<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij de Belgische Octrooiaanvrage van
BELL TELEPHONE MANUFACTURING C betreffende
EMI1.1
EDECTRO-MECHANISCH IY9VISYODVUTIESTEISBI.
De uitvinding heeft betrekking op een electromechanisch impulsmodulatiestelsel. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een stelsel, waarin variaties in electrische energie door een relais wordt omgezet in naar den tijd gemoduleerde impulsen, welke gemakkelijk kunnen worden overgedragen en gemoduleerd worden in een verwijderd punt, om indicaties voort te brengen, welke evenredig zijn aan de oorspronkelijke variaties.
Een doel van de uitvinding is het naar den tijd moduleren van seinen door middel van een relais en daarmede verenigde ketens, hetgeen op een eenvoudige, werkdadige en economische wijze geschiedt.
<Desc/Clms Page number 2>
Een ander doel is het bestuur van de werking van een relais in overeenstemming met een veranderlijk sein, om naar den tijd gemoduleerde impulsen voort te brengen.
Voorts beoogt de uitvinding het bekrachtigen en stroomloos maken van een gebalanceerd relais, bij een vooraf bepaald verschil in potentiaal tussen de bekrachtigings- en de uitbalanceerwikkeling van het genoemde relais,onafhankelijk van de variaties in potentiaal, welke op deze bekrachtigingswikkeling worden gebracht.
Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een stelsel voor het naar den tijd moduleren voor het overdragen van een relatief langzaam variërend sein, zoals een meteraflezing, door impulsen, onafhankelijk van de herhalingssnelheid van genoemde impulsen.
Nog een ander doel is het verschaffen van een meetsysteem op afstand, dat berust op naar den tijd gemoduleerde impulsen zonder den noodzaak van een indicator of meter aan het zendeinde van het stelsel.
Verder beoogt de uitvinding het verschaffen van een meetsysteem op afstand, dat onafhankelijk is van de capaciteiten in de ketens in zend- en ontvangzijden van het stelsel.
Eveneens beoogt de uitvinding het verschaffen van een stelsel, dat aanspreekt op versterkte gelijkstroomseinen en onafhankelijk is zowel van de vervorming voortgebracht in den versterker, als van variaties in de voedings- of stuurstroombron voor het stelsel.
Tenslotte beoogt de uitvinding het verschaffen van een gevoelige electrische meetketen, zoals voor een voltmeter, welke niet elke keer voor het gebruik gecalibreerd behoeft te worden.
De uitvinding wordt beschreven aan de hand der tekening, waarin
<Desc/Clms Page number 3>
fig. 1 een schematische voorstelling is van een uitvoering volgens de uitvinding; fig. 2 een grafiek is van golfvormen, welke ter toelichting van de werking van het circuit van fig. 1 dient; fig. 3 een principe schema is van een andere uitvoering volgens de uitvinding.
In fig. l is een polair relais I afgebeeld, dat meerdere wikkelingen 2,3 en 4 bezit, waarbij de wikkeling 2 en 4 tegengesteld zijn gewikkeld en wikkeling 3 veel minder windingen omvat dan hetzij wikkeling 2 of wikkeling 4. Met wikkeling 2 is een variabele gelijkstroombron 5 verbonden, welke gemoduleerd of gemeten moet worden door het stelsel volgens de uitvinding. Met de wikkeling 4 is een bron van constante gelijkstroomenergie 10 verbonden, door middel van een keten met tijdconstante, welke weerstanden 6 en 7, condensator 8 en een normaal open contact 9 omvat, welke bron tenminste even groot is doch bij voorkeur groter dan de maximum energie, welke wordt toegevoerd aan de aansluitklemmen 5.
In de keten van wikkeling 3 is een potentiometer 11 afgebeeld, alsmede contact 12 van relais 1, relais 13 en weerstand 14, welke bij voorkeur practisch denzelfden weerstand heeft als het relais 13. Door het sluiten van contact 12 van relais 1 wordt de stroom door de wikkeling 3 omgekeerd of genoodzaakt in een der twee richtingen te vloeien, teneinde de werking van het relais 1 te vertragen en voldoende tijd te verschaffen voor het laden en ontladen van den condensator, waardoor impulsen van voldoenden duur worden verschaft om gemakkelijk overgedragen te worden, zoals verder zal worden uiteengezet. Het relais 13, dat ingeschakeld wordt door relais 1 via contact 12, bestuurt de beide contacten 9 en 15.
