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Zählschaltung mit mindestens einem durch elektrische Impulse schrittweise
magnetisierbaren Magnetkern. Magnetkern-Zählschaltungen arbeiten bekanntlich nach
dem Prinzip, daß ein Magnetkern mit angenähert rechteckförmiger Hystereseschleife,
im. folgenden als Zählkern bezeichnet, im, Rhythmus von Zählimpulsen
schrittweise magnetisiert wird, -bis nach einer bestimmten Anzahl von Zählimpulsen
die Sättigungsmagnetisierung des Zählkernes erreicht wird. In diesem Zustand wird
mittels einer zusätzlichen Schaltung der Zählkern durch einen Rückstellimpuls in
seinen ursprünglichen Zustand zurückmagnetisiert, worauf der Zählvorgang von neuem
beginnt. Die Rückstellimpulse zeigen somit jeweils das Eintreffen einer zur völligen
Ummagnetisierung des Zählkernes erforderlichen Anzahl von Zählimpulsen an. Damit
die zur völligen Ummagnetisierung des Zählkernes erforderliche Anzahl von Zählimpulsen
immer gleich bleibt, müssen diese untereinander gleich bemessen sein. Zählimpulse
von gleichbleibender magnetisierender Wirkung lassen sich mit Hilfe eines weiteren
Magnetkernes, im. folgenden als Treiberkern bezeichnen, erzielen, der mit jedem
Eingangsimpuls erst in positiver, dann in negativer Richtung bis zur Sättigung magnetisiert
wird, wobei jeder der beiden Ummagnetisierungsvorgänge in einer Sekandärwicklung
(Induktionswicklung) einen Spannungsstoß erzeugt, von denen einer dem Zählkem zugeführt
wird und dort eine Ummagnetisierung in gewünschtem Ausmaß hervorruft. Der bei der
darauffolgenden Rückmagnetisierung des Treiberkernes in der Induktionswicklung entstehende
gegensinnige Spannungsimpuls wird durch eine Diode vom Zählkem abgehalten, damit
dort keine Entmagnetisierung auftritt.
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Voraussetzung für eine gleichbleibende magnetisierende Wirkung aller
Ummagnetisierungsimpulse des Treiberkernes auf den Zählkem ist, daß die übertragenen
Spannungsstöße gleichbleibende Zeitintegrale der Spannung (Spannungszeitfläche)
aufweisen, denn einem bestimmten Quantum eines magnetischen Flusses entspricht in
elektrischen Einheiten das Zeitintegral der bei Änderung dieses magnetischen Flusses
um dieses Quantum in einer Sekundärwicklung erzeugten Spannung. Die übertragung
der Spannungsstöße vom Treiberkern auf den Zählkern bleibt so lange einwandfreij
als das Verhältnis der Spannungen am Zäblkem und Treiberkem konstant bleibt (dieses
Verhältnis muß infolge des Spannungsabfalles des Zählkern-Magnetisierungsstromes
an der im Zählkreis liegenddn Diode und an den Verlustwiderständen stets kleiner
als 1 sein). Dieses Verhältnis ändert sich nun mit der Temperatur und mit
der Betriebsspannung, da einerseits mit steigender Temperatur die unerwünschten7
Spannungsverluste im Zählkreis abnehmen, andererseits der Treiberkem dann schneller
ummagnetisiert wird. Letzteres bewirkt eine höhere Induktionsspannung am Zählkern;
im Verhältnis zu dieser nehmen die Verluste im Zählkreis daher noch stärker ab als
absolut betrachtet. Beide Effekte (Verringerung der Spannungsabfälle und Erhöhung
der Induktionsspannung) bewirken eine Änderung des Zählverhältnisses (d.h. die Anzahl
jener Impulse, die zu einer einmaligen vollständigen Ummagnetisierung des Zählkernes
notwendig sind) im gleichen Sinn. Bei rascher Umschaltung des Treiberkernes überwiegt
der erste Effekt, bei relativ langsamer Umschaltung (d. h. wenn nur wenig
Schaltleistung zur Verfügung steht) der zweite.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, den Einfluß des genannten zweiten
Effektes zu verringern; eine spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, eine vollständige
Kompensation beider Effekte zu erzielen.
