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Magnetkern-Zähischaltung mit veränderbarern Zählverhältnis 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 Rückstellimpul-se 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 gleichbleibt, müssen diese untereinander gleich bemessen sein. Zählimpulse
von gleichbleibender magnetisierender Wirkung lassen sich mit Hilfe eines weiteren
Magnetkernes" im folgenden als Treiberkern bezeichn,et, erzielen, der mit jedem
Eingangsimpuls erst in positiver, dann in negativer Richtung bis zur Sättigung magnetisiert
wird, wobei jeder der beiden Ummagnetisierungsvorgänge in einer Sekundärwicklung
(Induktionswicklung) einen Spannungsstoß erzeugt, von denen einer dem Zählkern zugeführt
wird und dort eine Ummagneti#sierung in gewünschtem Ausmaß hervorruft. Der bei der
darauffolgenden Rückmagnetisierung des Treiberkernes in der Induktionswicklung entstehende
gegensinnige Spannungsimpuls wird durch eine Diode vom Zählkern abgehalten, damit
dort keine Entmagnetisierung auftritt.
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Voraussetzung für eine gleichbleibende magnetisierende Wirkung aller
Ummagnetisierungsimpulse des Treiberkernes auf den Zählkern 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 Treiberkem auf den Zählkern bleibt so lange einwandfrei,
als das Verhältnis der Spannungen am Zählkern und Treiberkern konstant bleibt. Dieses
Verhältnis ändert sich nun mit der Temperatur und mit der Betriebsspannung, da einerseits
mit steigender Temperatur die unerwünschten Spannungsverluste im Zählkreis abnehmen,
andererseits der Treiberkcrn 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, das ist die Anzahl jener Impulse, die zu einer einmaligen
vollständigen Ununagnetisierun- des Zählkernes notwendig sind, im gleichen Sinn.
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Bei Zählschaltungen mit konstantem Zählverhältnis läßt sich der durch
die Temperaturabhängigkeit der Schaltelemente bedingte Temperaturgang des Zählverhältnisses
relativ einfach klein halten. Bei Schaltungen mit veränderbarem Zählverhältnis ist
jedoch die Frage der Temperaturabhängigkeit aller möglichen Zählverhältnisse nur
unbefriedigend gelöst, wenn die Umschaltung nicht durch mechanische Kontakte, sondern
elektronisch erfolgen soll.
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Es ist bereits ein magnetischer Flußzähler mit zwei Sperrschwingern
und je einem Schöpfkern und Zählkein je Zählerstufe vorgeschlagen worden,
bei dem der Kollektor des Transistors des ersten Sperrschwingers, der den Schöpfkern
enthält und als Impulsformerstufe dient, an eine Wicklung des als Zählkern dienenden
Übertragkernes des zweiten Sperrschwingers, der den eigentlichen Zähler bildet,
angeschlossen ist. Bei diesem Flußzähler ist die Basis des Transistors des ersten
Sperrschwingers direkt mit dem Eingang der Zählerstufe und sein Kollektor galvanisch
übereine Diode mit der Wicklung des Zählkernes verbunden.
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Parallel zu der den Kollektor des Transistors galvanisch mit der Wicklung
verbindenden Diode kann
dabei zwar eine Serienschaltung aus einer
Diode und einem ohmschen Widerstand zur Einstellung des die Wicklung beaufschlagenden
Stromes angeordnet werden. Eine Zusammensetzung einer Induktions- und/ oder Magnetisierungswicklung
aus Teilwicklungen ist dabei jedoch nicht vorgesehen.
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Die Erfindung betrifft eine Magnetkern-Zählschaltung mit veränderbarem
Zählverhältnis, die wenigstens einen über eine Induktionswicklung eines Treiberkernes
geführten Induktions- und/oder wenigstens einen über eine Magnetisierungswicklung
eines Zählkernes geführten Magnetisierungsstromkreis enthält und bei der wenigstens
eine Induktions- und/oder weniolstens eine Ma etisierungswicklung aus mehree gn
ren Teilwicklunaen besteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Magnetkern-Zählschaltuna derart
auszubilden, daß eine Verstel-lung des Zählverhältnisses auf einfache Weise
bei besonders geringem Temperaturgang gewährleistet ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Magnetkern-Zählschaltuno, zur Lösung
dieser Aufgabe mit mindestens zwei zueinander parallel geschalteten, mindestens
zum Teil über verschiedene Teilwicklungen ein und desselben Zähl- oder Treiberkernes
führenden Diodenstromkreisen, von denen mindestens einer einen veränderbaren Widerstand
aufweist, versehen. Mit dieser Schaltung läßt sich durch Verändern des Widerstandes
der Strom durch den zugehörigen Diodenkreis und damit auch der gesamte Strom der
beiden parallelen Diodenstromkreise innerhalb eines bestimmten Bereiches ändern.
