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Magnetischer Impulszähler Die Erfindung betrifft einen magnetischen
Impulszähler (Schaltungsanordnung zur magnetischen Impulszählung), dessen Kern eine
im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife (Charakteristik) hat und durch eine
vorherbestimmte Mehrzahl von Eingangsimpulsen von einem ersten Zustand der magnetischen
Sättigung in einer Mehrzahl von Schritten in den Zustand der entgegengesetzten magnetischen
Sättigung getrieben wird, worauf ein Ausgangsimpuls erzeugt wird.
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Infolge ihrer Einfachheit und langen Lebensdauer haben derartige magnetische
Impulszähler die bisher für diesen Zweck verwendeten bistabilen Multivibratoren
sowie die Schaltungen, die mit Ladung und Entladung von Kondensatoren arbeiten,
weitgehend verdrängt. Sie haben jedoch den Nachteil, daß die abgezählte Impulszahl
begrenzt ist; sie liegt maximal bei etwa sechzehn. Soll eine größere Anzahl von
Impulsen abgezählt werden, so ist es erforderlich, eine Mehrzahl von Zählstufen
vorzusehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Impulszähler
zu schaffen, der imstande ist, in einer Stufe eine größere Anzahl von Impulsen,
beispielsweise 29 Impulse, abzuzählen, was bisher nicht möglich war. Trotz
der erhöhten Impulszahl soll der Impulszähler zuverlässig arbeiten und innerhalb
eines größeren Temperaturbereiches verwendbar sein, als dies bei den bisherigen
Impulszählern mit kleinerer Impulszahl möglich war.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß mindestens zwei Kerne oder
Kernteile verwendet werden, die eine voneinander verschiedene Charakteristik haben
und die gleichzeitig von den Eingangsimpulsen beaufschlagt werden, wobei die Charakteristiken
derart gewählt sind, daß der steile Anstieg der einzelnen Kurven an verschiedenen
Stellen erfolgt, so daß zunächst der eine und danach der andere Kern schrittweise
zur Sättigung getrieben wird.
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In einer nicht vorveröffentlichten, älteren Erfindung (deutsches Patent
1165 662) wird ein magnetischer Impulszähler vorgeschlagen, bei dem als multistabiles
Speicherelement eine Kette von bei verschiedenen Feldstärktewerten umsteuerbaren
magnetischen Kernen verwendet wird, über die bei jedem Zählimpuls ein Stromfluß
eingeleitet wird, wobei der Impulszähler derart ausgebildet ist, daß beim Umsteuern
eines dieser Kerne der Stromfluß über die Kette abgeschaltet und in umgekehrter
Richtung in solcher Größe eingeschaltet wird, daß alle bei kleineren Feldstärkewerten
vorher umgesteuerten Kerne wieder in ihren Ausgangszustand zurückgeführt werden.
Dieser Vorschlag unterscheidet sich von der Erfindung dadurch, daß die einzelnen
Kerne nicht durch eine vorherbestimmte Mehrzahl von Eingangsimpulsen in mehreren
Schritten von einem ersten Zustand der magnetischen Sättigung in den Zustand der
entgegengesetzten magnetischen Sättigung getrieben werden, worauf ein Ausgangsimpuls
ausgelöst wird, sondern daß die Magnetisierung jeweils in einem einzigen Schritt
erfolgt. Im Unterschied zu der Erfindung wird bei dem genannnten Vorschlag ferner
beim Umsteuern eines der Keine der Stromfluß über die Kette abgeschaltet und in
umgekehrter Richtung in solcher Größe eingeschaltet, daß alle bei kleineren Feldstärkewerten
vorher umgesteuertenKernewieder in ihren Ausgangszustand zurückgestellt werden.
Es handelt sich also der Wirkung nach um einen mehrstufiigen Impulszähler, dessen
Stufen aus einzelnen Kernen bestehen, die bei verschiedenen Feldstärkewerten umsteuerbar
sind.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt die Schaltung eines magnetischen Impulszählers
der bisher bekannten Art; F i g. 2 ist eine schematische perspektivische
Darstellung des gleichen Impulszählers; F i g. 3 zeigt die Hysteresisschleife
dieses Impulszählers für eine abzuzählende Impulszahl von zehn;
F
i g. 4 ist eine ähnliche Darstellung; sie zeigt die Verhältnisse, die sich
ergeben würden, wenn man mit .dem gleichen Impulszähler fünfundzwanzig Impulse abzählen
wollte; Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten
Ausführungsform eines Impulszählers nach der Erfindung; F i g. 6 ist ein
Querschnitt nach 6-6 der F i g. 5;
F i g. 7 ist eine Tabelle,
welche die relativen magnetischen Eigenschaften der Materialien »Ortlionik« und
»Molybdän-Pennalloy« veranschaulicht; F i g. 8 ist eine Tabelle, welche die
relativen magnetischen Eigenschaften'der Keine der F i g. 5 veranschaulicht;
F i g. 9 zeigt die Hysteresisschleife der Kerne der F i g. 5 für eine
abzuzählende Impulszahl von sechsundzwanzig; F i g. 10 ist eine Tabelle,
welche die Werte der Einzelteile eines Impulszählers nach F i g. 5 zeigt,
wenn die abzuzählende Impulszahl dreißig ist; Fig. 11 zeigt in schematischer
perspektivischer Ansicht eine zweite Ausführungsforrn eines Impulszählers nach der
Erfindung; F i g. 12 ist eine Tabelle, welche die relativen magnetischen
Eigenschaften der Kerne nach Fig. 11
veranschaulicht; F i g. 13 zeigt
die Hysteresisschleifen für die Kerne nach F i g. 11, wobei die abzuzählende
Impulszahl dreißig beträgt; Fig. 14 ist eine Tabelle, welche die Werte der Einzelteile
eines Impulszählers nach F i g. 11 angibt, wobei die abzuzählende Impulszahl
dreißig beträgt; Fig. 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer
dritten Ausführungsform eines Impulszählers nach der Erfindung; F i g. 16
ist eine schematische perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsfonn eines
Impulszählers nach der Erfindung; Fig. 17 ist ein Querschnitt nach
17-17 der F i g. 16;
F i g. 18 ist eine Tabelle, welche die
relativen magnetischen Eigenschaften der Kerne eines Impulszählers nach F i
g. 16 veranschaulicht; Fig. 19 zeigt die Hysteresisschleife für die
Kerne nach F i g. 16;
Fig. 20 ist eine Tabelle, welche die Werte der Einzelteile
eines Impulszählers nach Fig. 16 angibt, wobei die abzuzählende Impulszahl
dreißig beträgt; F i g. 21 ist eine schematische perspektivische Ansicht
einer fünften Ausführungsform eines Impulszählers nach der Erfindung; Fig. 22 ist
ein Querschnitt nach 22-22 der Fig. 21; F i g. 23 ist eine schematische perspektivische
Ansicht em*er sechsten Ausführungsform eines Impulszählers nach der Erfindung; Fig.