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Es wurde bereits ein magnetischer Flußzähler mit zwei Sperrschwingem
und je einem Schöpfkern. und Zählkem je Zählerstufe vorgeschlagen,
bei dem der 1,Collektor des Transistors des ersten Sperrschwingers, der den Schöpfkern
enthält und als Impulsformerstufe dient, an eine Wicklung des als Zählkem dienenden
übertragerkernes des zweiten Sperrschwingers, der den eigentlichen Zähler bildet,
angeschlossen ist. Dieser magnetische Flußzähler soll dadurch temperaturanempfmdlich
arbeiten, daß die Basis des Transistors des ersten Sperrschwingers direkt mit dem
Eingang der Zählerstufe und sein Kollektor galvanisch über eine Diode mit« der Wicklung
des Zählkernes verbunden ist.
In weiterer Ausb ' ildung des
magnetischen Flußzählers soll sich dic--#z#käpazität der eigentlichen Zählstufe
dadurch besonders einfach festlegen lassen, daß parallel zu der den Kollektor des
Transistors galvanisch mit der Wicklung verbindenden Diode eine Serienschaltung_
aus einer Diode und einem ohmschen Widerstandzur Einstellung des die Wicklung beaufschlagenien,-Stromes
angeordnet ist. Dieser Nebenschluß parallel zu der Koppeldiode und der Einstellwicklung'
des zweiten Sperrschwingers ist für eine wirksame Begrenzung der an der Einstellwicklung
auftretenden Spannung ungeeignet, da bei dem vorgesehenen Nebenschluß, nämlich der
Serienschaltung aus einer Diode und einem ohmschen Widerstand, an dem Widerstand
stromabhängige Spannungsschwgnlcqpgpn auftreten können, die an der Einstellwicklung,
des - Zählkernes voll wirksam sind.
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Die Erfindung betrifft eine Zählschaltung mit min-
destens einem
durch elektrische Impulse (Zählimpulse) schrittweise magnetisierbaren Magnetkem
(Zählkein), bei der zusätzlich zu einem über eine Magnetisierungswicklung des Magnetkernes
geführten Zählkreis ein weiterer Stromkreis für die elektrischen Impulse vorgesehen
ist.
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Gemäß der Erfindung wird der weitere Stromkreis derart als der Magnetisierungswicklung
des MagnetkernesvorgeschalteteSpannungsbegrenzungsschaltung zur Begrenzung der an
die Magnetisierungswicklung gelangenden Spannung auf den Spannungs-Tnininialwert
innerhalb- des Betriebstemperaturbereiches ausgebildet, daß Impulse gleicher Spannungszeitflächen
gleiche Dauer aufweisen, Hierdurch Wird eine gleichbleibende Stärke der einzelnen
Magnetisierungsschritte erzielt und dadurch wieder ein konstantes, von der Temperatur
unabhängiges Zählverhältnis -garantiert. -
Zur Spannungsbegrenzung kann eine
an einen Spannungsteiler oder unmittelbar an die Betriebsspanntuig geschaltete Diode
vorgesehen sein oder aber auch eine dem Zählkreis mittelbar oder unmittelbar parallelgeschaltete
Zenerdiode.
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Wenn, wie an sich bekannt, der Magnetkern. einen durch einen Transistor
gesteuerten Rückmagnetisierungskreis aufweist, kann eine von temperaturbeding#
ten Schwankungen des Magnetisierungsstromes abhängige Vorspannung eines in den Magnetisierungskreis
eingeschalteten--Basisvorwiderstandes dadurch stabilisiert werden, daß dieser Basisvorwiderstand
über eine Diode einem Emitterwiderstand des Transistors parallel geschaltet ist.
Zwecks Abgleich des Zählverhältnisses kann dem Basis- und dem Emitterwiderstand
ein gemeinsamer Abgleichwiderstand vorgeschaltet sein.