Mit dieser Anordnung können entweder der Treiberkern oder der Zählkern oder aber
auch beide Kerne versehen werden. Die Schaltelemente können hierbei hinsichtlich
ihrer temperaturabbängigen Eigenschaften so ausgelegt werden, daß in den beiden
Grenzzuständen jenes Bereiches. innerhalb dessen der Widerstand veränderbar ist,
eine optimale Temperaturkompensation erzielt wird, während in den übergangszuständen
die Temperaturabhängigkeit stärker ist. Die erfindungsge mäße Anordnung ist also
vorzugsweise für solche Zählschaltungen geeignet, die gerade nur in den beiden Grenzzuständen
jenes Bereiches betrieben werden, die also durch Verändern des Widerstandes von
einem Extremwert in den anderen Extremwert in ihrem Zählverhältnis umgeschaltet
werden.
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Für elektronisch umschaltbare Zähleinrichtungen erweist es sich als
vorteilhaft, als veränderbaren Widerstand einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke
in einen der Diodenstromkreise ein-eschalteten Transistor zu verwenden, dessen Emitter-Basis-Strecke
eine Transformatorwicklung zur Einspeisung von Schaltimpulsen parallel geschaltet
ist.
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Gegebenenfalls kann der veränderbare Widerstand auch transformatorisch
über einen Impuls- j
übertrager genügend hoher Induktivität angekoppelt werden,
da die Ausgangsspannung des Treiberkernes mir aus kurzen Impulsen besteht, wobei
keine Gleichspannung übertragen werden muß.
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Ausführungsbeispiele 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 Zählimpulse
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
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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 zwei Induktionswicklungen
7 und 7' Spannungsstöße erzeugt. Die Wicklungen 7 und
7' sind mit je einem Windungsende miteinander verbunden, derart, daß
sich die in beiden Wicklungen induzierten Spannungen addieren. Vom gemeinsamen Verbindungspunkt
beider Wicklungen führt ein Strompfad über eine Diode 8 zur Magnetisierungswicklung
2 des Zählkernes 1. Über diesen Strompfad gelangen die in der Induktionswicklung
7
allein erzeugten Spannungsimpulse an die Magnetisierungswicklung 2. Mit
8' ist eine der Induktionswicklung 7' nachgeschaltete Diode bezeichnet;
über diese Diode 8' sowie über einen ihr nachgeschalteten v eri ilnderbaren
Widerstand 9 gelangen die in beiden Induktionswicklungen7 und 7' erzeugten
Spannungsimpulse an die Magnetisierungswicklung 2. Die genannten Spannungsimpulse,
die in den beiden Diodenstromkreisen (7, 8 bzw. 7, 7', 8', 9) in Durchs
laßrichtung der betreffenden Dioden ausgelöst werden, dienen als Zählimpulse, durch
die der Zählkern 1 schrittweise aufmagnetisiert wird. Die bei der entgegengesetzten
Magnetisierung des Treiberkernes 3 erzeugten Spannungsstöße werden durch
die Dioden 8, 8' von der Magnetisierungswicklung 2 abgehalten.
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Der Zählkern 1 ist mit einer weiteren Wicklung 10
versehen,
die zur Rückmagnetisierung des Zählkernes 1 dient, sobald dieser durch die
Zählimpulse einer Zählperiode magnetisch gesättigt wurde. Hierzu ist ein mit der
Wicklung 10 in Serie geschalteter Transistor 11 vorgesehen, der einen
in den Basis-Emitter-Kreis eingeschalteten Widerstand 12 besitzt, der mit der Magnetisierungswicklung
2 in Serie liegt. Solange der Zählkern 1 nicht gesättigt ist, fließt bei
einem Spannungsstoß der Induktionswicklungen7bzw.7,7'wegen der relativ hohen Induktivi#tät
der Wicklung 2 ein relativ geringer Strom über den Widerstand 12, der zu gering
ist, um den Transistor 11 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 12 den Transistor 11 leitend macht und daß
dessen über die Rückmagnetisierungswicklung 10 fließender Kollektorstrom
den Zählkern 1 wieder in seinen Ausgangszustand versetzt.
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Die Einstellung des Zählverhältnisses erfolgt durch Verändern des
Widerstandes 9. Bei großem Widerstandswert ist der über die Diode
8' führende Stromkreis nahezu gesperrt, so daß praktisch nur die in der Wicklung
7 erzeugte Spannung zur Magnetisierungswickluno, 2 des Zählkernes gelangt.
Bei Einstellung des Widerstandes 5 9 auf seinen geringsten Widerstandswert
gelangt auch die in der Wicklung 7' induzierte Spannung zusammen mit der
in der Wicklung 7
erzeugten Spannung an die Magnetisierungswicklung 2. Die
Diode 8 ist dann durch die in der Wkklung 7' induzierte Spannung gesperrt.
Somit ist die resultierende an die Magnetisierungswicklung 2 gelangende Spannung
und damit auch die Spannungszeitfläche der Zählimpulse von der Einstellung des Widerstandes
9 abhängig. Gleichsinnig mit der Spannungszeitfläche der einzelnen Zählimpulse
ändert sich
auch deren magnetisierende Wirkung und im umgekehrten
Sinn das Zählverhältnis.
