an geeigneter Stelle zugeführte Schaltspannungen zu verwenden, ist damit die Verwendung besonderer elektronischer Schaltmittel für diesen Zweck nicht ausgeschlossen.

Die stufenweise Vergrößerung der in einer Dekade eines Kompensators nach Abb. 2 eingeschalteten Teilspannung kann auch in der Weise erfolgen, daß jedes Glied einer Zählkette, die an Stelle der aus D- und E-Gliedern bestehenden tritt, beim»Aus.< -Schalten einen zugeordneten elektronischen Schalter, etwa in der Ausführung nach Abb. 3, einschaltet, der einen stabilisierten Strom I₀ über einen für alle Schalter einer Dekade übereinstimmenden Kompensationswiderstand fließen läßt. Durch den Nullstellungsimpuls werden außer dem gerade eingeschalteten Gliede der Zählkette auch die eingeschalteten elektronischen Schalter für die Kompensationsströme wieder ausgeschaltet. Eine ähnliche Anordnung läßt sich bei der Schaltung nach Abb. 4 treffen. Dabei sind zu Beginn des Abgleichs einer Dekade sämtliche neun Schalter für die Kompensationsströme zu schließen undanschließenddurch die Weiterzündimpulse der Zählkette nacheinander zu öffnen. Als gleichwertig mit den beschriebenen Zählketten sind anzusehen Zählschaltungen beliebiger Art, die zugeführte Impulse zählen und in Abhängigkeit von deren Anzahl Teilspannungen in bestimmter Reihenfolge ein- oder ausschalten.

Gleichzeitig mit dem Meßergebnis kann auf dem Streifen 17 die Zeit oder eine andere Meßgröße registriert werden.

Die Aufzeichnung der Meßwerte kann, statt wie beschrieben, durch Schreibstifte, auf elektrisch empfindlichem Papier auch durch Lochung eines Papierstreifens in den Meßpausen erfolgen, der anschließend einem Zahlendrucker zugeführt wird.

Die Auswertung massenspektrografischer Messungen ist verhältnismäßig einfach, da nur die Spannungswerte für den höchsten Teil der verschiedenen Massen entsprechende Kurvenerhebungen abzulesen sind. Diese Spannungswerte sind leicht daran zu erkennen, daß sie für kurze Zeit unverändert bleiben, wobei einige wenige Meßwerte ausreichen, um das Konstantbleiben der Spannung anzuzeigen. Das Massenspektrum kann infolgedessen mit sehr großer Geschwindigkeit durchlaufen werden, was wiederum zur Steigerung der Genauigkeit der Bestimmung des Mengenverhältnisses verschiedener Massen beiträgt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Sich selbsttätig abgleichender Stufenkompensator zur Messung zeitlich veränderlicher Spannungen, bei dem die Kompensationsspannung z. B. nach dem

