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Impulssender zur Fernübertragung Zur Fernübertragung von Meßwerten
werden bekanntlich Impulssender verwendet, die Impulse mit einer dem jeweiligen
Meßwert proportionalen Impulsf requenz erzeugen, die vom Impulsempfänger in einen
der Impulsfrequenz proportionalen Anzeigewert umgesetzt werden. Zur Impulserzeugung
werden üblicherweise frei schwingende Multivibratoren verwendet, denen der in eine
Steuerspannung umgesetzte Meßwert zugeführt wird. Frei schwingende Multivibratoren
haben aber den Nachteil, daß sie auch bei Verschwinden der Steuerspannung Impulse
erzeugen, wodurch sich ergibt, daß dem Meßwert Null nicht, wie es sein sollte, auch
eine Impulsfrequenz vom Wert Null, d. h. der Ruhezustand des Multivibrators,
entspricht; es tritt viehnehr auch bei der Steuerspannung Null eine Schwingung auf,
deren Impulsfrequenz durch die Daten der Schaltelemente bestimmt ist. Sie ist größer
als die kleinste mit irgendeiner Steuerspannung erreichbare Impulsfrequenz, so daß
sich bei verschwindender Steuerspannung eine von Null verschiedene Meßwertanzeige
ergibt, der also überhaupt kein gemessener Wert entspricht.
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Es ist bekannt, in frei schwingende Multivibratoren zwecks Vermeidung
der Impulserzeugung bei verschwindender Steuerspannung in die Gitterstromkreise
der Multivibratorröhren Gleichrichterdioden einzuschalten; diese bedeuten aber eine
Komplizierung der Schaltung und im Betrieb eine Quelle zusätzlicher Störungen.
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Es ist weiter bekannt, die Frequenz von frei schwingenden Transistor-Multivibratoren
mit Hilfe von Induktivitäten zu steuern, die in die Kollektorkreise der Transistoren
eingeschaltet sind und mittels Gleichstrom veränderbar sind. Diese Schaltung hat
den Nachteil, daß die Frequenz nur innerhalb enger Grenzen steuerbar ist; niedere
Frequenzen, wie sie für die Zwecke der Fermnessung verwendet werden, erfordern hohe
Induktivitäten, so daß sich ein unwirtschaftlicher Aufwand ergeben würde.
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Zur Erzeugung von Impulsen, deren Frequenz der Stärke eines Steuerstromes
proportional ist, dient eine bekannte Schaltung mit Transistoren im Ladestromkreis
eines Kondensators, dessen Ladezeit durch den Transistorwiderstand bestimmt ist.
Bei dieser Schaltung wirkt sich jedoch die Temperaturabhängigkeit der Transistoren
insofern nachteilig aus, als nicht bei allen Temperaturen die Gewähr gegeben ist,
daß bei Verschwinden des Steuerstromes auch keine Impulse mehr erzeugt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Impulssender zur Fernübertragung
für nach dem Impulsfrequenzprinzip arbeitende Fernmeß-, Femmelde- oder Fernsteuergeräte,
wobei zur Impulserzeugung ein Multivibrator dient, dessen Impulsfrequenz durch eine
dem fernzuübertragenden Wert entsprechende Steuerspannung bestimmt ist. Der Vorteil
der Erfindung besteht darin, daß sich mit der Steuerspannung auch die Impulsfrequenz
auf den Wert Null reduzieren läßt, ohne daß hierzu zusätzliche Schaltelemente erforderlich
wären, wodurch sich auch die erwähnten Nachteile vermeiden lassen. Erfindungsgemäß
dient zur Impulserzeugung ein in seiner Impulsfrequenz durch einen selbstkompensierenden
Meßverstärker geregelter Multivibrator, der mit zwei elektronischen Schaltern versehen
ist, deren Ein- bzw. Ausgangselektroden mit den Steuerelektroden des anderen elektronischen
Schalters über einen Kondensator einerseits und über einen Kondensator mit Parallelwiderstand
andererseits verbunden sind, wobei die Steuerelektroden über einen Widerstand, an
den die Steuerspannung angelegt ist, an eine Sperrspannung geschaltet sind.