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Ein Feinabgleich des Zählverhältnisses kann auch durch Verändern einer
kleinen, den Zählimpulsen überlagerten Vorspannung erfolgen, z. B. mit Hilfe eines
veränderlichen Spannungsteilers. Die Spannungsbegrenzung im Magnetisierungsstromkreis
muß dann gegen die diesen Spannungsteiler speisende Versorgungsspannung erfolgen,
da andernfalls Schwankungen dieser Versorgungsspannung gegenüber der Spannungsbegrenzerschaltung
starke Änderungen des Zählverhältnisses bewirken würden.
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Ausführungsbeispfele. der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.-
F i g. 1 zeigt eine Magnetkern-Zählschaltung mit einem Zählkern
1, der mit einer Magnetisierungswicklung 2, versehen ist, der die Zählfinpulse
zur schrittweisen Magnetisierung des Zählkernes zugeführt werden. Zur Erzeugung
dieser Zählimpulse dient ein Treiberkern 3, der beim Schließen eines Impulskontaktes
4 durch den Strom einer mit dem Kontakt 4 in Serie geschalteten Wicklung
5 in der einen Richtung und beim Öffnen des Kontaktes 4 durch den Strom einer
gegensinnigen Wicklung 6 in der anderen Richtung bis zur Sättigung magnetisiert
wird. Durch das - Ummagnetisieren des Treiberkernes 3 werden in einer
Induktionswicklung 7 Spannungsstöße erzeugt; Spannungsstöße der einen Richtung
werden über eine Diode 8 der Magnetisierungswicklung 2 des Zählkernes
1 zugeführt, während die bei der entgegengesetzten Ummagnetisierung erzeugten
Spannungsstöße durch die Diode 8 von der Magnetisierungswicklung 2 abgehalten
werden. Der Zählkem 1 ist mit einer weiteren Wicklung 9 'versehen,
die zur Rückmagnetisierung des Zählkernes 1
dient, sobald' dieser durch die
Zählimpulse einer Zählperiode magnetisch gesättigt- wurde. Hierzu ist ein mit der
Wicklung 9 in Serie geschalteter Transistor 10 vorgesehen, der einen
in den Basis-Emitter-Kreis eingeschalteten Widerstand 11 besitzt, der mit der Magnetisierungswicklung
2 in Serie liegt. Solange der Zählkern 1 nicht gesättigt ist, fließt bei
einem Spannungsstoß der Induktionswicklung 7 wegen der relativ hohen Induktivität
der Wicklung 2 ein relativ geringer Strom über den Widerstand 11, der zu
gering ist, um den Transistor 10 leitend zu machen. Sobald jedoch der Zählkern
1 nach einer Zählperiode gesättigt wurde, ist die Induktivität der Wicklung
2 so weit reduziert und der Magnetisierungsstrom entsprechend angestiegen, daß der
Spannungsabfall am Widerstand 11 den Transistor 10 leitend macht und
daß dessen über die Rückmagnetisierungswicklung 9
fließender Kollektorstrom
den Zählkern 1 wieder in seinen Ausgangszustand versetzt.
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Da zufolge der Temperaturabhängigkeit des Kernmaterials des Treiberkernes
3 und des Zählkernes 1
sowie der Diode 8 sich die Impulsspannung
der Zählimpulse bei Erwärmung verändert, würde sich ohne Verwendung zusätzlicher
Hilfsmittel auch das Ausmaß der Magnetisierung des Zählkernes 1 je
Zählimpuls
verändern; somit wäre kein konstantes Zählverhältnis gewährleistet.
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Zur Erzielung von Magnetisierungsünpulsen mit gleichbleibenden Spannungszeitflächen
wird erfmdungsgemäß die an die Magnetisierungswicklung 2 gelangendeS#annungaufdenSpannungsmininial
rt innerhalb des Betriebstemperaturbereiches begrenzt. Hierdurch wird erzielt, daß
Impulse gleicher Dauer gleiche Spannungszeitflächen aufweisen.