24 ist ein Querschnitt nach 24-24 der F i g. 23;
F i g. 25 ist eine
schematische perspektivische Ansicht einer siebenten Ausführungsform eines Impulszählers
nach der Erfindung; Fig. 26 ist eine ähnliche Ansicht einer achten Ausführungsform
eines Impulszählers nach der Erfindung; F i g. 27 zeigt die Hysteresisschleifen
für die Kerne der F i g. 25.
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Die Erfindung ist nicht auf die nur beispielsweise dargestellte Ausführungsformen
beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Abänderungen und Kombinationen dieser
Ausführungsformen, die im Rahmen des dargelegten Erfindungsgedankens liegen.
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In F i g. 1 und 2 ist der bisher bekannte Impulszähler dargestellt.
Er ist unter dem Namen »Incremag« in den Vereinigten Staaten im Handel erhältlich
und in der USA.-Patentschrift 2 897 380 beschrieben. Der Zähler hat eine
Eingangsklemme 110,
eine Ausgangsklemme 111 und eine Erdklemme 112.
Die Stromversorgung erfolgt durch eine Batterie od. dgl., die mit dem Bezugszeichen
V bezeichnet ist. Das Herz des Zählers ist eine sättigbare Drosselkernanordnung
115 mit einer Einangswicklung 116,
einer Ausgangswicklung
117, einer Auslösewicklung 118 und einer Rückstellwicklung
119; diese Wicklungen sind auf einen Kein 120 gewickelt. Ein Transistor 122
mit einer Basis b, einem Emitter e und einem Kollektor c ist derart geschaltet,
daß sein Eingangskreis parallel zur Auslösewicklung 118 und sein Ausganorskreis
in Reihe mit der Rückstellwickb lung 119 ges chaltet ist.
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F i g. 2 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht den
Kein 120 mit den Wicklungen 116 bis 119.
Die in F i g. 2 dargestellten
Wicklungen 116 bis 119
sind Teile einer einzigen Wicklung; es versteht
sich, daß statt dessen auch voneinander unabhängige Wicklungen 116 bis
119 zur Anwendung gelangen können, die auf den Kern 120 gewickelt sind.
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Das Material des Kerns 120 ist derart gewählt, daß er durch die auf
die Eingangswicklung 116 gegebenen Impulse schrittweise vom Zustand der negativen
Sättigung in den Zustand der positiven Sättigung gebracht wird. Wenn eine vorherbestimmte
Anzahl von Eingangsimpulsen (bestimmt durch deren Volt-Sekunden-Gehalt) auf die
Eingangswicklung gegeben wurde, wird die Sättigung des Kerns überschritten,
d. h., der Kern befindet sich in seiner Arbeitsstellung; sobald der letzte
Impuls aufhört, induziert das plötzliche Verschwinden des überschüssigen Flusses
in der Auslösewicklung 118 eine Spannung einer solchen Richtung, daß der
Transistor 122 leitend wird. Der hierdurch hervorgerufene Stromfluß in der Rückstellwicklung
119 induziert in der Auslösewicklung 118 eine Spannung, welche bewirkt,
daß der Stromfluß im Ausgangskreis des Transistors andauert, bis die negative Sättigung
des Kerns erreicht ist, d. h., bis der Kein sich in seiner Ruhestellung befindet.
Wenn der Kein aus der positiven Sättigung in die negative Sättigung übergeführt
wird, wird in der Ausgangswicklung 117 ein Ausgangssignal induziert, welches
auf die Ausgangsklemme 111 gegeben wird. Wenn der Kern die negative Sättigung
erreicht hat, ist er bereit, eine neue Reihe von Eingangsimpulsen aufzunehmen.
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Um zu verhindern, daß der Transistor 122 infolge der kleinen Änderungen
des Magnetflusses leitend wird, die bei Beendigung einer jeden Stufe auftreten,
ist ein Dämpfungswiderstand 123 zur Rückstellwicklung 119 parallel
geschaltet. Um den Basisstrom des Transistors bei der in der Auslösewicklung induzierten
hohen Spannung zu begrenzen, ist ein Reihenwiderstand 124 vorgesehen. Ferner liegt
in Reihe mit dem Kollektor des Transistors 122 ein kleiner Widerstand
125, der den Zweck hat, den Rückstellstroni zu begrenzen; hierdurch wird
nicht nur der Transistor geschützt, sondern es wird auch eine überlastung der Batterie
V verhindert. Um die auf den Zähler gegebenen Eingangsimpulse auf
gleicher
Stärke zu halten, ist eine Eingangsstufe 127
vorgesehen, die einen Transistor
128 und einen Eingangswiderstand 129 enthält. Der Transistor
128 hat ebenfalls eine Basis b, einen Emitter e und einen Kollektor
c; er wird bei Anlegung negativer Impulse an die Eingangsklemme 110 leitend,
da der Transistor 128 ein NPN-Transistor ist.
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Der in F i g. 1 dargestellte Zähler hat eine Ausgangswicklung
117. Diese kann auch fortfallen, wobei der Ausgang vom Emitter des Transistors
122 abgeleitet wird. Die Anordnung nach der Erfindung umfaßt beide Möglichkeiten.