Indien gewenst, kunnen de contacten van relais 13 bestuurd worden door relais 1, hoewel de specifiek afgebeelde keten practische voordelen heeft boven een dergelijke combinatie.
<Desc/Clms Page number 4>
contact 15 is opgenomen in de keten met een onaf- hankelijke energiebron 16, welke energie in- en uitgeschakeld wordt door contact 15 om gemoduleerde impulsen van de gewenste breedte voort te brengen. Deze onafhankelijke energiebron 16 kan van bekende soort zijn, zoals een gelijkstroom of wissel- stroombron, welke laatste hoogfrequent kan zijn, afhankelijk van de wijze van overiuncht en het transmissiemedium, dat voor de impulaen g@@@uikt wordt.
Dit medium omvat een keten 17, welke voert naar een geschikt aanwijsinstrument 18, dat op een ver- wijderd punt kan zijn gelegen. dit instrument 18 kan een watt- meter zijn voor het interreren van de energie in de impulsen, of zoals afgebeeld, Kaai dit een relais 19 en een keten met tijd- constante omvatten, welke weerstanden 20 en 21 bezitten, die wat hun verhoudingen betreft overeenkomen met de weerstanden 6 en 7 in de boven vermelde keten met tijdconstante, .indien een dergelijke tweede keten met tijdconstante gebruikt wordt, kan het relais 19 opgenomen worden in de keten 17, om contact 22 in werking te stellen in een keten met een gelijkstroombron 23, welke over weerstand 21 en condensator 24 verbonden wordt.
De weerstand 20 en een geschikte meter 25, zoals een galvano- meter, worden over condensator 24 verbonden. De galvanometer 25 meet de gemiddelde spanning over den condensator 24, welke spanning evenredig is aan den duur van de impulsen van den scha- kelaar 22, overeenkomstig impulsen, voortgebracht door de relais 1 en 13.
Bij de beschrijving van de werking van het circuit afgebeeld in fig. 1, sluit het relais zijn contact 12, bij het bekrachtigen van de wikkeling 2 van relais 1 door de variabele of onbekende gelijkstroombron 5, welke gemeten of gemoduleerd moet worden, dat op zijn beurt onmiddellijk relais 13 bekrach- tigt en dit zijn beide contacten 9 en 15 sluit. Daar de contac- ten 9 opgenomen zijn in de eerste keten met tijdconstante, welke gekoppeld is met de grotere en constante gelijkstroombron 10,
<Desc/Clms Page number 5>
wordt de energie zowel toegevoerd aan de weerstanden 6 en 9 en de wikkeling 4 van het relais 1 als aan den condensator 8.
De condensator 8 wordt ongeladen, waardoor het effectieve aantal amp. windingen van de wikkeling 4 toeneemt, totdat een punt is bereikt, waar het aantal Amp. windingen in de wikkeling 4 het aantal Amp. windingen in de wikkelingen 2 en 3 uitbalanceert.
Zodra contact 12 gesloten is, keert de stroom in de wikkeling 3 om en vloeit van de positieve aansluiting rechtstreeks naar aarde via relais 13, om het magnetische veld te versterken, voortgebracht door den stroom van wikkeling 2. Het doel van de toegevoegde wikkeling 3, waarin de stroom telkens wordt omgekeerd wanneer contact 12 geopend of gesloten wordt, is het vertragen van het practisch onmiddellijk werkend polair relais 1, zodat dit niet met een zo grote snelheid zal vibreren, dat onbegrijpelijke naar den tijd gemoduleerde impulsen worden voortgebracht. De vertraging, veroorzaakt door den omkeerstroom door de wikkeling 3, kan gewijzigd worden voor het naar wens veranderen van de waarden der weerstanden 14,13 en 11.
In fig. 2 stelt de kromme 26 de tijd-spanningskarakteristiek van den condensator 8 voor. Indien de waarde van de onbekende spanning aan inrichting 5 voorgesteld wordt door waarde V, wordt de minimum spanning over den condensator 8, op welk punt het relais 1 zijn contacten sluit, door de waarde vo en de maximum waarde van de spanning over de klemmen van condensator 8, waardoor het relais zijn contact 12 opent, voorgesteld door de waarde v1' Het potentiaalverschil tussen de waarden vo en v1 komt overeen met de vertraging, welke veroorzaakt wordt door de wikkeling 3 door middel van de instelling van den potentiometer 11.
