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Empfangsanordnungfür Impulsfrequenzen Bei den bekannten Impulsfrequenzempfängern
wird durch jeden empfangenen Impuls ein Kondensator über ein Zeigergerät entladen
oder aufgeladen, so daß der zur Anzeige gelangende zeitliche Mittelwert des Kondensatorstroms
der Impulsfrequenz ungefähr proportional und damit ein Maß für die Meßgröße ist.
Um die mit hohen Spitzen auftretenden Kondensatorströme zu glätten und die Anzeige
des Empfangsinstrumentes zu beruhigen, ist eine hohe Impulsfrequenz notwendig, die
aber wiederum den Übertragungskanal ungünstig beansprucht. Begnügt man sich daher
mit Impulsfrequenzen mäßiger Größe, so wird eine besondere Dämpfungseinrichtung
an dem Anzeigegerät, insbesondere ein parallel geschalteter Kondensator notwendig.
Dies hat aber wiederum zur Folge, daß bei einer Änderung der Meßgröße und somit
auch der Impulsfrequenz die Anzeige nur langsam sich dem neuen Wert nähert. Bei
solchen Anordnungen wurde meist ein Meßkondensator benutzt, der von einem Relais
mit einem doppelpoligen Umschaltkontakt abwechselnd geladen bzw. entladen wird.
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Außerdem ist eine Empfangseinrichtung für nach dem Impulsfrequenzverfahren
betriebene Fernwirkanlagen bekannt, bei der ebenfalls an der Empfangsstelle durch
Auf- bzw. Umladung einer Kondensatoranordnung
eine Umwandlung der
Impulsfrequenz in eine Impulsfolge konstanter Intensität und doppelter Frequenz
erfolgt. Dabei werden über ein einzustellendes Gerät zwei Stromkreise abwechselnd
geschlossen, und es ist ein von der gesendeten Impulsfolge erregtes einpoliges Umschaltrelais
vorgesehen, das mittels seines Ankers bei Erregung durch einen Impuls den einen
Stromkreis und während der nachfolgenden Impulspause den anderen Stromkreis schließt.
In jedem Stromkreis ist je ein Kondensator derart eingefügt, daß mit dem
Schließen des Stromkreises über den einen Kondensator der Kondensator des anderen
Stromkreises kurzgeschlossen wird. Diese Anordnung besitzt den Vorzug, daß ein nur
einpoliges Relais erforderlich ist. Mit der Herabsetzung der Anzahl der Relaiskontakte
wird nämlich nicht nur das Relais als solches billiger, sondern es wird auch die
Störanfälligkeit verringert. Trotzdem gilt auch für diese Anordnung bezüglich der
Stromspritzen das gleiche wie bei der eingangs angeführten Anordnung,
d. h. um die Anzeige des Meßgeräts zu beruhigen, muß entweder mit hoher Impulsfrequenz
gearbeitet werden, oder es muß dem Anzeigeinstrument eine besondere Dämpfungseinrichtung,
beispielsweise ein Kondensator, zugeordnet werden, der dann allerdings wiederum
die Wirkung hat, daß die Einstellung bei Meßwertänderungen verzögert wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Empfangsanordnung für
Impulsfrequenzen, bei der bei jedem empfangenen Impuls das Anzeigegerät durch die
gleiche Strommenge durchflossen wird, indem die bei jedem Impuls erzeugten, nach
einer Exponentialfunktion abklingenden Lade- bzw. Entladestromstöße eines oder mehrerer
Kondensatoren das Anzeigegerät durchfließen. Es liegt jedoch nicht wie bei den bekannten
Einrichtungen die Aufgabe vor, die Empfangseinrichtung so zu vereinfachen, daß man
mit einem nur einpoligen Relais auskommt, sondern die Aufgabe besteht hier darin,
den dem Empfangsinstrument zufließenden Strom von vornherein so weit zu ebnen, daß
besondere Glättungsmittel, die sonst eine Einstellverzögerung mit sich bringen,
entbehrlich werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß der Verlauf
der Kondensator-Lade-bzw. -Entladeströme durch Schaltmittel vor dem Ab-
klingen
zu einem wählbaren Zeitpunkt unterbrochen oder so verzögert wird, daß sich die einzelnen
Stromstöße teilweise überdecken. In einem Fall verläuft also der Kondensatorladestrom
nach einer abklingenden Exponentialfunktion, die durch- entsprechende Wahl der Zeitkonstanten
genügend flach verlaufend ausgebildet werden kann, und dieser Stromverlauf wird,
bevor der Abklingvorgang beendet ist, zu einem wählbaren Zeitpunkt unterbrochen.