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, Ein magnetischer Zähler der beschriebenen Art kann nur eine
begrenzte Anzahl von Impulsen pro Stufe zählen; ist die zu zählende Impulszahl höher,
so muß daher eine Mehrzahl von Zählern in Reihe geschaltet werden. Es wurde gefunden,
daß die größte Impulszahl eines solchen Zählers etwa sechzehn pro Stufe beträgt.
Darüber hinaus können gewisse Impulszahlen mit solchen Zählern nicht leicht gezählt
werden. Um beispielsweise eine Impulszahl von neunundzwanzig zu zählen, müßte man
einen Zähler mit der Impulszahl zehn und einen weiteren Zähler mit der Impulszahl
drei hintereinanderschalten (was die Impulszahl dreißig ergeben würde), und man
müßte dann eine zusätzliche Schaltung hinzufügen, um eine Einheit davon abzuziehen.
Der Grund für die Begrenzung der pro Stufe abzuzählenden Impulszahl eines solchen
magnetischen Zählers ist aus der Darstellung nach F i g. 3
und 4 zu ersehen.
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F i g. 3 zeigt die im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife
des Kernmaterials eines Zählers nach F i g. 1, beispielsweise des Materials
»Orthonik« Typ P 1040, wie es von der Firma G. L. Electronics Company
vertrieben wird. Die Hysteresisschleife ist in zehn Flächenstücke unterteilt, die
mit den Nummern 1 bis 10 bezeichnet sind. Sie stellen die einzelnen
Stufen der Magnetisierung des Kerns vom Zustand der negativen Sättigung bis zum
Zustand der positiven Sättigung dar, wenn der Zähler nach F i g. 1 zehn Impulse
abzählen soll. Der beschriebene Zähler ist für eine abzuzählende Impulszahl von
beispielsweise zehn gut geeignet, da der Rück-gang des Magnetflusses nach Beendigung
eines jeden Zwischenimpulses erheblich kleiner ist als der Rückgang des Magnetflusses
nach dem letzten Impuls. Diese Rückgänge des Magnetflusses sind in F i
g. 3 dargestellt. Der Rückgang nach dem neunten Impuls ist mit
A 0 F9 bezeichnet, der Rückgang nach dem zehnten und letzten Impuls
mit A OF 10.
A 0 F 10 ist
erheblich größer als A (P F 9. Die Rückstelleinrichtung
des Zählers ist derart ausgebildet, daß der Transistor 122 durch den Rückgang
A OF 10
des Flusses leitend gemacht wird, nicht jedoch durch
den kleineren Rückgang A OF 9; der letztere reicht nicht
aus, um den Transistor leitend zu machen. Wenn der Transistor 122 nach Aufhören
des letzten Impulses durch den erheblichen Rückgang des Magnetflusses leitend geworden
ist, wird der Kern in den Zustand der negativen Sättigung zurückgeführt, so daß
der Zähler bereit ist, eine neue Impulsreihe abzuzählen.
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In F i g. 4 sind die Verhältnisse dargestellt, die sich ergeben
würden, wenn man eine größere Impulszahl, beispielsweise fünfundzwanzig Impulse,
abzählen wollte. Die Hysteresisschleife der F i g. 4 ist in fünfundzwanzig
Abschnitte unterteilt. Da die einzelnen Magnetisierungsschritte sehr klein sind,
ist der fünfundzwanzigste Impuls nicht imstande, den Kern in den Zustand der maximalen
Sättigung zu bringen, der mit 0. bezeichnet ist; der kurz vor Beendigung
des fünfundzwanzigsten Impulses erzeugte Magnetfluß ist daher erheblich kleiner
als der mögliche Maximalwert. Der Rückgang des Magnetflusses nach Beendigung des
vorletzten Impulses, mit A OF 24 bezeichnet, ist darüber hinaus, im
Vergleich zu dem Rückgang A OF 25 nach dem letzten Impuls, verhältnismäßig
groß. Aus den genannten Gründen ist der Unterschied zwischen den Rückgängen
A 0 F 24 und A 0 F 25 sehr gering.
Nun könnte man die Rückstelleinrichtung sehr empfindlich machen, so daß sie zwischen
den Größen A OF 24 und A OF 25 unterscheiden kann. Wenn
man jedoch berücksichtigt, daß auch andere Einflüsse Änderungen hervorrufen können,
beispielsweise wenn die Batteriespannung oder die Raumtemperatur schwankt, so ist
leicht einzusehen, daß es außerordentlich schwierig ist, die Rückstelleinrichtung
so auszubilden, daß sie mit Sicherheit zwischen diesen beiden Größen unterscheidet.
Wird der Transistor 122 bei Beendigung des fünfundzwanzigsten Impulses nicht in
seine leitende Stellung gekippt, so wird der Kein durch den sechsundzwanzigsten
Impuls stärker magnetisiert, wobei er in die Nähe des Maximums kommen oder dieses
erreichen kann, und die Rückstelleinrichtung wird bei Beendigung des sechsundzwanzigsten
Impulses betätigt werden. Der Rückgang des Flusses nach Beendigung des sechsundzwanzigsten
Impulses würde etwa eine Größe haben, die gleich der Summe der Rückgänge am Ende
des vierundzwanzigsten und des fünfundzwanzigsten Impulses ist. Es wäre für die
Rückstelleinrichtung daher außerordentlich schwierig, zwischen diesen drei Rückgängen
des Flusses zu unterscheiden. Wie man sieht, ist es daher ungemein schwierig, einen
Zähler für eine derart hohe Impulszahl zu schaffen, der stabil ist und zuverlässig
arbeitet. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß eine abzuzählende Impulszahl von
sechzehn für einen Zähler der beschriebenen Art die praktisch erreichbare Grenze
darstellt.