Verder blijkt uit fig. 2, dat wanneer de spanning over condensator 8 het punt 27 op kromme 26 bereikt om den stroom in wikkeling 3 tegen te werken, relais 1 zijn contact 12 sluit en dit blijft gesloten, totdat de spanning
<Desc/Clms Page number 6>
punt 28 bereikt heeft, op welk ogenblik de Amp. windingen in wikkeling 4 de Amp.windingen in wikkelingen 2 en 3 uitba.lan- ceren en contact 12 geopend wordt.
Op dat ogenblik begint condensator 8 door wikkeling 4 te ontladen (daar het contact 9 nu open is tengevolge van de ontmagnetisering van relais 13), overeenkomstig met de tijd-spanningskarakteristiek met de tijdspanningskarakteristiek van een kromme parallel aan kromme 29 (afgebeeld in fig. 2) en wel tot punt 30, op welk ogenblik de spanning vo bereikt wordt en relais 1 contact 12 weer sluit.
Door het projecteren van deze punten 27,28 en 30 op de impulsomhullende golf 31, ontstaat een serie impulsen 32, welke naar tijdsduur overeenkomen met punten 27 en 28 of den tijd tc, wanneer relais 1 gesloten is. Deze impulsen 32 worden gescheiden door intervallen 33, welke naar den tijd overeenkomen met punten 28 en 30 en naar den tijd to, op welk ogenblik contact 12 van relais 1 open is. De herhalingssnelheid van deze impulsen kan enigszins variëren.
Deze herhaling kan echter genegeerd worden in de indicatieinrichting, aangezien slechts de duur of breedte van de impulsen 32 en 33 gemeten wordt.
Teneinde de variatie in breedte van de impulsen te illustreren is een overeenkomstig stel krommen getekend voor een spanning V', welke een zaagtandkromme 34 voortbrengt voor de spanning als functie van den tijd, waaruit een impulsgolf 35 wordt afgeleid voor overdracht over lijn 17. Het blijkt, da.t met een lagere spanning aan de inrichting 5 de duur van de impulsen van golf 35, n.l. t'c kleiner is dan de duur van de impulsen van golf 31, n.l. t , en eveneens is de tijd, wanneer contact 12 open is, n.l. t'o groter dan de tijd to.
Dienover- eenkomstig zal elke meter b.v. een Wattmeter, welke in staat is den tijd te integreren of te bepalen, gedurende welken er in de lijn 17 stroom vloeit, in staat zijn een evenredige aanwijzing te geven van de variaties van de gelijkstroombron voorgesteld
<Desc/Clms Page number 7>
door 5. In plaats van een zodanigen meter te gebruiken, kan men een keten met tijdconstante toepassen, zoals binnen den rechthoek 18 is aangegeven en boven-beschreven is. Een belangrijk kenmerk van deze keten met tijdconstante is, dat de verhouding van de waarden van de weerstanden 6 en 7 dezelfde moet zijn als de verhouding van de waarden der weerstanden 20 en 21, en indien aan deze voorwaarde is voldaan, zijn de specifieke grootheden van deze weerstanden en van de condensatoren 8 en 24 van geen belang. Zulks is mathematisch aangetoond.
Een andere uitvoering volgens de uitvinding is afgebeeld in fig. 3, waarin de variabele gelijkstroombron 5 in een passenden versterker, zoals een vacuumbuis 36, versterkt wordt, voordat deze wordt toegevoegd aan een impulsrelais 37 (overeenkomstig relais 1). Een stroombron voor het voeden van de in fig. 3 afgebeelde keten is aangegeven bij 38 en is dit bij voorkeur een constante gelijkstroombron. De variaties in energie in de bron 5 worden toegevoerd aan den rooster van buis 36 en versterkt. De plaat van deze buis is verbonden met wikkeling 39. Een weerstand 40 kan in de uitgangs-keten zijn opgenomen om den weerstand van de wikkeling 39 aan te passen aan den inwendigen weerstand van de buis 36.
De onbekende bron 5 is in serie verbonden met een condensator 41 van een keten met tijdconstante, welke een condensator 41, weerstanden 42 en 43, contact 44, (welke resp. corresponderen met condensator 8, weerstanden 6 en 7, en contact 9 in fig. 1) omvat. De condensator 41 van de keten met tijdconstante wordt geladen uit een bron van constante gelijkstroom, welke verkregen wordt uit den variabelen potentiometer 45, welke verbonden is met een gedeelte van de spanning van de gelijkstroombron 38. De spanning van de variabele bron 5 is derhalve tegengesteld geschakeld aan de spanning over den condensator 41 in een-serieketen, welke bestaat uit kathode weerstand 46, naar de
<Desc/Clms Page number 8>
kathode va.n buis 36, en dan via den rooster van buis 36 terug naar de variabele bron 5.