Auf diese Weise werden einzelne das Anzeigegerät durchfließende Impulse erhalten,
die nahezu Rechteckform- haben, d. h. daß das Instrument von einem sehr weit
geebneten Gleichstrom durchflossen wird. Daher erübrigen sich in diesem Fall besondere
Glättungseinrichtungen, insbesondere dann, wenn gemäß einer weiteren Erfindung dafür
gesorgt wird, daß diese Stromstöße sich lückenlos aneinanderreihen. - In
einem anderen Fall kann die Anordnung aber auch so ausgebildet werden, daß dem Empfangsmeßgerät
nach einer Exponentialfunktion verlaufende, vollständig abklingende Stromstöße zugeleitet
werden, deren Dauer ein Mehrfaches der Impulsdauer ist. Die einzeInen Stromstöße
folgen mit einer Phasenverschiebung von je einer Impulsdauer aufeinander, so daß
sich in dem das Empfangsinstrument enthaltenden Stromkreis diese. Stromstöße in
Abständen je einer Impulsdauer überlagern und somit einen sägezahnförmigen
Gleichstrom ergeben, der eine nunmehr geringe Welligkeit besitzt. Der empfangene
Strom kann schließlich auch dazu benutzt werden, um mittels Relais geeignete Schaltelemente,
beispielsweise Ohmsche Widerstände, so umzuschalten, daß auch bei kleiner Impulsfrequenz
ein hinreichend geglätteter Gleichstrom entstelit.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Empfänger, der dazu dient, die ankommende
Impulsfrequenz so umzuformen, daß dem Empfangsinstrument bei jedem Impuls Stromstöße
von fast rechteckiger Kurvenform zugeleitet werden. Abb. 2 zeigt eine Empfangsanordnung,
die auf Grund jedes Impulses einen vollständig abklingenden, das Anzeigegerät durchfließenden
Stromstoß ausbildet, wobei aber aufeinanderfolgende Stromstöße sich zeitlich so
überdecken, daß der Gesamtstrom eine nunmehr geringe Welligkeit besitzt.
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In Abb. i bezeichnet E eine Spannungsquelle, die mit ihrem
positiven Pol i bzw. ihrem negativen Pol 2 an einen Spannungsteiler Sp angeschlossen
ist. Parallel zu diesem Spannungsteiler liegt ein Ohmscher Widerstand R in Reihe
mit Kondensatoren C, C,
Die Kondensatoren werden durch einen Umschaltkontakt
A gesteuert, der zu einem auf die ankommende Impulsfrequenz ansprechenden,
nicht dargestellten Relais gehört. Der Punkt des Zusammenschlusses zwischen dem
Widerstand R und den Kondensatoren ist mit 3 bezeichnet. Von hier zu einem
Punkt 4 des Spannungsteilers Sp führt eine Verbindung, die ein elektrisches Ventil
V, beispielsweise einen Trockengleichrichter enthält. Dieses Ventil ist so geschaltet,
daß es Strom nur in der Richtung von 3 nach 4 durchläßt, und zwar nur dann,
wenn das Potential des Punktes3 größer ist als das Potential des Punktes 4. Die
beiden Kondensatoren C, und C, sind untereinander gleich. Der Drehpunkt
des Umschaltkontaktes A ist zwischen beiden Kondensatoren angeschlossen und
mit 5 bezeichnet, Die Anordnung enthält ferner ein Empfangsinstrument i,
dessen innerer Widerstand im folgenden der Einfachheit halber vernachlässigt wird.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird angenommen, daß sich der Umschaltkontakt
A in der gezeichneten Stellung befindet und der Kondensator C,
zunächst
ungeladen ist. Wird jetzt die Spannungsquelle E eingeschaltet, so wird dieser
Kondensator entsprechend dem Potentialunterschied zwischen den Punkten i und 2 aufgeladen.