Dezimalsystem oder nach anderen Zahlensystemen durch additive Zusammenfügung von Teilspannungen verschiedener Größe erzeugt wird und der Abgleich der Kompensationsspannungen in Stufen abnehmender Größe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich elektronische Schaltmittel verwendet werden, die durch periodisch erzeugte Impulse (P-Impulse) oder durch von diesen sekundär ausgelöste Impulse in Abhängigkeit vom Abgleichzustand des Kompensationskreises betätigt werden, daß Schaltungen (C, D, N) mit Elektronenröhren zur Stabilisierung und zum durch zugeführte Impulse ausgelösten Ein- und Ausschalten von Strömen vorgesehen sind, die in teilweise zusammenfallenden unveränderlichen Widerständen des Kompensationskreises voneinander unabhängige Teilkompensationsspannungen erzeugen, daß eine (M₀, M₁, M« ...) oder mehrere (D', £f, Εξ ...; Εξ, Εξ, Ef ...) Zählketten zur Zählung zugeführter P-Impulse vorgesehen sind, die mit Teilspannungsschaltern (N) zusammenwirken oder aus solchen (E) durch kettenartige Aneinanderreihung gebildet sind, daß bei Verwendung mehrerer Zählketten durch zugeführte Impulse zu betätigende elektronische Schaltmittel (A) vorgesehen sind, die es ermöglichen, die P-Impulse irgendeiner der Zählketten zuzuführen, daß ein Gleichspannungsverstärker zur vorzeichenrichtigen Verstärkung der Differenzspannung (Ud) im Kompensationskreise zwischen der zu messenden und der kompensierenden Spannung vorgesehen ist und weiter von der verstärkten Differenzspannung (Ua) entsprechend deren Vorzeichen zu betätigende elektronische Umschalter (B; L) vorgesehen sind, die je nach ihrem Schaltzustand die Zuführung von P-Impulsen zu einer von mehreren Zählketten zulassen oder unterbrechen, primäre oder sekundäre P-Impulse den Schaltmitteln (.4) für die Impulse und/oder einzeln zu betätigenden Teilspannungsschaltern (C^x in Abb. 2, £,f in Abb. 4, Ny in Abb. 7) zuführen, und daß die verschiedenen Schaltvorgänge im Sinne eines fortschreitenden stufenweisen Abgleichs der Kompensationsspannung auf die zu messende Spannung erfolgen.

2. Sich selbsttätig abgleichender Stufenkompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungsschalter (Λ⁷ in Abb. 7, E in Abb. 2 und 4) und — bei Verwendung von mehr als einer Zählkette — die elektronischen Schaltmittel (A in Abb. 2 und 4) für die Impulse so eingerichtet sind, daß sie durch einen zugeführten Nullstellungsimpuls (Q-Impuls) in einen Schaltzustand übergeführt werden können, bei dem ein erneuter selbsttätiger Abgleich des Kompensators erfolgt.

3. Sich selbsttätig abgleichender Stufenkompensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Nullstellungsimpulse (Q-Impulse) periodisch in Zeitabständen, die größer als die maximal für den Abgleich erforderliche Zeit sind, zugeführt werden, und daß in den Meßpausen zwischen den Abgleichvorgängen die Anzahl und Größe der die Kompensationsspannung zusammensetzenden Teilspannungen aufgezeichnet werden.

4. Sich selbsttätig abgleichender Stufenkompensator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit den einzelnen Teilspannungsschaltern (38, 39, 40, 10 in Abb. 3) elektronische Schalter (41 in Abb. 3) gekoppelt sind, die Aufzeichnungseinrichtungen zur Anzeige der eingeschalteten Teilspannungan steuern.

5. Sich selbsttätig abgleichender Dckadenkompensator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß schaltbare «:

Teilspannungen in einer für die Darstellung eines ' "?

Meßergebnisses als Dezimalzahl erforderlichen Größe und Zahl vorgesehen sind, daß für jede Dekade (mit der Ordnungszahl x) eine Zählkette (D^x, Ef, Εξ . . . in Abb. 2, Εξ, Εξ ... in Abb. 4) vorgesehen ist, die zugeführte Impulse zählt und bei jedem Zählvorgang Teilspannungsschalter (E) in vorbestimmter Reihenfolge bzw. Zusammenstellung betätigt, wodurch die f; Kompensationsspannung der im Abgleich befindlichen Dekade synchron mit den P-Impulsen in gleichen, eine dekadische Einheit betragenden Stufen geändert wird, und daß bei Vorzeichenumkehr der Differenz- '* spannung (Ua) während des Abgleichs einer Dekade durch Betätigung der Umschalter (B) die Zuführung ' von P-Impulsen zur Zählkette dieser Dekade unterbrochen wird und der nächste P-Impuls zum Abschluß " des Abgleichs der betreffenden Dekade und/oder zur Einleitung des Abgleichs der nachgeordneten Dekade die Aus- bzw. Einschaltung einer einzelnen Teilspannung bewirkt und außerdem Schaltmittel (A) für die P-Impulse betätigt, wodurch nachfolgende P-Impulse der Zählkette der nachgeordneten Dekade zur Zählung zugeführt werden.

