DE1169579B

DE1169579B - Pulse train converter for counting devices

Info

Publication number: DE1169579B
Application number: DEM49788A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Albrecht Maass
Original assignee: ALBRECHT MAASS DIPL PHYS
Current assignee: ALBRECHT MAASS DIPL PHYS
Priority date: 1961-07-20
Filing date: 1961-07-20
Publication date: 1964-05-06

Description

Impulsfolgewandler für Zähleinrichtungen Bei der Summenzählung und der Summenfernzählung elektrischer Energie oder von Gas-, Wasser-, Dampfmengen usw. wird allgemein das Impulsverfahren angewendet.Pulse train converter for counting devices For totalizing and the total remote metering of electrical energy or of gas, water, steam, etc. the pulse method is generally used.

Hierbei entspricht jeder Impuls einem bestimmten Wert der zu zählenden Größe. Diese Impulse werden von hierzu besonders eingerichteten Meßinstrumenten (z. B. Zähler mit Kontaktgabevorrichtung) in den einzelnen Meßstellen erzeugt, wobei Gleichstrom- und Wechselstromimpulse gleichermaßen verwendet werden können und an Amplitude, Form und Länge des Einzelimpulses sowie des Impulsabstandes nur eine Minimalforderung gestellt wird, daß die nachgeschaltete Empfangseinrichtung, z. B. Relais, auf den Impuls sicher anspricht und bis zum Eintreffen des nächsten Impulses in die Ausgangsstellung zurückgekehrt ist. Diese Impulse werden zu einer Zentralstelle übertragen und hier, gegebenenfalls unter Wertigkeitsanpassung, addiert. Der auf diese Weise gebildete Summenwert wird häufig noch durch absatzweise Integration über bestimmte und gleiche Meßperioden (im allgemeinen 15 bis 60 Minuten) als mittlere Leistung der Meßperiode angezeigt, geschrieben, gelocht oder gedruckt. Each pulse corresponds to a certain value of the one to be counted Size. These impulses are measured by specially designed measuring instruments (z. B. counter with contact-making device) generated in the individual measuring points, wherein DC and AC pulses can be used equally and on Amplitude, shape and length of the single pulse as well as the pulse spacing only one The minimum requirement is that the downstream receiving device, e.g. B. Relay, responds to the pulse safely and until the arrival of the next pulse has returned to the starting position. These impulses become a central point transferred and added here, if necessary with value adjustment. The on The sum value formed in this way is often further integrated by paragraph-wise integration over specific and equal measurement periods (generally 15 to 60 minutes) as the mean Performance of the measuring period displayed, written, punched or printed.

Die Summierwerke sind wie die Zähler mit Kontaktgabevorrichtung so ausgelegt, daß sie je nach Bauart bei Nennlast etwa alle 1 bis 2 Sekunden einen Impuls abgeben. Außerdem besitzen derartige Summierwerke einen Impulsspeicher mit Impulsverteiler, da die von mehreren Meßstellen eintreffenden Impulse zeitlich eine statistische Verteilung aufweisen und deshalb mehrere Impulse gleichzeitig eintreffen können. Der Impulsspeicher sorgt in solchen Fällen dafür, daß kein Impuls verlorengeht. Der Impulsverteiler gibt die bei zeitgleichem Eintreffen mehrerer Impulse gespeicherten Impulse mit regelmäßigem, mindestens annähernd konstantem, der Verarbeitungsgeschwindigkeit der nachgeschalteten Geräte angepaßtem zeitlichem Impulsabstand wieder ab. Die nachgeschalteten Geräte sind aus Sicherheitsgründen und wegen der ungleichmäßigen Folge der eintreffenden Impulse auf etwa die doppelte Impulshäufigkeit ausgelegt, als es der Impulshäufigkeit der von Zählern und Summierwerken bei Nennlast abgegebenen Impulse entsprechen würde. The summing units are like the counters with a contact-making device designed so that, depending on the design, at nominal load, one every 1 to 2 seconds Give off impulse. Such summing units also have a pulse memory Pulse distributor, since the pulses arriving from several measuring points have a temporal one show statistical distribution and therefore several impulses arrive at the same time can. In such cases, the pulse memory ensures that no pulse is lost. The pulse distributor outputs the stored pulses when several pulses are received at the same time Pulses with regular, at least approximately constant, processing speed of the downstream devices adapted to the time interval between pulses. The downstream Devices are for safety reasons and because of the uneven sequence of incoming Pulses designed for about twice the pulse frequency than the pulse frequency which would correspond to the pulses emitted by counters and totalizers at nominal load.