De kathodepotentiaal of nega,tieve roostervoorspanning van den rooster van buis 36, bepaald door de waarde van den weerstand 46, wordt verkregen uit den spanningsdeler welke de weerstanden 46 en 47 omvat, die parallel liggen aan de gelijkstroombron 38.
Parallel met den potentiometer 45 is een spanningsstabilisator 48 geschakeld, zoals een gasontladings- of neonbuis, welke de wikkeling 49 van relais 37 in serie verbindt met de bron 38. In dezelfde keten kan een weerstand 50 opgenomen worden, zodat het aantal Amp.windingen in wikkeling 49 het aantal Amp.windingen in de wikkeling 39 uitbalanceert wanneer de variabele gelijkstroombron geen spanning afgeeft.
De gloeistroom voor de buis 36 kan eveneens worden afgenomen van de bron 38, in welke keten een weerstand 31 kan zijn. opgenomen, om do sterkte van dezen stroom te regelen.
Daar de wikkeling 49 van relais 37 in serie is geschakeld met den stabilisator 48, worden variaties in de gelijk- stroombron 58 overeenkomstig toegevoerd aan wikkeling 49 en werken automatisch den invloed van deze veranderingen op den stroom en de temperatuur van den gloeidraad in de buis 36 tegen, welke op hun beurt het geleidingsvermogen en den weerstand van de buis 36 beïnvloeden. Dit heeft het voordeel, dat de wijzigingen in de onbekende bron onafhankelijk zijn van een wijzi- ging, welke kan optreden in de praktisch constante bron 38, terwijl deze wijzigingen geannulleerd worden in de wikkeling van het relais 37.
Overeenkomstig de in fig. 1 afgebeelde vertragingswikkeling 3, is relais 37 van een wikkeling 52 voorzien. Deze wikkeling ligt in serie met contact 53 van relais 37, relais 54 (overeenkomstig relais 13 in fig. 1) en weerstand 55, welke tussengeschakeld is om de inkomende stroom te regelen, welke
<Desc/Clms Page number 9>
door de wikkeling 52 vloeit en overeenkomstig.de spanningsgrenzen aan de klemmen van condensator 41 tussen zijn geladen en ontladen toestanden bepaalt alsook de mate der vertraging in het reageren van relais 37. In deze keten wordt de stroom in de wikkeling 52 niet omgekeerd, zoals in de keten volgens fig. 1.
Deze omkering is niet nodig, omdat de waarde van den constanten gelijkstroom door de wikkeling 49 iets groter gemaakt kan worden dan den stroom, welke door buis 36 en wikkeling 39 vloeit, wanneer de bron 5 geen spanning afgeeft, zodat, wanneer stroom door de wikkeling 52 vloeit, zijn aantal Amp. windingen tweemaal het verschil in Amp. windingen tussen de wikkelingen 49 en 39 bedraagt.
Zoals in de keten van fig.l, stelt het relais 54 zowel contact 44 in de keten met tijdconstante, als contact 56 in de seinketen van de onafhankelijke stroombron 16 in werking.
Zodoende kunnen de impulsen, voortgebracht langs de lijn 57 (overeenkomstig aan lijn 17) overgedragen worden zoals boven beschreven is.
Veronderstel bij de werking van de keten volgens fig. 3, dat de negatieve zijde van de bron 5 verbonden is aan den rooster van de buis 36 en de positieve zijde verbonden is met den condensator 41. Daar relais 37 bij een geringe flux aanspreekt en de wikkeling 49 continu tot een constante waarde uit de bron 38 bekrachtigd wordt, zal het relais 37 worden bekrachtigd en contact 53 worden gesloten, waardoor relais 54 wordt bekrachtigd en contact 44 sluit. Door het sluiten van contact 44 wordt een potentiaal, afgeleid van de bron 38, op de platen van condensator 41 gebracht via weerstand 42 em condensator 41 tegengesteld aan de variabele bron 5 op te laden.
Wanneer de potentiaal over de aansluitcontacten van condensator 41 een waarde bereikt, welke iets groter is dan de waarde van de variabele bron 5, dan zal de potentiaal op den rooster van de
<Desc/Clms Page number 10>
buis 36 toegenomen zijn, zodat een extra stroom door de buis 36 zal vloeien en wikkelingen 39 en 52 om een flux in het relais 37 voort te brengen, welke die flux uitbalanceert, die het gevolg is van de wikkeling 49 alleen.