Der Ladestromkreis verläuft von Punkt i über den Widerstand R, den Umschaltkontakt
A, den Kondensator Ci und das Empfangsgerät i zum Punkt,-?. Zu Beginn der
Aufladung ist das Potential der Punkte 2, 5 und 3
gleich,
-und auf alle Fälle ist das Potential des Punktes 3 niedriger als das des
Punktes 4. Infolgedessen ist das Ventil V zunächst wirkungslos. Im weiteren Verlaui.
steigt das Potential der Punkte3 und 5 nach einer Exponentialfunktion so
lange an, bis das Potential des Punktes3 gleich dem des Punktes 4 geworden ist.
In diesem Zeitpunkt ist der Kondensator C, praktisch auf die an dem Spannungsteiler
Sp abgegriffene Teilspannung Ei aufgeladen. Das Potential des Punktes
3 kann aber nicht mehr weiter ansteigen, denn sobald dieses Potential sich
nur wenig über das des Punktes 4 erhebt, wird das Ventil V stromdurchlässig und
gleicht dadurch den Potentialunterschied aus. Da also der nach einer Exponentialfunktion
verlaufende Potentialanstieg in diesem Zeitpunkt beendet ist, wird auch der Kondensator
C,
nicht mehr weiter aufgeladen, und sein das Meßgerät durchfließender Ladestroin
fällt plötzlich auf Null ab.
Zwar fließt über den Widerstand R ein unveränderlicher
Strom, der sich nach dem Ohmschen Gesetz aus dem Widerstandswert und der Teilspannung
E, ergibt, jedoch ist dieser Strom für die Wirkungsweise der Anordnung belanglos.
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Die Ladespannung verläuft also nach einer ansteigenden Exponentialfunktion,
die dann abbricht, wenn das Potential des Punktes 3 gleich dem des Punktes4
geworden ist. Umgekehrt verläuft der Ladestrom des Kondensators C,. Er läßt
sich durch eine Exponentialfunktion darstellen, die von dem Anfangswert EIR exponentiell
abnimmt und im selben Zeitpunkt, wo der Spannungsanstieg aufhört, plötzlich auf
Null abfällt. Wählt man die Zeitkonstante R - C,
hinreichend groß,
so kann dieser Abfall beliebig schwach, fast geradlinig gestaltet werden, so daß
die Kurve des Ladestroms annähernd Rechteckform erhält.
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Wird nun nach Ablauf des Impulses det Relaiskontakt A nach
rechts umgelegt,'so -wiederholt sich das Spiel, indem an Stelle des Kondensators
C, der zu Beginn dieser Periode ungeladene Kondensator C,
tritt. Durch
geeignete Wahl des Anzapfpunktes 4 auf dem Spannungsteiler Sp wird die Zeitdauer
des rechteckf6rmigen Stromstoßes so eingestellt, daß sie gleich der kürzesten Impulsdauer
t j.- bei der höchsten Impulsfrequenz wird. In diesem Fall ergibt 'sich als Stromverlauf
im Meßgerät i eine Reihe lückenlos aufeinanderfolgender, fast rechteckförmigef Stromstöße,
d. h. ein sehr weitgehend geebneter, nur schwach wellenförmiger Gleichstrom.
Ist die Impulsfrequenz niedriger, d. h. ist -die Impulsdaner t größer als
t""", dann entsteht zwischen den unveränderlichen, fast rechteckförmigen Stromkurven
eine Pause, und da die einzelnen Rechtecke eine von der Impulsfrequenz unabhängige,
nur durch die Zeitkonstante und die Größe der Teflspannung Ei bestimmte Form
haben, ist der zur Anzeige gelangende Mittelwert des Stroms der Impulsfrequenz proportional.