Derartige Summenzähleinrichtungen zählen also die eingehende Impulszahl immer richtig, auch wenn mehrere Impulse zeitgleich eingehen. Die bei der abgeleiteten Leistungsmessung unvermeidlichen Zusatzfehler, die dadurch entstehen, daß der oder die letzten Impulse, bei zeitgleichem Eintreffen mehrerer Impulse am Ende einer Meßperiode, nicht mehr in die zugehörige, sondern in die nächstfolgende Meßperiode fallen, halten sich bei Meßperioden von 15 Minuten und darüber noch in vertretbaren Grenzen. Such total counting devices count the incoming number of pulses always correct, even if several impulses are received at the same time. The at the derived Performance measurement unavoidable additional errors that arise from the fact that the or the last impulses, if several impulses arrive at the same time at the end of one Measuring period, no longer in the associated, but rather into the next following measuring period fall, are still acceptable for measurement periods of 15 minutes and more Limits.

Soll aber die Leistungsentwicklung innerhalb einer solchen Meßperiode von 15 Minuten noch eindeutig angezeigt werden, so versagen derartige Anordnungen, weil bei der kurzen Integrationsperiode jedem Impuls eine höhere Wertigkeit in bezug auf die Leistung zukommt. Es entsteht dann ein außerordentlich unruhiges Bild der Leistungsentwicklung, das dadurch, daß bei derartig kurzen Integrationsperioden auch die statistische Verteilung der ankommenden Impulse nicht mehr vernachlässigbar ist, noch verstärkt wird und zu Fehlschlüssen, z. B. Vermuten einer Störung, verleiten kann. But should the performance development within such a measurement period 15 minutes are still clearly displayed, such arrangements fail, because with the short integration period, each pulse has a higher value in relation to it comes to the performance. The result is an extraordinarily restless picture of the Performance development, the fact that with such short integration periods also the statistical distribution of the incoming impulses is no longer negligible is, is reinforced and leads to false conclusions, e.g. B. Suspect a disorder, mislead can.

Auch die bisher bekannten Anordnungen zur Vergleichsmäßigung der Impulsfolge erfüllen ihre Aufgabe nur unvollkommen, da sie insbesondere durch Reibungseinflüsse zu einem Pendeln der Anzeige neigen. Bei statistischer zeitlicher Verteilung der einer konstanten Meßgröße entsprechenden Impulse äußert sich dieser Mangel dahingehend, daß die über längere Zeit gemessenen Mittelwerte zwar sehr genau der mittleren und an sich konstanten Meßgröße entsprechen, daß aber abgeleitete Momentanwertanzeigen und über wenige Sekunden gemessene Mittelwerte als Einzelwerte immer noch eine nicht zu vernachlässigende Streuung um den der Meßgröße entsprechenden Mittelwert vieler aufeinanderfolgender Meßwerte aufweisen. Bezeichnet man die Abweichung der Einzelwerte von ihrem gemeinsamen Mittelwert als »Anzeigefehler«, so ist für einen aus der unregelmäßigen Impulsübertragung abgeleiteten Meßwert beispielsweise die Bedingung zu stellen, daß der Anzeigefehler etwa den Bedingungen für anzeigende Instrumente der Klasse 1 nach VDE 0410 mit einer zweiseitigen Sicherheit von 99°/o entspricht. Also the previously known arrangements for equalizing the Pulse sequences fulfill their task only imperfectly, since they are caused in particular by the effects of friction tend to fluctuate in the display. With statistical temporal distribution of the impulses corresponding to a constant measured variable, this deficiency manifests itself in that that the mean values measured over a longer period of time correspond to the mean and correspond to a constant measured variable, but derived instantaneous value displays and mean values measured over a few seconds as individual values are still not one negligible scatter around the mean value of many corresponding to the measured variable have consecutive readings. One denotes the deviation of the individual values of their common mean as "display error," so is for one of the irregular Impulse transmission derived measured value, for example, to set the condition, that the display error about the conditions for displaying instruments of the class 1 according to VDE 0410 with a double-sided security of 99%.

