Einrichtung zur Fernübertragung von Messwerten. Eine zuverlässige Fernübertragung von Messwerten über beliebige Entfernungen un abhängig vom Widerstand der Fernleitung ist nach dem heutigen Stand der Fernmess- technik nur mit Frequenz- oder Impulsfern- messmethoden möglich.
Es sind eine Reihe solcher riernmessein- richtungen bereits bekannt. So verwendet eine bekannte Impulsfernmesseinrichtung als Sender einen. Zähler, der je nach der Grösse des zu übertragenden Messwertes eine be stimmte Impulszahl in der Zeiteinheit unter Zwischenschaltung von Relais aussendet. Auf der Empfangsseite wird im Rhythmus der ankommenden Impulse durch eine Relaisein richtung ein Kondensator über ein stark ge dämpftes, ballistisches Galvanometer geladen bezw. entladen.
Trotz verschiedener Kontakt zeiten bei verschiedenen Impulszahlen pro. Zeiteinheit wird .daher dem Messinstrument bei jedem Impuls eine konstante Energie menge zugeführt, deren Grösse von der Kapa- zität des verwendeten Energiespeichers (Kon densator) und der Batteriespannung abhängt.
Ein Nachteil dieser Einrichtung ist das Vorhandensein von Kondensatoren. die bei Dauerbetrieb häufig zu Störungen Anlass geben. Ausserdem kann bei diesem Verfahren nicht ohne weiteres eine Summation beliebig vieler Messwerte auf der Empfangsseite vor genommen werden, da bei gleichzeitig auf tretenden Kondensatorentladungen unter Um ständen Messfehler entstehen.
Eine Weiterbildung der oben ,beschriebe nen Messeinrichtung sucht daher die bei der Summation mehrerer Messwerte auftretenden Schwierigkeiten durch Verhinderung eines gleichzeitigen Zusammentreffens der Impulse mehrerer Sender zu beheben. Hierzu sind je doch verwickelte Relaisketten notwendig, was zur Folge hat, dass die Häufigkeit der Im pulse, das heisst die Zahl der Impulse in der Zeiteinheit, mit Rücksicht auf die Trägheit der Relais nur klein sein kann.
Als Emp- fangsmessinstrumente müssen daher stark gedämpfte Messinstrumente verwendet wer den, die eine sehr stark nachhinkende. Mess- anzeige ergeben.
Bei beiden erwähnten bekannten Anord nungen ist im Messkreis als Energiespeicher ein Kondensator notwendig, der die bei je dem Impuls über das Messinstrument flie ssende Energiemenge begrenzt. Daraus ergibt sich, dass trotz hoher Entladestromstärke bei Beginn der Kondensatorentladung bezw. Ladung nur eine ganz geringe Energiemenge dem Messinstrument zugeführt wird, da der Kondensatorladestrom, wie die Abb. 2a zeigt, rasch abklingt.
Die zur Betätigung des Mess- instrumentes zu Verfügung stehende Ener giemenge ist daher sehr klein, so dass hoch empfindliche Galvanometer als Empfangs messgeräte verwendet werden müssen.
Die Erfindung ermöglicht, bei solchen Messeinrichtungen ohne kapazitive, induktive oder mechanische Speicher im Messkreis aus zukommen, so dass diese Messeinrichtungen in diesem Falle frei von den oben angeführten Nachteilen sind. Der Hauptvorteil der neuen Einrichtung liegt in der Möglichkeit, beliebig viele Messwerte summieren zu können, wobei es für die Messgenauigkeit bedeutungslos ist, ob die Impulse mehrerer Sender auf der Emp fangsseite gleichzeitig auftreten oder nicht.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Fernmesseinrichtung ar beitet folgendermassen: Der Sender weist. eine Einrichtung auf, die in der Lage ist, Impuls reihen zu erzeugen, wobei die Häufigkeit der Impulse proportional der Grösse des zu über tragenden Messwertes ist. Die Impulse be tätigen am Empfangsort eine Relaiseinrich tung, und zwar so, dass bei jedem Impuls der Stromkreis des Empfangsgerätes während eines bestimmten, gleichbleibenden Zeitinter- valles geschlossen wird. Dies kann durch Schaltorgane bekannter Bauart mit bestimm ter Zeitverzögerung geschehen.
Beispielsweise kann die Relaiseinrichtung zwei Kontakt;; besitzen, deren Betätigung in bekannter Weise durch elektrische oder mechanische Mittel zwangläufigegenseitig verzögert wird. Ferner kann die Anordnung auch getroffen sein, dass- ein -Kontakt bei jedem Impuls eine ganz bestimmte, konstante Zeit geschlossen bleibt und dann wieder geöffnet wird, was ebenfalls durch elektrische oder mechanische Mittel erreicht werden kann.