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Der erfindungsgemäße Impulssender kann gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung mit Transistoren als elektronische Schalter ausgestattet werden, ohne
daß deren Temperaturabhängigkeit den linearen Zusammenhang zwischen Steuerspannung
und Impulsfrequenz, insbesondere das gleichzeitige Nullwerden dieser beiden Größen,
stören kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es handelt sich hierbei um einen Impulssender zur Fernmessung, der im wesentlichen
aus einem selbstkompensierenden Meßverstärker
1, einem monos
tabilen Multivibrator 11 und einem bistabilen Multivibrator III besteht.
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Der fernzuübertragende Meßwert wird in eine Spannung umgesetzt, die
an die Eingangsklemmen 1
des Meßverstärkers I gelegt und einer Meßwicklung
2 zugeführt wird. Eine Kompensationswicklung 3 wird von einem der ausgesendeten
Impulsfrequenz proportionalen Strom durchflossen. Mit Hilfe einer nicht näher dargestellten
elektromechanischen Regeleinrichtung wird unter der Wirkung der Magnetfelder der
gegensinnig geschalteten Wicklungen 2 und 3 ein Spannungsgenerator so eingeregelt,
daß er mit seinem Ausgangstransformator 4 eine Steuerspannung von solcher Größe
liefert, daß die Impulsfrequenz der an die Eingangsklemmen 1 gelegten
Spannung proportional ist. Die Steuerspannung wird am Gleichrichter
5 gleichgerichtet und liegt als Gleichspannung am Widerstand 6, der
in den gemeinsamen Basisstromkreis zweier Transistoren 7 und 8 des
Multivibrators Il eingeschaltet ist.
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Die Basis jedes der beiden Transistoren 7 und 8 ist
über je einen Kondensator 9 bzw. 10 an den Kollektor des anderen
Transistors geschaltet. Dem Kondensator 9 ist ein Widerstand II parallel
geschaltet. Zum Betrieb der Multivibratoren II und 111 dient die Spannungsquelle
12, der zwei Widerstände 13 und 14 parallel geschaltet sind, die zusammen
einen Spannungsteiler bilden, dessen Mittelabgriff an die Emitter der Transistoren
der beiden Multivibratoren geschaltet ist. Der am Widerstand 14 auftretende Spannungsabfall
wirkt als sperrende Vorspannung auf die Basen der Transistoren und hat den Zweck,
ein freies Schwingen der Multivibratoren bei höheren Temperaturen und fehlender
Steuerspannung zu verhindern.
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Die Wirkungsweise des Multivibrators II ist folgende: In seinem Ruhezustand,
der dann eintritt, wenn am Widerstand 6 keine Steuerspannung liegt, ist der
Transistor 7 stromführend, da seine Basis über die Widerstände
11 und 15 mit dem kollektorseitigen Pol der Spannungsquelle 12 leitend
verbunden ist, während der Transistor 8 gesperrt bleibt. Dieses Verhalten
ist charakteristisch für einen monostabilen Multivibrator, der im Ruhezustand nur
einseitig Strom führt und daher keine Impulse abgibt.
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Bei Vorhandensein einer Steuerspannung gibt der Multivibrator II Impulse
ab, und zwar dadurch, daß sich die Kondensatoren 9 und 10 abwechselnd
aufladen und entladen, wobei der Stromdurchgang der angeschlossenen Transistoren
7 bzw. 8 abwechselnd geöffnet und gesperrt wird. Liegt am Widerstand
6 eine Steuerspannung, die größer ist als der entgegenwirkende Spannungsabfall
am Widerstand 14, so wird der Transistor 8 leitend, und es steigt der Spannungsabfall
am Widerstand 15. Der Spannungsabfall zwischen Emitter und Kollektor des
Transistors 8 sinkt. Dadurch verringert sich der Basisstrom des Transistors
7, so daß auch sein Kollektorstrom abnimmt. Dadurch wird der Spannungsabfall
am Widerstand 16 kleiner, wodurch der Kondensator 10 eine höhere Spannung
erhält und sich über den Emitter des Transistors 8 auflädt. Dieser Ladestrom
macht den Transistor 8 völlig leitend. Durch die Rückkopplung erfolgt die
Umschaltung vom Sperrzustand des Transistors 8 zum leitenden Zustand praktisch
sprunghaft. Ist der Kondensator 10 aufgeladen,' d. h. sein Ladestrom
so stark zurückgegangen, daß die Kollektorspannung des Transistors 8 zu steigen
beginnt, so fließt über den Kondensator 9 und den Widerstand 11 der
Basisstrom des Transistors 7, der dadurch leitend wird. Nun liegt der geladene
Kondensator 10 über den leitenden Transistor 7 sperrend zwischen Emitter
und Basis des Transistors 8. In diesem Zustand ist die Ladespannung am Kondensator
10 in Serie mit der Sperrspannung am Widerstand 14 und der Steuerspannung
am Widerstand 6. Die letztere ist so gepolt, daß bei steigender Steuerspannung
der Entladevorgang des Kondensators 10 beschleunigt wird. Hierdurch hängt
auch die Frequenz des Umschaltvorganges von der Größe der Steuerspannung ab, derart,
daß sich mit steigender Steuerspannung die Impulsfrequenz erhöht. Die Impulse werden
als Spannungen an den in den Kollektorkreisen der Transistoren 7 und
8 liegenden Widerständen 15 und 16
wirksam.