Den Gegenstand der Erfindung bildet nun eine einfache und robuste Anordnung, die es unter weitgehender Ausschaltung der Reibungseinflüsse ermöglicht, eine Folge von in ungleichem zeitlichem Abstand eintreffenden Impulsen in eine zeitlich so weit gleichmäßige Impulsfolge umzuwandeln, daß auch bei einer Verkürzung der Integrationsperioden einer abgeleiteten Leistungsmessung bis auf wenige Sekunden die ursprüngliche Unregelmäßigkeit der Impulsfolge ohne merklichen Einfluß auf das Meßergebnis bleibt und die Anzeige den oben definierten Bedingungen eines Klasse-1-Instrumentes genügt. The subject of the invention is now a simple and robust one Arrangement that it is subject to broader Elimination of the effects of friction enables a sequence of pulses arriving at unequal time intervals to convert it into a pulse sequence that is so uniform in time that even one Shortening the integration periods of a derived power measurement to a few seconds the original irregularity of the pulse train without noticeable Influence on the measurement result remains and the display meets the conditions defined above of a class 1 instrument is sufficient.

Dies wird bei einem Impulsfolgewandler für Zähleinrichtungen nach dem Impulshäufigkeitsverfahren zur Umwandlung in ungleichmäßigen Zeitabständen eintreffender Impulse in eine Impulsfolge mit in gleichen Zeitabständen abgegebenen Einzelimpulsen erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jeder der in ungleichen Zeitabständen eintreffenden und einen festen Betrag der Meßgröße darstellenden Impulse über ein Relais eine Spannung einer Feder um einen festen Betrag bewirkt, die sich über eine mit der Feder fest verbundene Achse nur dadurch gleichmäßig entspannen kann, daß sich eine über eine Obersetzung angetriebene und mit ihrer Läuferachse fest verbundene Läuferscheibe in Drehung versetzt, die sich in einem Magnetmaul bewegt, und daß die Reibung durch einen Hilfstriebfiuß einer Hilfstriebspule weitgehend derart kompensiert ist, daß sich bei geeigneter Abstimmung von Federelastizität, Läuferscheibenwinkelgeschwindigkeit, Läuferscheibenträgheitsmoment, Magnetstärke und Hilfstriebfluß in dieser aus im einzelnen bekannten Bauteilen bestehenden Anordnung eine in weiten Grenzen gleichmäßige Drehbewegung von Läuferscheibe und Läuferachse einstellt, die über bekannte Kontaktgebervorrichtungen in eine gleichmäßige Impulsfolge gleicher oder wählbar fest übersetzter Impulsfrequenz mit gleicher oder der Übersetzung umgekehrt proportionaler Impulswertigkeit umgewandelt wird. Hiermit wird also zwischen den in ungleichem Zeitabstand eintreffenden und den in annähernd gleichem Zeitabstand abgegebenen Impulsen über die Elastizität einer Feder ein quasistationärer Gleichgewichtszustand geschaffen, der zufällige Schwankungen des Impulsabstandes unterdrückt und systematischen Änderungen der Impulsfolge mit einer gewissen Verzögerung folgt. This is shown in a pulse train converter for counting devices the pulse frequency method for conversion occurs at uneven time intervals Pulses in a pulse train with individual pulses emitted at equal time intervals achieved according to the invention in that each of the arriving at unequal time intervals and pulses representing a fixed amount of the measured variable via a relay Tensioning a spring by a fixed amount causes it to move across a with the Spring firmly connected axis can only relax evenly that a Carrier disk driven by a transmission and firmly connected to its rotor axis set in rotation, which moves in a magnetic jaw, and that the friction through an auxiliary drive fiow of an auxiliary drive coil is largely compensated in such a way that with suitable coordination of spring elasticity, carrier disk angular velocity, Carrier disk moment of inertia, magnetic strength and auxiliary drive flux in this from im individual known components existing arrangement a uniform within wide limits Rotational movement of the rotor disc and rotor axis is set via known contactor devices into a uniform pulse sequence of the same or selectable fixed pulse frequency converted with the same or inversely proportional pulse valency to the translation will. This means that between the arriving at unequal time intervals and the pulses emitted at approximately the same time interval via the elasticity a quasi-steady state of equilibrium created by a spring, the accidental one Fluctuations in the pulse spacing suppressed and systematic changes in the pulse train follows with a certain delay.