Im Gegensatz zu den oben angeführten be kannten Einrichtungen kann die erfindungs gemässe Einrichtung folgende Merkmale auf weisen: Im Stromkreis des Messinstrumentes liegt praktisch nur ein Ohmscher Widerstand und dieser Messinstrumentenkreis liegt an einer konstanten Hilfsspannung E.
Die wäh rend eines Impulses über das Messinstrument fliessende Elektrizitätsmenge ist, wenn R der Widerstand des gesamten Messkreises und t die Dauer des Impulses (Stromschlusszeit) ist:
EMI0002.0044
Bei n Impulsen pro Sekunde fliesst daher über das Messinstrument eine Elektrizitäts menge
EMI0002.0046
Verwendet man daher als Empfangsmess- instrument 'ein Amperemeter mit. geeigneter Dämpfung, so ergibt sich ein Zeigeraus schlag, der direkt proportional der Impuls zahl in der Zeiteinheit ist und daher die fern zuübertragende Messgrösse anzeigt.
Mit dieser Anordnung kann natürlich auch eine Fern zählung vorgenommen werden.
Abb. 1 zeigt das Schema der oben be schriebenen beispielsweisen Ausführungsform der Messeinriehtung. W ist eine Senderachse, deren Drehzahl proportional der Grösse des fernzuübertragenden Messwertes ist. Auf der Welle W ist ein Nockenrad N ,befestigt, wel ches einen Sendekontakt K betätigt. Die Sendevorrichtung steht durch eine Doppel leitung F mit der Empfangsvorrichtung in Verbindung.
Ein Relais B1 wird im Rhyth mus der vom Sender erzeugten Impulse er regt und schliesst in erregtem Zustande seine Kontakte 1 und 2. Über den Kontakt 2 wird der Stromkreis eines Messinstrumentes. E (über Batterie B, Messgerät E, Kontakt 2 von Relais Bz, Kontakt 2 von Relais B1, zurück zur Batterie) geschlossen.
Gleichzeitig wird über: Batterie B, Kontakt 2 von Relais B,, Wicklung des verzögerten Relais B2, zurück zur Batterie B das Relais Bz erregt, welches durch Üffnen seines Kontaktes 2 den Strom kreis des Messinstrumentes E unterbricht.
Die Dauer der Stromimpulse, welche über das Messinstrument E fliessen, hängt nur von der Zeitverzögerung des Relais B2 ab. E ist ein Messinstrument beliebiger Bauart. Die Kontakte 1 der Relais B, und BZ sind für den Messvorgang bedeutungslos. Beide Kon takte dienen nur dazu, wenn der Sender Im pulse von sehr kurzer Dauer erzeugt, ein ein wandfreies Arbeiten der Empfangseinrich tung zu gewährleisten.
Natürlich ist es nicht notwendig, zwei ge trennte Relais zu verwenden. Man kann auch ein Relais 'mit zwei Ankern benützen oder eine Einrichtung mit Pendel, welche durch die Impulse betätigt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der neuen Über tragungseinrichtung gegenüber den. erwähn ten Einrichtungen, welche mit Kondensator ladungen arbeiten, ist der, dass bei der An zeige- und Messeinrichtung eine viel grössere Energiemenge bei jedem Impuls zugeführt werden kann, da die Stromimpulskurve in graphischer Darstellung eine Rechteckform aufweist (vergleiche Abb. 2b), während bei der Verwendung von Kondensatorentladun- gen Stromkurven von sehr kleinem Energie inhalt entstehen, wie Abb. 2a zeigt. Bei der neuen Einrichtung können daher wesentlich unempfindlichere Messinstrumente verwendet.
werden.
Die dem Messinstrument zugeführte Ener giemenge ist direkt proportional der Strom schlusszeit t, welche bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel eine Funktion der Ab- scha;ltverzögerung des Relais BZ ist. Die dem Messinstrument zugeführte Energiemenge pro Stromstoss kann daher durch Wahl der Ab schaltverzögerung beliebig geändert werden.
Der Hauptvorteil des neuen Messverfah- rens liegt in der einfachen Möglichkeit, belie big viele Einzelmesswerte zu summieren, un abhängig davon, ob die ankommenden Im pulse oder Frequenzen, zeitlich zusammen fallen oder nicht.