6. Sich selbsttätig abgleichender Dekadenkompensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich der Dekaden unter stufenweiser Vergrößerung der Kompensationsspannung einer Dekade von 0 auf 1, 2, 3 ... 10 dekadische Einheiten erfolgt und daß zur Einleitung des Abgleichs einer Dekade eine Teilspannung im Betrage einer dekadischen Einheit durch einen O- oder P-Impuls einzeln eingeschaltet und bei Vorzeichenumkehr der Differenzspannung (Ud) während des unter Zählung von P-Impulsen erfolgenden Abgleichs durch einen P-Impuls wieder ausgeschaltet wird, um damit den Abgleich der betreffenden Dekade abzuschließen.

7. Sich selbsttätig abgleichender Dekadenkompensator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur stufenweisen Vergrößerung der Kompensationsspannung einer Dekade eine viergliedrige binäre Zählkette (Z₁, Z₈, Z₄, Z₈ in Abb. 4) vorgesehen ist, deren erstem Glied die P-Impulse zugeführt werden und deren Glieder beim Wechsel des Schaltzustandes Teilspannungen schalten, die sich wie 1:2:4:8 verhalten.

8. Sich selbsttätig abgleichender Dekadenkompensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich der Dekaden unter stufenweiser Verkleinerung der Kompensationsspannung einer Dekade von auf 8, 7, 6 ... 0 dekadische Einheiten erfolgt, und daß zur Einleitung des Abgleichs einer Dekade durch Zählung von P-Impulsen eine Teilspannung von neun dekadischen Einheiten der betreffenden Dekade durch einen Q- oder P-Impuls einzeln eingeschaltet wird.

9. Sich selbsttätig abgleichender Stufenkompensator nach dem Dualsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Potenzen von zwei mit negativen ganzzahligen Exponenten abnehmende schaltbare (Teilspannungsschalter N₁, N₂ ... in Abb. 7) Teilspannungen vorgesehen sind, daß durch von einer Zählkette (M₀, M₁, M₂...) bei der Zählung zugeführter P-Impulse bei jedem Zählvorgang auf verschiedene Leitungen abgegebene Impulse nach abnehmender Größe geordnete Teilspannungen additiv eingeschaltet werden und daß von der Differenzspannung (U_d) betätigte Schalter ^l (L₁, L_% ...) vorgesehen sind, die bei negativem (Ua) den die Einschaltung einer Teilspannung bewirkenden Impuls gleichzeitig dem Schalter für die zuletzt ein-

geschaltete Teilspannung so zuführen, daß diese ausgeschaltet wird.

10. Elektronischer Teilspannungsschalter in einem sich selbsttätig abgleichenden Kompensator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kippschaltung (38, 39 in Abb. 3) mit zwei stabilen Zuständen, die durch an bestimmten Anschlüssen (31, 32, 33, 34) bzw. mit bestimmtem Vorzeichen zugeführte Impuls ein jeden der beiden Zustände überführbar ist und eine entsprechend ihrem Zustande wechselnde Schaltspannung abgibt, eine vom Kompensationsstrom durchnossene gittergesteuerte Elektronenröhre (10), die als Teil einer Regelschaltung einen eingestellten Wert des

Kompensationsstromes selbsttätig konstant hält, und elektronische Schaltmittel, z. B. ein elektrisches Ventil (40) oder eine steuerbare Elektronenröhre zur Kopplung der Kippschaltung mit der Regelschaltung derart, daß abhängig von der Schaltspannung entweder keine Beeinflussung der Regelschaltung erfolgt oder die vom Kompensationsstrom durchnossene Röhre für den Stromdurchgang gesperrt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 18943 VIIIc/21 e (bekanntgemacht am 8. 12. 1955);
USA.-Patentschrift Nr. 2459106.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

© 809 508/133 4.