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Erfindungsgemäß sind nun Mittel vorgesehen, um die abzuzählende Impulszahl
zu erhöhen und, wenigstens bei einigen Ausführungsformen, den zulässigen Temperaturbereich,
innerhalb dessen der Zähler zuverlässig arbeitet, zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist
an Stelle der Anordnung nach F i g. 1 eine sättigbare Drosselkernanordnung
vorgesehen, die aus wenigstens zwei Kernteilen besteht oder zwei getrennte Kerne
enthält, die derart ausgebildet sind, daß ihre im wesentlichen rechteckigen Hysteresisschleifen
voneinander verschieden sind. Die Kerne oder Kernteile können dabei so ausgebildet
sein, daß ihre äußeren Abmessungen sich voneinander unterscheiden, oder sie können
aus Materialien bestehen, die verschiedene magnetische Eigenschaften haben, oder
aber es können beide Merkmale miteinander kombiniert sein; die Ausbildung der Kerne
oder Kernteile muß auf jeden Fall derart sein, daß ein bestimmtes Verhältnis der
Amperewindungen erzielt wird, die erforderlich sind, um in d,-n beiden Kernen oder
Kernteilen einen gegebenen Fluß zu erzeugen, sowie ein bestimmtes Verhältnis der
Sättigungsflüsse der beiden Kerne oder Kernteile, so daß durch die angelegten Impulse
zunächst der eine Kern oder
eine Kernteil zur Sättigung gebracht
wird, ohne den anderen zu beeinflussen, und daß erst die weiteren Impulse den anderen
Kern oder Kernteil zur Sättigung bringen. Bei dieser abgeänderten Anordnung ist
die abzuzählende Impulszahl die Summe der Impulszahlen aller Kerne oder Kernteile.
Die schrittweise Sättigung der beiden Kerne oder Kernteile kann dabei auf verschiedene
Arten erfolgen. Zwei dieser möglichen Arten sind die folgenden. Erstens: Die schrittweise
Sättigung der«Keme oder Kernteile erfolgt derart, daß jeweils nur einer derselben
betroffen wird. Zweitens: Die schrittweise Sättigung der Keine oder Kernteile erfolgt
gleichzeitig, jedoch derart, daß sie den Sättigungszustand zu verschiedenen Zeiten
erreichen.
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In Fig. 5 und 6 ist eine erste Ausführungsform eines
magnetischen Zählers nach der Erfindung dargestellt, welcher zwei magnetische Keine
141 und 142 enthält; in F i g. 5 und 6 ist lediglich die Eingangswicklung
116 dargestellt. Es versteht sich, daß der Zähler auch die übrigen Wicklungen
der F i g. 1
enthält, die in der gleichen Weise ausgebildet, je-
doch
um beide Kerne gewickelt sind. Der Zähler enthält also auch die (in der Zeichnung
nicht dargestellten) Wicklungen 117 bis 119. Die Kerne 141 und 142
haben verschiedene mittlere magnetische Längen, da der eine Kein innerhalb des anderen
angeordnet ist, und verschiedene Querschnitte, wie am besten aus Fig.
6 zu ersehen. Darüber hinaus können die Kerne auch aus verschiedenen magnetischen
Materialien bestehen. Der Kern141 kann beispielsweise aus »Molybdän-Pennalloy« bestehen
und der Kern 142 aus »Ortlionik«; diese Materialien werden durch die -Firma
G. L. Electronics Company vertrieben.
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Wie bekannt, ist die magnetische Feldstärke, die erforderlich ist,
um den magnetischen Zustand eines Kerns zu ändern, gleich den Amperewindungen geteilt
durch die Länge Eins längs des Weges des magnetischen Flusses. Dies kann durch die
folgende Gleichung ausgedrückt werden:
hierbei ist H die magnetische Feldstärke in Amperewindungen pro Meter,
N ist die Anzahl der Eingangswindungen des Kerns, I ist der durch
die Windungen fließende Strom in Ampere, und 1 ist die Länge Eins längs des
Weges des magnetischen Flusses in Metern. Wird diese Gleichung mit der mittleren
magnetischen Länge L. des Kerns multipliziert, so lautet sie folgendermaßen:
Diese Gleichung gibt die Amperewindungen an, die erforderlich sind, uni einen gegebenen
Fluß in einem Kein zu erzeugen, dessen mittlere magnetische Länge L. beträgt. Wird
die Hysteresisschleife, also die Stärke des magnetischen Flusses in Abhängigkeit
vom Strom, aufgezeichnet, so sieht man aus der obigen Gleichung, daß die Breite
der Hysteresisschleife für einen bestimmten Kern direkt proportional seiner mittleren
magnetischen Länge ist und daß die Breite durch Änderung der magnetischen Länge
verändert werden kann. Darüber hinaus ist die Induktanz eines Kerns proportional
seinem Querschnitt; die Steilheit und Breite der Hysteresisschleife eines bestimmten
Kerns ist ein Maß für seine Induktanz, wobei die Breite sich verringert, wenn die
Induktanz steigt. Die Breite der Hysteresisschleife eines Kerns kann daher durch
Änderung seines Querschnittes verändert werden. Die Hysteresisschleifen für die
beiden Keine 141 und 142 der F i g. 5 haben daher verschiedene Breiten, da
die Kerne verschiedene Längen und verschiedene Querschnitte haben, und somit verschiedene
Induktanzen.
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Wenn die Kerne 141 und 142 aus verschiedenen Materialien, beispielsweise
aus »Molybdän-Permalloy« und aus »Ortlionik«, bestehen, ändern sich darüber hinaus
die Breiten und Höhen der Hysteresisschleifen weiter. Die Tabelle der F i
g. 7 zeigt die angenäherten Werte der magnetischen Eigenschaften von »Molybdän-Permalloy«
und »Ortlionik«, und zwar erstens die Flußdichte, wenn das Material voll magnetisiert
ist, zweitens die maximale Flußdichte bei der magnetischen Feldstärke Null,
d. h. die remanente Flußdichte, und drittens die magnetische Feldstärke.
Wie aus der Tabelle zu ersehen, sind die Werte für »Ortlionik« wesentlich größer
als die für »Molybdän-Pennalloy«. Zeichnet man die Hysteresisschleifen für diese
beiden Materialien auf, so findet man, daß die Hysteresisschleife für »Ortlionik«
etwa viermal so breit ist wie die Hysteresisschleife von »Molybdän-Permalloy«, da
das Verhältnis der magnetischen Feldstärken etwa 4 - 1 beträgt; die Höhe
der Hysteresisschleife für »Ortlionik« ist etwa doppelt so groß wie die der Hysteresisschleife
für »Molybdän-Permalloy«, da das Verhältnis der maximalen Flußdichten und der remanenten
Flußdichten etwa 2: 1 beträgt. Dies gilt für Kerne, die den gleichen Querschnitt
haben.