Abb. 4 zeigt die prinzipielle Schaltung einer Vorrichtung zur Summierung von zwei Messwerten. Die Empfängerimpulse werden über parallel geschaltete Wider stände W, und WZ dem Empfangsmessinstru- ment E zugeführt. Bei einer Gleichzeitigkeit der Impulse addieren sich die Augenblicks werte der einzelnen Impulsströme. Bei as5#n- ehronem Arbeiten summieren sieh die einzel nen Impulszahlen entsprechend den nachein ander erfolgenden Stromimpulsen.
Der vom Messinstrument E angezeigte arithmetische Mittelwert ist daher immer proportional der Gesamtsumme der Einzelmesswerte. Ein be sonderer Vorteil dieser Einrichtung ist der, dass die Proportionalität zwischen den einzel nen zu summierenden Messwerten und der durch das Anzeigeinstrument in der Zeitein heit gesandten Elektrizitätsmengen sowohl durch entsprechende Wahl der Senderimpuls- za.hlen, als auch durch Einstellung der Vor schaltwiderstände W erfolgen kann.
Dies ist wichtig, da man bei der Summation von hIess- werten, die der Grössenbereiche nach vonein ander sehr verschieden sind, bei einer blossen Regelung durch die Senderimpulszahlen un ter Umständen Impulszahlen verwenden müsste, bei welchen die gewünschte Mess- genauigkeit nicht mehr eingehalten werden kann.
Durch die Widerstandsregelung ist es dagegen möglich, bei allen Sendern ohne Rücksicht auf die Proportionalität der l'gess- grössen dieselben Impulszahlenbereiche zu verwenden und die Proportionalität der ein zelnen Summanden durch die verschiedenen Vorschaltwiderstände herzustellen.
Um möglichst unabhängig von Span nungsschwankungen der Hilfsstromquelle zu sein, kann in bekannter Weise als Empfangs messinstrument ein Quotientenmesser verwen det werden, dessen eine Wicklung direkt an der Batteriespannung liegt, während die an dere Wicklung durch die Stromimpulse ge- speist wird. Abb. 3 zeigt eine derartige Ein richtung mit induktiver Ankupplung der Sender- und Empfangsvorrichtungen an die Fernleitung.
Device for remote transmission of measured values. Reliable long-distance transmission of measured values over any distance, regardless of the resistance of the long-distance line, is only possible with frequency or pulse remote measurement methods according to the current state of telemetry technology.
A number of such belt measuring devices are already known. Thus, a known remote pulse measuring device uses a transmitter as a transmitter. Counter which, depending on the size of the measured value to be transmitted, sends out a certain number of pulses per unit of time with the interposition of relays. On the receiving side, a capacitor via a heavily damped, ballistic galvanometer is loaded respectively in the rhythm of the incoming pulses by a relay device. unload.
Despite different contact times with different pulse numbers per. Unit of time, the measuring instrument is therefore supplied with a constant amount of energy with each pulse, the size of which depends on the capacity of the energy storage device (capacitor) used and the battery voltage.
A disadvantage of this device is the presence of capacitors. which often give rise to malfunctions during continuous operation. In addition, with this method, it is not possible to simply add any number of measured values on the receiving side, since measurement errors may arise if capacitor discharges occur at the same time.
A further development of the measuring device described above seeks to eliminate the difficulties that arise when adding up several measured values by preventing the pulses from several transmitters from coming together at the same time. For this, however, entangled relay chains are necessary, which has the consequence that the frequency of the pulses, that is, the number of pulses in the unit of time, can only be small with regard to the inertia of the relay.
As reception measuring instruments, therefore, strongly attenuated measuring instruments have to be used, which are very lagging. Result.
In both of the known arrangements mentioned, a capacitor is required as an energy storage device in the measuring circuit, which limits the amount of energy flowing through the measuring instrument for each pulse. This means that despite the high discharge current strength at the start of the capacitor discharge, respectively. Charge only a very small amount of energy is supplied to the measuring instrument, since the capacitor charging current, as Fig. 2a shows, quickly decays.
The amount of energy available to operate the measuring instrument is therefore very small, so that highly sensitive galvanometers must be used as receiving measuring devices.
The invention makes it possible to get by with such measuring devices without capacitive, inductive or mechanical storage in the measuring circuit, so that these measuring devices are free from the disadvantages mentioned above in this case. The main advantage of the new device lies in the possibility of being able to add up any number of measured values, whereby it is irrelevant for the measurement accuracy whether the pulses of several transmitters occur simultaneously on the receiving side or not.
An example embodiment of the telemetry device according to the invention operates as follows: The transmitter points. a device which is able to generate series of pulses, the frequency of the pulses being proportional to the size of the measured value to be transmitted. The impulses activate a relay device at the receiving location in such a way that with each impulse the circuit of the receiving device is closed during a certain, constant time interval. This can be done by switching elements of a known type with a certain time delay.