Darüber hinaus ist es bei der nachstehend beschriebenen Ausbildung eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles des Impulsfolgewandlers nach der Erfindung möglich, die Impulszahl unter gleichzeitiger Änderung der Impulswertigkeit so zu erhöhen oder zu erniedrigen oder beides zugleich und unabhängig voneinander, daß über die Zeit das Produkt aus unregelmäßig eingegebener Impulszahl und zugehöriger Impulswertigkeit genau gleich ist dem Produkt aus der Zahl der in regelmäßiger Folge abgegebenen Impulse und übersetzter Impulswertigkeit.In addition, it is in the training described below an advantageous embodiment of the pulse train converter according to the invention possible to increase the number of pulses while simultaneously changing the pulse value increase or decrease or both at the same time and independently of each other that over time the product of the irregularly entered number of pulses and the associated The pulse valency is exactly the same as the product of the number of in regular sequence emitted pulses and translated pulse value.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. On the basis of an embodiment shown in the drawing the invention is explained in more detail.

Gemäß der Erfindung werden die aus dem Summierwerk in ungleichem Zeitabstand eintreffenden Impulse auf ein Relais R mit Klinkenwerk K, einem sogenannten Schrittwerk, gegeben, dessen Achse At über eine Übersetzung Z1/Z2 das Federhaus FH bei jedem Impuls um einen definierten Winkelbetrag verdreht. Hierdurch wird die Feder F, die mit einem Ende am Federhaus FH und mit dem anderen Ende an der Achse A., befestigt ist, gespannt und treibt über eine zweite Übersetzung Z3/Z4 eine Läuferachse A. an. Die mit der Läuferachse A fest verbundene Läuferscheibe S bewegt sich bei Drehung durch ein Magnetmaul M und ruft damit ein winkelgeschwindigkeitsproportionales Bremsmoment hervor, das ein Gegendrehmoment zum Antriebsmoment der gespannten Feder F darstellt. According to the invention, those from the summing unit are in unequal Time interval incoming pulses to a relay R with ratchet mechanism K, a so-called Step mechanism, given whose axis At via a translation Z1 / Z2 the barrel FH rotated by a defined angular amount with each pulse. This will make the Spring F, one end on the barrel FH and the other end on the axle A., is attached, cocked and propels A rotor axis via a second gear ratio Z3 / Z4 A. at. The carrier S, which is firmly connected to the rotor axis A, moves at Rotation by a magnetic mouth M and thus calls an angle speed proportional Braking torque, which is a counter torque to the drive torque of the tensioned spring F represents.