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Eine lückenlose Aneinanderreihung der Stromstöße läßt sich auch dann
erreichen, Wenn nicht die höchste, sondern eine beliebige niedrigere Impulsfrequenz
gesandt wird. Zu diesem Zweck wird der Widerstand R vergrößert, d. h. es
wird die Zeitkonstante vergrößert und damit der Anstieg verlängsamt, auf dem sich
das Potential des Punktes 3 von Null beginnend bis zum Potential des Punktes
4 ändert. Dadurch wird der Zeitpunkt, in dem der exponentiell abklingende Ladestrom
des Kondensators auf Null abfällt, verzögert und somit die Impulsbreite vergrößert.
Die hierzu erforderliche Widerstandsänderung kann, wie später noch gezeigt wird,
mittels eines stromabhängigen Relais selbsttätig vorgenommen werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 2 dargestellt.
Hier bezeichnet IN eine Nockenscheibe, die auf Grund der aufgenommenen Impulsfrequenz
eine schrittweise Drehbewegung ausführt. Die Nockenscheibe befindet sich während
eines Impulses in der Stellung I, während des folgenden Impulses in der Stellung
II und so fort, d. h. sie geht jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Impulsen von der einen Stellung in die andere über. Der Stellungswechsel vollzieht
sich voraussetzungsgemäß ruckartig, was durch geeignete Ausbildung des Antriebs
der Nockenscheibe etwa mittels eines Drehankers leicht erreicht werden kann. Bei
ihrer Drehung betätigt diese Nockenscheibe nacheinander Umschaltkontakte die ihre
Stellung zwischen Gegenkontakten, beispielsweise zwischen b, und ei, ändern
können. Der Drehpunkt jedes Umschaltkontaktes, beispielsweise der Punkt al, ist
mit einem Kondensator C, -verbunden, von wo aus eine Verbindung zu einem
Pol einer Stromquelle E besteht. Der andere Pol der Stromquelle ist über
einen kleinen Widerstand r mit dem Gegenkontakt c, verbunden-. Von den Kontakten
b,-b4 führt jeweils über Widerstände R,-R4 eine Verbindung zu einem Meßgerät
-i. Die gestrichelt gezeichnete Kurzschlußverbindung an der Spannungsquelle
E bzw. die an anderer Stelle - gestrichelt gezeichnete Spannungsquelle
selbst sind vorerst als nicht vorhanden zu betrachten.
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Bei dem Übergang der- NockenscheibeN von der einen Stellung in die
andere wird vorübergehend der betreffende Umschaltkontakt nach oben umgelegt. Beispielsweise,%#,ird
beim Übergang von der Stellung 1
in die Stellung II der Umsch#altkontakt kurzzeitig
von b, nach ei umgelegt. Dadurch wird der Kondensator C, über
den kleinen Vorwiderstand r auf die Spannung E aufgeladen. Er speichert somit
die Elektrizitätsmenge Q = C, - E auf. Ist die Nockenscheibe
N in der Stellung II angelangt, so wird der Umschaltkoiltakt A, wieder
nach bl gelegt, und es beginnt min die Entladung des Kondensators C" die
über den Widerstand R, und das Meßgerät i erfolgt. Die Größe des Widerstandes R,
und ebenso der übrigen Widerstände ist so gewählt, daß diese Entladung in einer
Zeit vollzogen ist, die die Nockenscheibe bei der höchsten vorkommenden Impulsfrequenz
für einen vollen Umlauf benötigt. Bezeichnet man mit t die Dauer eines Impulses,
so vollführt die Nockenscheibe N in der Zeit m - t eine volle Umdrehung,
wenn n die Anzahl der bei einer vollen Umdrehung zurückzulegenden Schritte bedeutet.