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Die relativen magnetischen Eigenschaften zweier Kerne, die gemäß F
i g. 5 ausgebildet sind und die aus den genannten Materialien bestehen, sind
in der Tabelle der F i g. 8 angegeben. Die Hysteresisschleifen dieser beiden
Kerne sind in F i g. 9 dargestellt. Die beiden in F i g. 9 dargestellten
Hysteresisschleifen haben die gleiche Höhe. Die vertikale Skala der Hysteresisschleife
für den Kern 141 ist je-
doch etwa doppelt so groß wie diejenige für den Kein
142, so daß die Hysteresisschleife des Kerns 141 in Wirklichkeit doppelt so hoch
ist wie die der Hysteresisschleife des Kerns 142.
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Es sei angenommen, daß die in Fig. 5 dargestellten Keine die
beschriebenen Kennlinien haben und in einem Zähler nach Fig. 1 angeordnet
sind, dessen abzuzählende Impulszahl »26« beträgt. Die an der Eingangsklemmel10
erscheinenden sechsundzwanzig Impulse, die auf die Eingangswicklung 116 gegeben
werden, verändern die Magnetisierung der Keine 141 und 142, wie in F i
g. 9 dargestellt ist. Die Hysteresisschleifen sind in sechsundzwanzig Teile
unterteilt, die mit den Nummern 1 bis 26 bezeichnet sind und die einzelnen
Stufen der Magnetisierung darstellen. Der erste Eingangsimpuls bewirkt beispielsweise,
daß sich der Fluß beider Keine von den Punkten A zu den Punkten B und
C bewegt; Wenn der erste Eingangsimpuls aufhört, geht der Fluß beider Keine
auf die Punkte D zurück. Wie man sieht, tritt daher eine endgültige Änderung
des Flusses im Kern 141 ein, während die endgültige Änderung des Flusses des Kerns
142 gleich Null ist. Der zweite Eingangsimpuls treibt die Kerne 141 und
142
vom Punkt E zu den Punkten F und G; wenn der Impuls aufhört, fällt
der Fluß beider Kerne auf die Punkte H zurück. Die Punkte F und G des Kerns
142 sind die gleichen Punkte, so daß sein Fluß in diesem Punkt »stehenbleibt«, bis
der Eingangsimpuls beendet ist. Auch hier. tritt eine endgültige Änderung des Flusses
des Kerns 141 auf, während die Änderung des Flusses des Kerns 142 gleich Null ist.
Der dritte bis fünfzehnte Impuls hat die gleichen Wirkungen wie der zweite Impuls;
während dieser Zeit wird der Kein 141 von der negativen Sättigung schrittweise,
wie dargestellt, bis in die Nähe der positiven Sättigung gebracht, während der Kein
142 im Zustand der negativen remanenten Magnetisierung verbleibt. Der sechzehnte
Eingangsimpuls treibt beide Kerne von den Punkten J zu den Punkten K und
L; wenn er aufhört, fällt der Fluß beider Kerne auf die Punkte M zurück. Wie man
sieht, tritt hierbei eine endgültige Änderung des Flusses- beider Keine 141 und
142 ein. Der siebzehnte Impuls treibt die Kerne 141 und 142 von den Punkten
N zu den Punkten 0
und P. Die Hysteresisschleife des Kerns 141 zeigt,
daß die Punkte 0 und P praktisch die gleichen sind, so daß der Kein 141 in
diesem Punkt »stehenbleibt«. Bei Beendigung des siebzehnten Eingangsimpulses fallen
beide Keine auf den Punkt Q zurück. Wie aus den Hysteresisschleifen zu ersehen,
ist die endgültige Änderung des Magnetflusses des Kerns 141 gleich Null, während
in dem Kein 142 eine erhebliche endgültige Änderung des Magnetflusses erfolgt. Der
achtzehnte bis fünfundzwanzigste Eingangsimpuls hat im wesentlichen die gleichen
Wirkungen wie der siebzehnte Impuls. Der sechsundzwanzigste Impuls bringt beide
Kerne von den Punkten R zu den Punkten S und T, womit der maximale magnetische
Fluß 0.. erreicht ist. Bei Beendigung des sechsundzwanzigsten Eingangsünpulses fallen
beide Kerne auf die Punkte U zurück. Die Summe des Rückganges der
magnetischen Flüsse, also die Summe der beiden Flüsse A OF26, ist
ausreichend, um die Rückstellwirkung des Zählers auszulösen, so daß beide Kerne
in den Zustand der negativen Sättigung zurÜckgeführt werden, d. h. zum Punkt
A, der den negativen remanenten Magnetfluß darstellt.
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Eine kurze Betrachtung der Theorie kann nützlich sein, um die genannte
Wirkungsweise eines Zählers nach F i g. 5 zu verstehen. Die Eingangsünpedanz
(der scheinbare Widerstand) einer Vorrichtung dieser Art (und damit die Stromstärke)
hängt in erster Linie von der Steilheit der Hysteresisschleife im betrachteten Punkt
ab. Der Eingangskreis eines Zählers nach F i g. 5 kann daher so betrachtet
werden, als ob er aus zwei in Reihe geschalteten Induktanzen besteht, deren Werte
durch die Hysteresisschleifen der Kerne 141 und 142 bestimmt sind. die Eingangsspannung
verteilt sich daher auf die beiden Induktanzen nach Maßgabe ihrer induktiven Widerstände.
Wenn der erste Eingangsimpuls auf die Eingangswicklung 116 gegeben wird,
bewegen sich beide Keine schnell von den Punkten A zu den Punkten B der F
i g. 9 und dann zu den Punkten C.