Außerdem tritt durch die Läuferscheibe S ein magnetischer Spannungstriebfluß einer Hilfstriebspule HT, dessen Hilfsdrehmoment die Reibung der Anordnung in einem begrenzten Arbeitsbereich kompensiert. Dieses Hilfsdrehmoment kann, falls eine extrem hohe Gleichmäßigkeit der Scheibenwinkelgeschwindigkeit in einem weiten Arbeitsbereich verlangt wird, in Abhängigkeit von der mittleren Impulsdichte gesteuert werden, indem man den der mittleren Impulsdichte proportionalen Verdrehungswinkel des Federhauses FH gegenüber der Achse A2 zur Steuerung des Hilfstriebflusses, beispielsweise über einen in der Abbildung nicht dargestellten veränderbaren Widerstand ausnutzt, so daß bei geringer Impulsdichte auch nur ein der geringen Laufreibung entsprechender Hilfstrieb und bei hoher Impulsdichte ein entsprechend höherer Hilfstrieb in der Scheibe S wirksam wird. Weiterhin kann man dem veränderbaren Widerstand noch einen solchen Festwiderstand in Reihe schalten, daß bei der Impulsdichte 0 und Verdrehungswinkel 0, d. h. Stillstand der Läuferscheibe, schon ein Anfangstriebmoment ausgeübt wird, das wenig kleiner als die Anfangsreibung der gesamten Anordnung ist. Dadurch wird erreicht, daß schon beim ersten einkommenden Impuls der Schwellwert der Anfangsreibung überwunden und die Scheibe in Drehung versetzt wird. Wenn man außerdem die als Permeabilitätsfehler bekannte Erscheinung ausnutzt, daß der Kraftfluß im Anfangsbereich hinter der Feldstärke zurückbleibt und dann bis zum Erreichen des Sättigungsbereiches annähernd proportional mit der Feldstärke ansteigt, kann man durch Anpassung des Hilfstriebflusses an den Reibungswiderstand der Anordnung in einem sehr weiten Arbeitsbereich einen fast vollkommen reibungskompensierten Zustand schaffen. Reibung R und Hilfsdrehmoment H einer derartigen Anpassung sind ohne Berücksichtigung ihrer entgegengesetzten Vorzeichen in Fig. 2 dargestellt. Die hierdurch erzielte Vorwärtsregelung kürzt außerdem bei Änderungen der Impulsdichte die Einstellzeit des Gerätes ab. In addition, a magnetic voltage drive flux occurs through the carrier plate S. an auxiliary drive coil HT, the auxiliary torque of which the friction of the arrangement in one limited working area compensated. This auxiliary torque can, if an extreme high uniformity of the disc angular speed in a wide working range is required to be controlled as a function of the mean pulse density, by calculating the angle of rotation of the barrel, which is proportional to the mean momentum density FH opposite the axis A2 to control the auxiliary power flow, for example via uses a variable resistor not shown in the figure, so that with a low pulse density only one corresponding to the low running friction Auxiliary drive and, if the pulse density is high, a correspondingly higher auxiliary drive in the Disk S takes effect. You can also add one to the variable resistance connect such a fixed resistor in series that at the pulse density 0 and angle of rotation 0, d. H. Standstill of the carrier disc, an initial drive torque is already being exerted, which is little less than the initial friction of the entire arrangement. This will achieves that the threshold value of the initial friction with the first incoming pulse overcome and the disk is set in rotation. If you also consider the permeability error known phenomenon takes advantage of the fact that the power flow in the initial range is behind the field strength remains and then approximately proportional until reaching the saturation range increases with the field strength, one can adjust the auxiliary drive flow to the Frictional resistance of the arrangement in a very wide working area is almost an create a completely friction-compensated state. Friction R and auxiliary torque H such an adjustment are without regard to their opposite Sign shown in FIG. The feedforward control achieved in this way is shortened In addition, the response time of the device decreases in the event of changes in the pulse density.