Bei der höchsten vorkommenden. Impulsfrequenz beträgt die Dauer des Impulses und
die kürzeste vorkommende Umlaufzeit der Nockenscheibe N ist demnach n
- ti". Die Entladung des Kondensators C, über
den
Widerstand R, muß in dieser Zeit vollzogen sein, weil danach eine erneute Umlegung
des Kontaktes A,
nach c, und damit eine erneute Aufladung des Kondensators
C, erfolgt. Beträgt die Impulsdauer allgemein t, dann wird durch den Kondensator
c, in der Zeit n - t an das Meßgerät die Elektrizitätsmenge
C, - E
oder ein mittlerer Strom Cl ' E
abgegeben. Derselbe n-t Vorgang vollzieht sich bei dem nächsten und jedem folgenden
Schritt an den Kondensatoren C"-C4 und den entsprechenden Widerständen RI-R4. Die
Vorgänge folgen im Zeitabstand des Eintreffens der Impulse aufeinander. Der gesamte,
von sämtlichen Kondensatoren herrührende Strommittel-,vert beträgt demnach
wenn die Kapazität aller Kondensatoren untereinander gleich groß ist. Da die Impulsdauer
t im reziproken Verhältnis zur Impulsfrequenz steht, ist also der Strommittelwert
der Impulsfrequenz proportional.
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Das Meßgerät empfängt also von den einzelnen Kondensatoren exponentiell
abklingende Stromstöße, deren Zeitdauer durch Wahl der Widerstände RI-R4 so festgelegt
werden kann, daß jeder dieser Stromstöße erst nach der Zeit -n - t.i",
d. h. nach einem vollen Umlauf der Nockenscheibe praktisch abgeklungen ist.
Jeweils nach der Zeit t setzt durch die Aufeinanderfolge der Kondensatorenentladungen
ein neuer Stromstoß ein, und zwar bevor die vorangegangenen Stromstöße schon völlig
abgeklungen sind, da naturgemäß die Impulsdauer t erheblich kleiner ist als die
Zeit n - t .. i, Der gesamte das Meßgerät durchfließende
Strom entsteht also durch Überlagerung der einzelnen zeitlich aufeinanderfolgenden
Stromstöße, so daß sich ein sägezahnföriniger Stromverlauf mit geringer Welligkeit
ergibt. Der Strom ist also, ohne daß besondere dämpfende Glättungsmittel angewandt
werden, bereits gut geebnet.
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Statt des Entladestroms kann dem Meßgerät auch der Ladestrom des Kondensators
zugeführt werden, wobei lediglich die Spannungsquelle E an die gestrichelt
gezeichnete Stelle zu verlegen ist und die ursprünglich vorhandene Spannungsquelle
durch eine leitende Verbindung überbrückt werden muß.
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Ist die Impulsfrequenz niedriger als der möglicherweise auftretende
Höchstwert, d. h. ist also die Impulsdauer größer als 1.i.«, dann könnten
an sich die Widerstände Rl-R4 über den Wert erhöht werden, der durch die Zeit ti"
festgelegt ist. Dies ergibt sich daraus, daß stets nur die Forderung besteht, daß
die Entladung oder Aufladung in der Zeit n - t .. i"
praktisch vollzogen ist. Durch diese Erhöhung der Widerstände R,-R4 würde auch bei
kleinerer Impulsfrequenz die Welligkeit des Stroms weiterhin herabgedrückt werden.
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Für das Ausführungsbeispiel Abb. 2 und bereits früher für das AusführungsbeispielAbb.
i ist angegeben worden, daß bei niedriger Impulsfrequenz die Welligkeit des Stroms
im Empfangsmeßgerät durch Vergrößerung der durch die Zeit t.i" festgelegten Werte
der Widerstände r,-r, in Abb. 2 bzw. des Widerstandes R in Abb. i sich verringern
läßt. Diese Widerstandsänderung kann etwa folgendermaßen mit einfachen Mitteln selbsttätig
durchgeführt -werden: Mit dem Meßgerät i ist ein Relais zusammengeschaltet, welches
sich bei einem Strom i."" 2e i 2h i' in der einen Stellung befindet und durch
seine lf'o-ntakte die Widerstände auf die schon früher durch die Impulsdauer ti"
festgelegten Werte der Widerstände RI-R, bzw. R einstellt, hingegen bei einem Strom
i' > i 22: 0
in der anderen Stellung befindet und durch seine
Kontakte die Widerstände auf die Werte R,' bzw. R' einstellt. Hierbei ist i' ein
mittlerer Wert zwischen i"." und Null. R,'-R4' und R' sind etwa so bemessen, als
ob die zu i' gehörige Impulsdauer die kürzeste wäre.