Sobald die Hysteresisschleife des
Kerns 141 ihren vertikalen Aufstieg beginnt, wird der induktive Widerstand desjenigen
Teils der Wicklung, der dem Kein 141 zugeordnet ist, bedeutend größer als der induktive
Widerstand desjenigen Teils, der dem Kern 142 zugeordnet ist. Da die Spannung der
beiden in Reihe geschalteten induktiven Widerstände sich proportional der Größe
der betreffenden Widerstände verteilt, wird die dem Kein 142 zugeordnete Spannung
nach kurzer Zeit sehr klein, so daß praktisch die ganze Spannung dem Kern 141 zugeordnet
ist. Dies ist der Grund dafür, daß die Änderung des Flusses des Kerns 142 sehr gering
und die des Kerns 141 sehr groß ist, wenn der Fluß von den Punkten A
zu den
Punkten C geht. Bei Beendigung des ersten Eingangsimpulses fällt der Fluß
beider Keine auf die Punkte D zurück, so daß der Kern 141 eine große endgültige
Änderung des Flusses erfährt, während die endgültige Änderung des Flusses des Kerns
142 gleich Null ist.
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Dieses Spiel wiederholt sich, bis der Kern 141 in die Nähe der positiven
Sättigung gelangt ist. Beim sechzehnten Eingangsünpuls beginnt die Kurve des Kerns
141 in die horizontale Richtung abzubiegen, was zur Folge hat, daß der induktive
Widerstand dieses Teils der Wicklung sinkt. Es wirkt daher ein größerer Teil der
angelegten Spannung auf den Kein 142 ein, so daß jetzt in diesem eine Änderung des
Flusses stattzufinden beginnt. Gegen Ende des sechzehnten Eingangsimpulses befindet
der Kern 141 sich im wesentlichen auf dem horizontalen Teil der Hysteresisschleife,
so daß der zugehörige induktive Widerstand auf einen sehr geringen Wort absinkt.
Zu dieser Zeit beginnt die Kurve des Kerns 142 jedoch ihren vertikalen Aufstieg,
so daß dieser Teil der Eingangswicklung einen bedeutend höheren induktiven Widerstand
hat und daher praktisch die gesamte Spannung auf den Kern 142 einwirkt. Bei Beendigung
dieses Impulses fällt der Fluß beider Kerne auf die PunkteM zurück, so daß in beiden
Kernen eine endgültige Änderung des Flusses auftritt. Bei den folgenden Impulsen
wirkt praktisth die gesamte Spannung nur noch auf den Kern 142 ein, so daß vom siebzehnten
bis zum fünfundzwanzigsten Impuls in dem Kein 142 endgültige Änderungen eintreten,
während die endgültigen Änderungen des Flusses des Kerns 141 gleich Null sind. Wenn
der sechsundzwanzigste Impuls beginnt, befinden beide Keine sich im PunktR. Da der
induktive Widerstand für den Kein 141 hierbei sehr gering ist, wirkt praktisch die
ganze angelegte Spannung auf den Kein 142 ein, was zur Folge hat, daß der Fluß des
Kerns 142 auf den abgeflachten Teil der Hysteresisschleife getrieben wird,
d. h. auf den Punkt T. Der Kein 141 wird ebenfalls auf den Punkt T getrieben,
da der dem Kern 142 zugeordnete induktive Widerstand gering wird und die Spannung
sich daher im wesentlichen gleichmäßig auf beide Keine verteilt. Bei Beendigung
des sechsundzwanzigsten Impulses fällt der Fluß beider Keine auf die Punkte
U zurück.
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Wie aus F i g. 9 zu ersehen, ist die Summe der Rückgänge
A OF26 bei Beendigung des sechsundzwanzigsten Impulses erheblich größer
als die Summe der Rückgänge A OF25 bei Beendigung des fünfundzwanzigsten
Impulses, so daß die Rückstelleinrichtung leicht zwischen diesen beiden Rückgängen
unterscheiden kann; die Rückstellung wird bei Beendigung des sechsundzwanzigsten
Impulses wirksam, so daß beide Kerne zum Punkt A zurückkehren. Der kombinierte Rückgang
des Flusses bei Beendigung des letzten Impulses einer abzuzählenden Impulszahl ist
daher erheblich größer als der kombinierte Rückgang bei Beendigung des vorletzten
Impulses; da die induktiven Widerstände der
beiden Keine gegen Ende
des letzten Impulses etwa gleich groß werden und die Spannung sich daher auf beide
Wicklungsteile gleichmäßig verteilt, werden beide Kerne mit Sicherheit auf den Punkt
0, des maximalen Magnetflusses gebracht. Durch die Erfindung wird daher ein
stabiler und zuverlässig arbeitender Zähler für eine erheblich größere, abzuzählende
Impulszahl gäschaffen, als dies bei den bisher bekannten magnetischen Zählern möglich
war. Darüber hinaus kann durch Anordnung von mehr als zwei Kernen eine noch größere
abzuzählende Impulszahl erzielt werden.
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Die Tabelle der F i g. 10 gibt die Werte für einen nach Fig.
5 ausgebildeten Zähler für eine abzuzählende Impulszahl von dreißig Impulsen
an.
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Eine abgeänderte.Ausführungsform eines Zählers nach - der Erfindung.--ist
in - F i g. 11 dargestellt. Die beidenKerne 151 -und-
152 sind unter sich gleich. Die Eingangswicklung 1-16 ist jedoch so
um die Keine gewickelt> daß-.auf den Kein151 doppelt so viel Winduügs'zahlen7 eiiiwirken
wie auf den Kein 152. Die Wicklungen-U7 bis 119 sind in Fig.
11
nicht darg estellt. - Sie,# siüd'über beide Kerne 151 -und
152 gewickelt,. so daß bezüglich dieser - Wicklungen beide Kerne die
gleichen. Wiüdungszahlen haben.
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Es. sei angenommen, daß, beide Kerne aus »OrthoiÜk« bestehen.