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Bei der Ausführung nach F i g. 2 ist der Widerstand
9 durch einen Schalttransistor 13 ersetzt, dessen Basis-Emitter-Strecke
die Sekundärwicklung 14 eines Transformators parallel geschaltet ist. Die Primärspule
15 dieses Transformators ist mit einem Kontakt 16 in den Lade- bzw.
Entladestromkreis eines Kondensators 17 eimeschaltet. Bei geschlossenem Kontakt
16 werden beim Schließen des Kontaktes 4 negative Spannungsimpulse in der
Sekundärwicklung 14 erzeugt und dements rechend der Tran-C p sistor 13 gerade
während der Ummagnetisierung des Treiberkernes 3 geöffnet. Bei offenem Kontakt
16
bleibt der Transistor 13 gesperrt. Jedem der beiden Zustände des
Transistors 13 entspricht ein bestimmtes Zählverhältnis. Der übersichtlichkeit
halber ist in F i g. 2 ebenso wie in F i -. 3 die Schaltung
des Zählkernes weggelassen.
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Bei der Ausführung nach F i g. 3 wird der veränderbare Widerstand
transformatorisch über einen Impulsübertrager mit genügend hoher Induktivität der
Primärwicklung 18 angekoppelt. Als veränderbarer Widerstand dient ein Schalttransistor
20, dessen Kollektor-Emitter-Strecke an die Sekundärwicklung 19 des Impulsübertragers
angeschlossen. ist. Zur Umschaltun- des Zählverhältnisses dient ein aus den Widerständen
21 und 22 bestehender Spannungsteiler, der mittels eines Kontaktes 23 an
Spannung aelegt werden kann. Der Widerstand 22 ist dem el Basis-Emitter-Stromkreis
des Transistors 20 parallel geschaltet. Bei geschlossenem Schalter 23 wird
der Transistor 20 durch den über den Widerstand 21 fließenden Basisstrom leitend
gemacht. Der während eines Zählimpulses von der Induktionswicklun- 7'
des
Treiberkernes 3 an den Impulsübertrager 18, 19
abgegebene Spannungsstoß
wird dann vom Transistor 20 kurzaeschlossen; für die Zählschaltung ist die Summe
der Induktionswicklunaen 7 und 7' wirksam. Ist dagegen der Schalter
23 offen, so wird der Transistor 20 durch seine Emittervorspannung und den
Widerstand 22 sicher gesperrt. Der von der Induktionswicklung 7' abgegebene
Spannungsstoß ergibt bei genügend hoher Induktivität der Primärwicklung
18 des Impulsübertragers nur einen kleinen Magnetisierungsstrom durch die
Wicklung 18. Ist dieser Strom kleiner als der Magnetisierungsstrom des Zählkernes
1, so wird die Diode 8 leitend, und für die Zählschaltung ist nur
die Induktionswicklung 7 wirksam. Es ergibt sich daher ein anderes Zählverhältnis
als bei geschlossenem Schalter 23.
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Wesentlich ist für die Funktion der Schaltung, daß der als veränderbarer
Widerstand an die Sekundärwicklung 19 des Impulsübertragers angeschlossene
Transistor 20 derart ein-eschaltet ist, daß der über den Impulsübertrager übertragene
Teil des Zählimpulses in Sperrichtuno, auf die Basis-Kollektor-Strecke des Transistors
20 wirkt, da der Transistor in umgekehrter Richtung nicht sperrt.
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F i g. 4 zeigt eine Zählschaltung, bei der der Zählkern
1 mit der erfindungsgemäßen Anordnung von C
Magnetisierungsstromkreisen
versehen ist. Hierbei ist der Zählkern, 1 mit zwei Ma-netisierungswicklungen
2 und 2' ausgestattet, denen je eine Diode 8 bzw. 8'
vor
: - 7 eschaltet ist. Mit der Diode 8 liegt in Serie der veranderbare
Widerstand 9. Durch Verändern des Widerstandes 9 läßt sich der "esamte
über die Wicklunaen 2 und 2' fließende Ma-netisierungsstrom und damit auch das Zählverhältnis
innerhalb eines gewissen Bereiches verändern und einstellen. Bei der Ausführung
nach Fi 'g. 4 ist nur eine einzige Induktionswicklung 7 des Treiberkernes
vorgesehen.
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Eine entsprechende Schaltung mit einem Transistor 20 zur Umschaltung
von einem Zählverhältnis zum anderen zeigt F i g. 5. Auch hier ist
der Zählkern 1 mit zwei Magnetisierungswicklungen 2 und 2' versehen, denen
Dioden 8 und 8' vor"eschaltet sind, wobei der Stromkreis der Diode
8 durch den Transistor 20 je nach Betätigung des Kontaktes
23 ein-und ausschaltbar ist.