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Die am Widerstand 15 liegende Spannung wird dem Multivibrator
III zugeführt, der die übliche Schaltung bistabiler Multivibratoren aufweist und
in an sich bekannter Weise zur Symmetrierung der vom Multivibrator II abgegebenen
Impulse dient. Diese Impulse bewirken, daß die Transistoren 17
bzw.
18 abwechselnd eingeschaltet werden. Die Kollektorströme dieser Transistoren
durchfließen ein Senderelais 19 und ein Kompensationsrelais 20. Das Senderelais
19 überträgt mit seinem Kontakt 21 die Impulse an die zum Impulsempfänger
führende Leitung 22. Das Kompensationsrelais 20 besitzt einen Kontakt
23, dessen Drehpunkt zwischen zwei Kondensatoren 24 und 25 geschaltet
ist und der in jeder Lage einen der beiden Kondensatoren überbrückt. Die Kondensatoren
24 und 25 sind in Serie in den Speisestronikreis der Kompensationswicklung
3 geschaltet, die von der Batterie 26 gespeist wird. Die Kondensatoren
24 und 25 werden bei jeder Umschaltung des Kontaktes 23 abwechselnd
aufgeladen bzw. entladen, wobei der Entladestrom über die Kompensationswicklung
3 fließt, so daß der Entladestrom proportional der Impulsfrequenz ist und
sich dadurch zur Regelung der Steuerspannung in der angegebenen Weise eignet.
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Die Erfindung ist nicht auf solche Impulssender eingeschränkt, die
aus Transistoren aufgebaut sind, denn der zur Impulserzeugung dienende monostabile
Multivibrator kann ebenso wie auch der zur Impulssymmetrierung dienende bistabile
Multivibrator mit Elektronenröhren oder dergleichen elektrischen Schaltmitteln ausgestattet
sein. Der Verwendung von Transistoren ist jedoch bei Fernmeßgeräten der Vorzug zu
geben, da hierdurch, abgesehen von der Raumersparnis, eine Reihe von Vorteilen gewonnen
wird, die bei Geräten, die an unzugänglichen Stellen aufgestellt werden, besonders
ins Gewicht fallen.
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Bei Geräten dieser Art ist vor allem höchste Betriebssicherheit erforderlich,
die bei Verwendung von Gasentladungsröhren nicht in hinreichendem Maße gegeben ist,
da die Gasentladungsröhren sehr störanfällig sind, weshalb sie beispielsweise zum
Einsatz an entlegenen Stellen, die im Winter nicht erreichbar sind, nicht in Frage
kommen. Die Unzuverlässigkeit der Gasentladungsröhren wirkt sich insbesondere nach
längerer Betriebsdauer aus. Mit Gasentladungsröhren ausgestattete Geräte benötigen
außerdem eine Hilfsspannungsquelle von etwa 220 V Spannung, die bei Ausfall der
Netzspannung den Betrieb aufrechterhält. Hierzu ist entweder ein Notstromaggregat
oder eine Batterie mit einem Umformer
erforderlich. Bei Verwendung
von Transistoren ist eine Hilfsspannung solcher Größe nicht erforderlich, wodurch
sich auch die Mlfsspannungsquellen der angegebenen Art erübrigen, weil man mit kleineren
Spannungsquellen auskommt.