Die- T-abelle. -der *F i g. 12 zeigt die m- agnetischen, Eigenschaften dieser
beiden Kerne.' Die Hysteresisschleifgn dort Kerne 1 51 und 152 sind
in Fig. 13 dargestellt. Da die Kerne unter sich gleich sind ' haben
die - -,beideh Hysteresisschleifen die -gleiche Höhe. Da det-Kem
151 jedoch eine größere Anzahl von. Windungen hat, .. ist die Breite
seiner Hysteresisschleife -, kleiner als die der Hysteresissrähleife des
Kerns-152. Die Windungszahl des Kerns 151 ist doppelt so groß wie die des
Kerns 152. Die ,Breite der HysteresissMeife des Kerns 151 ist daher
etwK halb so groß-- Wie die Breite der Hysteresisschleife des Kerns 152.-Die Arbeitsweise,-des
Zählers nach Fig. 11 ist ähnlich der obeu beschriebenen Arbeitsweise. Da
der steile Teil der Kurve des Kerns 151 an einer Stelle liegt, an welcher
dib -Kurve des Kerns 151 nahezu horizontal verläuft, und da umgekehrt
der steile Teil der Kurve des Kerns 152 an einer Stelle liegt, an welcher
die Kurve des Kerns 151 annähernd horizontal verläuft, wird zunächst der
Kern 151, der die schmalere Hysteresisschleife hat, aus dem Zustand der negativen'Sättiäung
in die Nähe der posi-
tiven Sättigung gebracht, und danach der Kern
152,
bis beim letzten Impuls beide Keine gleichzeitig das Maximum der Sättigung
erreichen. Es sei angenommen, daß die abzuzählende Impulszahl »dreißig« ist. Zunächst
durchläuft der Kern 151 die Stufen 1
bis 19. Beim zwanzigsten
Impuls sinkt der induktive Widerstand für den Kern 151, während der induktive
Widerstand für den Kein 152 ansteigt, so daß bei den folgenden Impulsen der
Kein 152 die Stufen 20 bis 29 durchläuft. Beim dreißigsten Impuls
erreichen beide Kerne das Maximum 0. des magnetischen Flusses; hört der dreißigste
Impuls auf, so sinkt der Fluß beider Kerne auf den Wert des remanenten magnetischen
Flusses. Die Summe der Rückgänge A OT 30 bei Beendigung des
dreißigsten Imulses ist# wie aus F i g. 13 zu ersehen, wesentlich größer
als die Summe der Rückgänge A 0F29 des vorletzten Impulses. Bei Beendigung des letzten
Im-
pulses wird daher die, Rückstellung wirksam, so daß beide Keine in den
Zustand der negativen magnetischen Sättigung zurückgeführt werden.
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Wie weiter aus F i g. 13 zu ersehen, sind die Magnetisierungsstufen
der beiden Keine verschieden groß. Die Stufen des Kerns 152 sind etwa doppelt
so "r Cr oß wie diejenigen des Kerns 151. Dies rührt, wie dem Fachmann bekannt,
daher, daß die Größe der Stufen umgekehrt proportional der Windungszahl ist. Da
die beiden Kerne unter sich gleich sind und der Kein 151 doppelt soviel Windungen
hat wie der Kein 152, sind daher die Stufen des Kerns 152 etwa doppelt
so groß wie diejenigen des Kerns 151. Die Anzahl der Windungen und damit
die relativen Breiten der beiden Schleifen können in jedem gewünschten Verhältnis
gewählt werden, so daß eine gewünschte Anzahl von abzuzählenden Impulsen erzielt
wird.
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Der Zähler der F i g. 11 hat zwei Keine 151 und
152. Es versteht sich, daß auch eine größere Anzahl von Kernen verwendet
werden kann, die verschiedene Windungszahlen haben, so daß eine größere abzuzählende
Impulszahl erreicht werden kann. Die ,gebildet sein wie in Wicklungen können auch
so aus ># F i g. 15 dargestellt. Hier sind für die Keine 151 ä
und
152 a getrennte Wicklungen 116 a und 116
b
vorgesehen, die hintereinandergeschaltet sind. Die Arbeitsweise ist
hierbei die gleiche wie bei'dem Zähler nach Fig. 11, und- die Hysteresisschleifen
sind die gleichen wie in Fig. 13 dargestellt.
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Fig. 14-isteine Tabelle, welche die Werte eines Zählers nach Fig.
11 oder 15 zeigt, dessen abzuzählende Impulszahl dreißig beträgt.
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In F i g. 16 und 17 ist eine weitere Ausführungsform
eines Zählers nach der Erfindung dargestellt. Es werden zwei Keine 161 und
162 verwendet. Die Durchmesser der Kerne 161 und 162 sind gleich,
je-
doch ist ihre Höhe verschieden, so daß sie einen verschiedenen Querschnitt
haben, wie aus Fig. 17 zu ersehen. F i g. 16 zeigt nur die Eingangswicklung
116.
Es versteht sich, daß auch die Wicklungen 117 bis 119 vorhanden
sind, die um beide Keine gleichzeitig gewickelt sind.
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Es sei angenomm n, daß das Material beider Keine »Ortlionik« ist.
Die Tabelle der F i g. 18 zeigt die magnetischen Eigenschaften der Keine
161 und 162, wobei angenommen ist, daß der Querschnitt des Kerns
161 etwa doppelt so groß ist wie der des Kerns 162. Die Induktanz
eines Kerns ist proportional seinem Querschnitt; die Stromaufnahme der Eingangswicklung
ist umgekehrt proportional der Induktanz, wenn die angelegte Spannung gleichbleibt.
Die Hysteresisschleifen der Keine 161 und 162 sind in F i
g. 19
dargestellt. Da der Kern 161 infolge seines größeren Querschnittes
-eine höhere Induktanz (einen größeren induktiven Widerstand) hat, ist anfänglich
ein größerer Teil der Spannung dem Kern 161 zugeordnet, so daß zunächst der
Kein 161 und dann der Kein 162
schrittweise ummagnetisiert wird. Die
Arbeitsweise eines Zählers mit den Kernen 161 und 162 ist ähnlich
den vorstehend beschriebenen Arbeitsweisen. Eine Einzelbeschreibung erscheint daher
nicht erforderlich. Beim letzten Impuls wird in beiden Kernen der maximale Magnetfluß
0. erzeugt; wenn der letzte Impuls aufhört, geht der Fluß in beiden Kernen
zurück. Die Summe- der Rückgänge bei Beendigung des letzten Impulses ist
wesentlich größer als die Summe der Rückgänge des. vorletzten Impulses, so daß mit
Sicheih«eit die Rückstelleinrichtung betätigt wird, wobei
beide
Keine in den Zustand der negativen Sättigung zurückgeführt werden.