For example, the relay device can have two contacts ;; whose actuation is inevitably mutually delayed in a known manner by electrical or mechanical means. Furthermore, the arrangement can also be such that a contact remains closed for a very specific, constant time with each pulse and is then opened again, which can likewise be achieved by electrical or mechanical means.
In contrast to the above-mentioned known devices, the device according to the invention can have the following features: In the circuit of the measuring instrument there is practically only an ohmic resistance and this measuring instrument circuit is connected to a constant auxiliary voltage E.
The amount of electricity flowing over the measuring instrument during a pulse is when R is the resistance of the entire measuring circuit and t is the duration of the pulse (current cut-off time):
EMI0002.0044
With n pulses per second, an amount of electricity flows through the measuring instrument
EMI0002.0046
If you use an ammeter as a receiving measuring instrument. suitable damping, the result is a pointer deflection that is directly proportional to the number of pulses in the unit of time and therefore indicates the measured variable to be transmitted remotely.
With this arrangement, of course, remote counting can also be made.
Fig. 1 shows the scheme of the exemplary embodiment of the measuring device described above be. W is a transmitter axis, the speed of which is proportional to the size of the measured value to be transmitted remotely. On the shaft W, a cam wheel N is attached, wel Ches a transmission contact K operated. The transmitting device is connected to the receiving device by a double line F.
A relay B1 is excited in the rhythm of the impulses generated by the transmitter and closes its contacts 1 and 2 when it is excited. The circuit of a measuring instrument is established via contact 2. E (via battery B, measuring device E, contact 2 of relay Bz, contact 2 of relay B1, back to the battery) closed.
At the same time the relay Bz is energized via: Battery B, contact 2 of relay B, winding of the delayed relay B2, back to battery B, which interrupts the circuit of the measuring instrument E by opening its contact 2.
The duration of the current impulses which flow through the measuring instrument E depends only on the time delay of the relay B2. E is a measuring instrument of any type. The contacts 1 of the relays B, and BZ are meaningless for the measuring process. Both contacts are only used to ensure that the receiving device works properly when the transmitter generates pulses of a very short duration.
Of course it is not necessary to use two separate relays. You can also use a relay with two armatures or a device with a pendulum, which is operated by the impulses.
A major advantage of the new transfer device over the. Mentioned devices that work with capacitor charges is that with the display and measuring device, a much larger amount of energy can be supplied with each pulse, since the current pulse curve has a rectangular shape in the graphic representation (see Fig. 2b), while with The use of capacitor discharges creates current curves with very low energy content, as Fig. 2a shows. Much less sensitive measuring instruments can therefore be used with the new facility.
will.
The amount of energy supplied to the measuring instrument is directly proportional to the current cut-off time t, which in the above-mentioned embodiment is a function of the switch-off delay of the relay BZ. The amount of energy supplied to the measuring instrument per current surge can therefore be changed as required by selecting the switch-off delay.
The main advantage of the new measurement method is the simple possibility of adding up any number of individual measured values, regardless of whether the incoming pulses or frequencies coincide or not.
Fig. 4 shows the basic circuit of a device for adding up two measured values. The receiver pulses are fed to the receiving measuring instrument E via resistors W and WZ connected in parallel. If the pulses are simultaneity, the instantaneous values of the individual pulse currents add up. When working as5 # n-Ehronem, see the total of the individual pulse numbers according to the successive current pulses.
The arithmetic mean value displayed by measuring instrument E is therefore always proportional to the total sum of the individual measured values. A particular advantage of this device is that the proportionality between the individual measured values to be summed up and the quantities of electricity sent by the display instrument in the time unit are counted by appropriate selection of the transmitter pulse counts and by setting the series resistors W. can.
This is important because when summing up measured values, which are very different from one another in terms of size ranges, with a mere control by means of the number of transmitter pulses, under certain circumstances, one would have to use pulse numbers for which the desired measurement accuracy can no longer be maintained .
By means of the resistance control, however, it is possible to use the same pulse number ranges for all transmitters regardless of the proportionality of the l'gess sizes and to establish the proportionality of the individual summands through the various series resistors.
In order to be as independent of voltage fluctuations of the auxiliary power source as possible, a quotient meter can be used in a known manner as a receiving measuring instrument, one winding of which is directly connected to the battery voltage, while the other winding is fed by the current pulses. Fig. 3 shows such a device with inductive coupling of the transmitter and receiver devices to the long-distance line.