Op dit ogenblik verliest het relais zijn bekrachtiging en opent contact 53, waardoor eveneens relais 54 zijn bekrachtiging verliest en contacten 44 opent, waardoor de bron van constante spanning, die afgenomen wordt van den potentiometer 45 afgeschakeld wordt van dondensator 41 en deze conden- sator zich over weerstand 43 ontlaad. De condensator ontlaadt, totdat het potentiaalverschil tussen de aansluitklemmen iets minder is dan die van de gelijkstroombron , welke tegengesteld gericht zijn.
Het bedrag, dat dat potentiaalverschil minder is dan dat van de gelijkstroombron, een en ander zodanig, dat de afname van den stroom, welke door de buis 36 en wikkeling 39 vloeir, in het relais 37 een krachtstroom voortbreng , welke meer dan uitgebalanceerd wordt door den krachtstroom, afkomstig van wikkeling 49 alleen. Op dit ogenblik spreekt het relais wederom aan door den stroom, welke steeds door wikkeling 49 vloeit en wordt contact 53 wederom gesloten en de cyclus herhaald.
Indien het verschil tussen de krachtstromen, afkomstig van wikkeling 49 en wikkeling 39, gelijk is aan de halve krachtstroom, afkomstig van wikkeling 52, zullen de bekrachtigingen van relais 37 impulsen voortbrengen, welke een functie zijn van de gemiddelde spanningswijzigingen aan de aansluit- klemmen van condensator 41, zoals is afgebeeld in fig. 2. Evenwel kan, indien gewenst de krachtstroom, afkomstig van wikkeling 49 gelijk gemaakt worden aan den krachtstroom, afkomstig van wikkeling 59, onder welke voorwaarden de stroom, welke door wikkeling 52 vloeit, bij elke periode moet worden omgekeerd, zoals bij de werking van de bovenbeschreven keten volgens fig.1,
<Desc/Clms Page number 11>
teneinde de gewenste naar den tijd gemoduleerde impulsen te verkrijgen.
Door het aanspreken van de relais 37 en 54 worden naar den tijd gemoduleerde impulsen voortgebracht, welke een tijdsduur bezitten, welke correspondeert met de tijden, welke benodigd zijn om condensator 41 tegengesteld aan het variabele onbekende potentiaalverschil van bron 5, té laden en te ont- laden.
Voor de werking van de keten, afgebeeld in fig. 3, als meetinrichting op afstand, waarbij de te meten spanning rechtstreeks op de bron 5 wordt gebracht, is alleen een oalibre- ring van het nulpunt voor het toestel nodig, welk punt wordt ingesteld door het wijzigen van den weerstand 46, zodat de aan- tallen Amp. windingen in de wikkelingen 39 en 49 tegengesteld zijn aan elkaar en onderling de-helft van het aantal Amp. windin- gen van wikkeling 52 verschillen.
Indien gewenst, kan de onbekende spanningsbron aan- gesloten worden bij 10 (fig.1) of 45 (fig.3) inplaats van aan
5 en kan de bron van constante energie aangesloten worden aan 5 inplaats van aan 10 of 45, maar zal een dergelijke verbinding impulsen voortbrengen, welke een functie zijn van de omgekeerde verhouding van de spanning van de variabele bron.
Dit betekent, dat twee variabele bronnen gecom- bineerd kunnen worden met twee van deze stelsels om impulsen te verkrijgen, welke een functie zijn van het product der twee variabele bronnen b.v. door aansluiting op één dergelijk stelsel , te brengen, zoals bij 5 en 45 zijn de voortgebrachte impulsen een functie van het quotient van de genoemde twee variabele bronnen. Elk type electrische variaties kan dus door het stelsel volgens de uitvinding worden overgedragen of gemoduleerd, in- dien de variaties gemakkelijk kunnen worden omgezet in span- ningsvariaties.
Voor de meest geschikte werking van het tijdmodulatie-
<Desc/Clms Page number 12>
stelsel is gevonden, dat het werkingsrhythme van de relais 1, 13, 37 en 54 ongeveer drie tot vijf maal per sec. moet beuragen en is het stelsel daarom bij voorkeur beperkt tot het gebruik om seinen lager dan de gebruikelijke audio-frequenties over te dragen.
Tevens moge opgemerkt worden, dat bij een lagere te meten veranderlijke gelijkspanningen, zowel de sluitperioden van de voortgebrachte seinimpulsen verkort, als de sluitingsperioden verlengd worden.
De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringen en deze draagt derhalve geen limitatief karakter.