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Zur Spannungsbegrenzung dient bei der Ausführung nach F i
g. 1 ein aus zwei Widerständen 12 und 13 bestehender Spannungsteiler,
dessen Mittelanzapfung über eine Diode 14 an die Induktionswicklung 7
geschaltet
ist. Ein dem Widerstand 12 parallelgeschalteter Kondensator 15 dient zur
Aufnahme des hohen, _während der Zählimpulse fließenden Begrenzerstromes. Gegebenenfalls
genügt es, wie in F i g. 2 dargestellt, zur Spannungsbegrenzung eine direkt
an die Betriebsspannung geschaltete Diode 16 zu verwenden.
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Eine andere Möglichkeit zur Spannungsbegrenzung besteht in der Verwendung
einer Zenerdiode 17, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Gegebenenfalls kann
es vorteilhaft sein, in den Impulsstromkreis, wie mit strichlierten Linien angedeutet
ist, einen Widerstand 18 einzuschalten.
Dieser Widerstand
kann auch durch den Eigenwiderstand der Wicklung 7 ersetzt werden.
Al-
lenfalls -kann an Stelle des Widerstandes 18 eine hochohmige Diode
mit entsprechendem Durchlaßwiderstand gesetzt werden. Diese Schaltungen können unter
Umständen eine vollständige Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Zählverhältnisses
ergeben, da der Spannungsabfall des Begrenzerstromes am Widerstand 18 mit
der Temperatur ansteigt.
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Der durch die Temperatarabhängigkeit des Keinmaterials des Zählkernes
2 bedingte Anteil des Ternperaturganges kann wesentlich verringert werden,
wenn an dem Widerstand 11 während des Zählvorganges kein temperaturabhängiger
Spannungsabfall liegt, sondern eine konstante Vorspannung. Dies wird, wie in F i
g. 4 dargestellt, durch eine Diode 19
erzielt, die den Widerstand
11 mit einem in den Emitterstromkreis des Transistors 10 geschalteten
Widerstand 20 verbindet und über die fast die ganze Emitterspannung dem Widerstand
zugeführt wird. Der Transistor 10 sowie die Dioden 8 und 14 bleiben
dann in der Zeit zwischen den Zählimpulsen sicher gesperrt. Während der Zählimpulse
werden diese Dioden leitend, und der Strom durch die Diode 19
verringert sich
etwas. Die Diode 19 bleibt jedoch so lange leitend, bis beim letzten Zählimpuls
einer Zählperiode der Zählkern 1 vollständig ummagneti-
siert wird.
Während des darauffolgenden Kippvorganges ist die Diode 19 gesperrt.
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Bei Schaltungen zur Impulszählung ist es oftmals erforderlich, das
Zählverhältnis in geringen Grenzen zu verändern (abzugleichen). Schaltungen dieser
Art, bei denen erfindungsgemäß eine Temperaturkompensation durch Spannungsbegrenzung
vorgesehen ist, sind in den F i g. 5 und 6 der Zeichnung dargestellt.
In beiden Fällen wird das Zählverhältnis dadurch verändert, daß den Zählimpulsen
eine veränderliche, entgegengesetzte Vorspannung überlagert wird. Dieses Verfahren
gibt nur dann eine geringe Temperatur- und Spannungsabhängigkeit,
wenn auch die Höhe der Zählimpulse konstant gehalten wird.
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Bei der Schaltung nach F i g. 5 wird diese Vorspannung aus
einem aus den Widerständen 20, 21, 22 und 23 bestehenden, an der Betriebsspannung
liegenden Spannungsteiler gewonnen, wobei der Widerstand 21 zwecks Einstellung der
Vorspannung veränderbar ausgebildet ist. Dieser Spannungsteiler liefert auch die
zur Begrenzung der Zählimpulsspannung dienende Hilfsspannung für die Diode 14, die
an den Verbindungspunkt der Widerstände 22 und 23 geschaltet ist.
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Bei der Schaltung nach Fig. 6 ist über einen Widerstand24 eine
Vorspannung in den Impulsstromkreis eingespeist. Zur Veränderung der Wirksamkeit
dieser Vorspannung dient ein veränderlicher Widerstand 25. In dieser Schaltung
erfolgt die Spannungsbegrenzung gegenüber dieser Vorspannung mittels einer Diode
26, die im Kreis einer eigenen Wicklung 27 des Treiberkernes
3 liegt.