Bei geeigneter Abstimmung von Federelastizität, Läuferscheibenwinkelgeschwindigkeit, Läuferscheibenträgheitsmoment, Magnetstärke und Hilfsdrehmoment stellt sich in dieser Anordnung aus im einzelnen bekannten Bauteilen eine in weiten Grenzen gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit der Läuferachse As ein. Diese gleichmäßige Winkelgeschwindigkeit kann über weitere Übersetzungen Z 5/ Z 6 an einen Impulsgeber gleicher oder fest übersetzter Impulswertigkeit weitergegeben werden, der somit auch eine gleichmäßige Impulsfolge abgibt, oder aber durch magnetische, induktive, elektrische, mechanische oder lichtelektrische Abtastung einer zu diesem Zweck entsprechend vorbereiteten Läuferscheibe S, in eine Impulsfolge wesentlich höherer Frequenz umgewandelt werden. Hierzu ist die lichtelektrische Abtastung einer zu diesem Zweck mit einem Lochkranz od. ä. versehenen Läuferscheibe besonders geeignet und in F i g. l angedeutet, da sie keine Rückwirkungen auf das bewegliche System verursacht. Damit wird eine Direktanzeige der mittleren Impulsdichte mit analogen oder digitalen Frequenzmessern, die zu diesem Zweck entsprechend als Leistungsmesser beschriftet werden, ermöglicht. Die verschiedenen Arten können auch gleichzeitig angewendet werden, indem man z. B. mittels eines Frequenzmessers den Augenblickswert der Leistung anzeigt oder schreibt, sodann durch Integration der Lochkranzimpulse über wenige (1 bis 10) Sekunden die Leistung digital anzeigt und außerdem durch Integration der vom Kontaktgeber in gleichmäßiger Folge abgegebenen Impulse über beispielsweise 100 Sekunden die Leistungsentwicklung innerhalb der sonst üblichen Meßperiode von 15 Minuten durch Schreiben, Lochen oder Drucken zur Anzeige bringt. With suitable coordination of spring elasticity, carrier disk angular speed, Carrier disk moment of inertia, magnet strength and auxiliary torque are included in this Arrangement of individually known components a uniform within wide limits Angular velocity of the rotor axis As a. This uniform angular velocity can be connected to a pulse generator of the same or a fixed value via further gear ratios Z 5 / Z 6 translated pulse valency are passed on, which is therefore also a uniform Emits pulse train, or by magnetic, inductive, electrical, mechanical or photoelectric scanning of a suitably prepared for this purpose Carrier S, can be converted into a pulse train of significantly higher frequency. For this purpose, the photoelectric scanning is one for this purpose with a perforated ring od. Ä. Provided carrier disc particularly suitable and shown in FIG. l hinted there it does not cause any repercussions on the moving system. In order to will a direct display of the average pulse density with analog or digital frequency meters, which are labeled accordingly as a power meter for this purpose. The different types can also be used at the same time, e.g. B. displays or writes the instantaneous value of the power by means of a frequency meter, then by integrating the perforated rim pulses over a few (1 to 10) seconds Performance digitally and also through the integration of the contactor in uniform sequence of impulses delivered over, for example, 100 seconds the performance development within the otherwise usual measuring period of 15 minutes by writing, punching or Printing brings up the display.

Dies ist vor allem in den Fällen wichtig, in denen ein bestimmter Leistungswert nicht über- oder unterschritten werden soll und bei denen das rechtzeitige Erkennen einer Änderungstendenz vom ursprünglichen Zählvorgang her einen Regelvorgang auslösen soll. This is especially important in those cases where a certain Performance value should not be exceeded or undercut and for which the timely Recognition of a tendency to change from the original counting process a control process should trigger.

Claims

Claims: 1. Pulse sequence converter for counting devices the pulse frequency method for conversion occurs at uneven time intervals Pulses in a pulse train with individual pulses emitted at equal time intervals, characterized in that each of the arriving at unequal time intervals and pulses representing a fixed amount of the measured variable via a relay (R) Tensioning a spring (F) by a fixed amount causes over a with the axis (A2), which is firmly connected to the spring (F), can only evenly relax that a gear (Z 3 / Z 4) driven and with its rotor axis (As). firmly connected carrier disc (S) set in rotation, which is located in a magnetic jaw (M) moves, and that the friction by an auxiliary drive flow of an auxiliary drive coil (HT) is largely compensated in such a way that with a suitable coordination of spring elasticity, Carrier disk angular speed, carrier disk moment of inertia, magnet strength and auxiliary power flow in this arrangement consisting of individually known components a rotational movement of the rotor disc (S) and rotor axis that is uniform within wide limits (A3) sets, which via known contactor devices in a uniform Pulse sequence with the same or selectable fixed pulse frequency with the same or the translation of inversely proportional pulse valency is converted.

2. Pulse train converter according to claim 1, characterized in that the rotation of the barrel (FH) corresponding to the mean pulse density against the axis (A2) for example via an adjustable resistor to control the The auxiliary drive flow of the auxiliary drive coil (HT) above a compensating for the initial friction Minimum drive flow is used.

3. Pulse train converter according to claim 1 and 2, characterized in that that the uniform rotary movement of the rotor axis (A3) or the rotor disc (S) about z. B. magnetic, inductive, electrical, mechanical or photoelectric Sampling for direct display of the mean, irregularly entered pulse density serves by translating into a high, also uniform pulse frequency with a correspondingly low pulse value, an exact display via analog or digital Measuring devices is guaranteed.

Considered publications: German Patent Specifications No. 408 837, 513 224, 755 719; U.S. Patent Nos. 2003 116, 2,883,840; »AWF - VDMA - VDI Getriebehefte «, order no. AWF 6062, 1956, S 22, Fig. 6.2 122-1.