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Auch bei dieser Ausführungsforin können mehr als zwei Keine mit verschieden
großen Querschnitten verwendet werden, so daß eine größere abzuzählende Impulszahl
erzielt wird.
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F i g. 20 ist eine Tabelle, welche die Werte der Einzelteile
eines Zählers nach F i g. 16 angibt, wenn die abzuzählende Impulszahl dreißig
beträgt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 21
und 22 dargestellt. Wie bei den übrigen Ausführungsformen ist nur die Eingangswicklung
116
dargestellt. Die Keine 171 und 172 haben verschiedene magnetische
Längen und einen verschiedenen Querschnitt, wie am besten aus F i g. 22 zu
ersehen.
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Es sei angenommen, daß beide Kerne 171 und 172
aus dem
Material »Ortlionik« bestehen. Die Hysteresisschleifen der Kerne 171 und
172 werden daher ähnlich aussehen wie die in F i g. 19 dargestellten
Hysteresisschleifen der Keine 161 und 162. Die Arbeitsweise ist daher
im wesentlichen die gleiche.
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Zunächst wird der Kern 171 und dann der Kern 172 schrittweise
ummagnetisiert, bis beim letzten Impuls beide Kerne den Zustand der positiven magnetischen
Sättigung erreichen und nach Aufhören dieses Impulses in den Zustand der negativen
magnetischen Sättigung zurückgeführt werden.
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Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 23 und 24 dargestellt.
Hierbei wird ein einziger Kein 181
verwendet, der abgesetzt ausgebildet ist
und aus den beiden Teilen 181 a und 181 b besteht. Beide Keinteile
haben verschiedene magnetische Längen. Nur die Eingangswicklung 116 ist gezeigt;
es versteht sich, daß auch die Wicklungen 117 bis 119 vorhanden sind.
Die Hysteresisschleifen für die Kernteile 181 a
und 181 b sind
ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und wie in F i
g. 19
dargestellt. Die Arbeitsweise ist daher die gleiche.
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Eine weitere Ausführungsform eines Zählers nach der Erfindung ist
in F i g. 25 dargestellt. Es werden zwei Kerne 191 und 192
verwendet. Der Kein 192
ist innerhalb des Kerns 191 angeordnet, so
daß er eine kleinere magnetische Länge hat. Die Breite der Hysteresisschleife ist
direkt proportional der magnetischen Länge des Kerns; die Hysteresisschleife des
Kerns 191 wird daher breiter sein als die des Kerns 192. Wenn beide
Kerne aus dem gleichen Material bestehen und den gleichen Querschnitt haben, werden
ihre Hysteresisschleifen die gleiche Höhe haben und sich nur in der Breite unterscheiden.
Diese Hysteresisschleifen nehmen daher die Form der F i g. 27 an.
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Die Arbeitsweise des Zählers nach F i g. 25 ist ähnlich wie
diejenige der Zähler nach F i g. 5 und 11.
Eine Beschreibung der Arbeitsweise
im einzelnen erscheint daher nicht erforderlich.
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Eine weitere Ausführungsform eines Zählers nach der Erfindung ist
in F i g. 26 dargestellt. Hier gelangen zwei Keine 201 und 202 zur Anwendung,
welche die gleichen Abmessungen haben, sich jedoch im Material unterscheiden. Der
erste Kein besteht beispielsweise aus »Molybdän-Permalloy« und der zweite aus »Orthonik«.
Auch hier wieder ist nur die Eingangswicklung 116 dargestellt. Aus dem weiter
oben Gesagten geht hervor, daß die Hysteresisschleife für das Material »Orthonik«
bedeutend breiter und höher ist als die Hysteresisschleife für Molybdän-»Permalloy«.
Der Zähler arbeitet daher ähnlich wie die oben beschriebenen Zähler nach F i
g. 5
und 11.
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Durch Versuche wurde gefunden, daß der zulässige Temperaturbereich,
innerhalb dessen der Zähler zuverlässig arbeitet, größer wird, wenn für die beiden
Kerne verschiedene Materialien verwendet werden, wie bei den Ausführungsformen nach
F i g. 5 und 26.
Wenn das Material »Ortlionik« für einen Kern verwendet
wird, steigt das Vierkantverhältnis der Hysteresisschleife mit sinkender Temperatur,
während die Impulszahl sich mit steigender Temperatur erhöht. Wird dagegen »Molybdän-Permalloy«
für einen Kein verwendet, so steigt das Vierkantverhältnis mit steigender Temperatur,
während die Impulszahl mit steigender Temperatur abnimmt. Verwendet man kombinierte
Kerne, die diese beiden Materialien enthalten, so heben sich die Wirkungen der Temperaturänderungen
innerhalb eines weiten Bereiches mehr oder weniger auf, so daß der Zähler über einen
größeren Temperatarbereich stabil bleibt und genau arbeitet. Durch Versuche wurde
gefunden, daß ein Zähler nach F i g. 5 oder 26, bei dem verschiedene
magnetische Materialien, nämlich »Ortlionik« und »Molybdän-Permalloy« zur Anwendung
gelangen, bis zu einer Temperatur von weit über 1001 C stabil bleibt und
zuverlässig arbeitet. Bei Verwendung der gleichen Materialien für die beiden Kerne
dagegen darf eine Temperatur von etwa 601 C nicht überschritten werden.
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Es versteht sich, daß die oben dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen
auch miteinander kombiniert und abgeändert werden können. Ebenso kann natürlich
der Ruhezustand auch die positive, Sättigung sein, aus welcher der Kern schrittweise
in den Zustand der negativen Sättigung gebracht wird, um dann durch die Rückstellwicklung
wieder in den Zustand der positiven Sättigung zurückgeführt zu werden.