Messapparat zur elektrischen Messung von Zeitintervallen. Die Erfindung betrifft einen Messapparat zur elektrischen Messung von Zeitintervallen, bestehend aus einem elektrischen Konden- sta,tor, der während des zu messenden Zeit intervalles über einen ohmschen Widerstand teilweise geladen oder entladen wird, wobei Mittel vorgesehen sind, um die bei diesem Vorgange auftretende, ein Mass für die zu messende Zeit darstellende Spannungsände rung am Kondensator zu bestimmen.
_ Als Mittel zur Bestimmung der Span nung kann entweder a) ein Röhrenvoltmeter, also eine Elektronenröhre -deren Gitter und Kathode an den Belegungen des Konden sators liegen und deren, durch einen Strom messer angezeigten Anodenstrom als Mass für die Kondensatorspannung dient, oder b) ein elektrostatisches Voltmeter, welches dem Kondensator parallel geschaltet ist, ,dienen.
Die prinzipielle Schaltung nach Ausfüh rung a) zeigt das ;Schema Fig. 1, welche die Zeitmessung auf zwei Arten gestattet. Erste Art: Bei offenem Schalter 19 wird der Kondensator 17 durch Schliessen des Schalters 16 auf die Spannung der Strom quelle 14 aufgeladen, so dass das Gitter der Elektronenröhre 10 negativ gegenüber dem von Stromquelle 103 gespeisten Heizfaden wird:
der Strommesser 11 zeigt dann noch einen kleinen Wert .des von der Stromquelle 12 gelieferten Anodenstromes ali. Nach die ser Vorbereitung wird bei offenem Schalter 16, während der zu messenden Zeit Schalter 19 geschlossen, wodurch Kondensator 17 über Widerstand 18 teilweise entladen wird und das Gitter der Elektronenröhre 10 eine entsprechende Spannung annimmt.
Der Strommesser 11 zeigt jetzt einen, höheren Wert an und seine Skala kann in Zeitein heiten geeicht und beziffert werden, womit eine sofortige Ablesung des gemessenen Zeitintervalles ermöglicht wird. Damit der Gitterstrom sich @ nicht störend am Entlade vorgang beteilige, kann er in bekannter Weise durch .die Gitterspannung 9 unter- drückt werden. Bei dieser Art der Messung kann Widerstand 15 auch wegfallen.
Zweite Art: Bei offenem Schalter 16 wird durch Schliessen von Schalter 19 Kon densator 17 ganz entladen; der Strommesser 1.1 zeigt einen Höchstwert an. Nach dieser Vorbereitung wird bei offenem Schalter 19, während der zu messenden Zeit Schalter 1,6 geschlossen, wodurch der Kondensator 17 über Widerstand 1.5 teilweise aufgeladen wird. Der Strommesser zeigt nun einen kleineren Wert an und er kann wieder mit einer Zeitskala versehen sein. Der Wider stand 18 ist hier nicht unbedingt erforder lich.
Wird im Schema Fig. 1 ein elektro statisches Voltmeter dem Kondensator 17 parallel geschaltet und werden die Teile 9, 10, 11, 12, 13 weggelassen, so erhält man das Prinzipschema für Ausführung b). Die folgenden Ausführungen beschränken sich auf Ausführung a), weil die sinngemässe Übertragung auf Ausführung b) nach dieser Erläuterung für den Fachmann keine Schwierigkeit bietet. Ausführung a) ist praktisch wichtiger, weil die Ver-,vendung des elektrostatischen Voltmeters höhere Span nungen am Kondensator erfordert als für die meisten Anwendungen tunlich erscheint.
Die Änderungen des Anodenstromes der Röhre 10 können in bekannter Weise dazu dienen, eine zweite Röhre zu steuern. Zu diesem Zweck wird der Strommesser 11 durch einen Widerstand ersetzt und der daran auftretende Spannungsabfall als Git terspannung der folgenden Röhre verwendet. Der Strommesser 11 als Anzeigeinstrument liegt dann im Anodenkreis der zweiten Röhre; die von ihm angezeigten Stromände rungen können durch diese Anordnung ver stärkt oder so verändert. werden, dass der Skalenverlauf des Anzeigeinstrumentes eine gewünschte Form erhält.
Das .Schema Fig. 2 zeigt nun wie die prinzipielle Anordnung ausgestaltet werden kann, um einen Apparat für die Vornahme solcher Messungen zu erhalten; sämtliche Teile können in einem tragbaren Kasten vereinigt werden, welcher auch die Strom quellen enthalten kann. Im Schema Fig. -? ist angenommen, dass eine Stromquelle an die Klemmen 2.0 angeschlossen werde, dass diese Wechselstrom liefert und dass die Mes sung nach der ersten Art erfolge.
Die Heizfäden der indirekt geheizten Elektronenröhre 23 und der Gleichrichter röhre 24 sind über den Widerstand 22 am Netz angeschlossen. Infolge des Gleichrich ters 24 zirkuliert durch den Spannungs- teiler '34, 35, 3,6 ein pulsierender Gleich strom, der durch den Kondensator 37 teil weise geglättet wird. Wenn zur Vorberei tung der Messung der Schalter 26 vorüber gehend geschlossen wird, bekommt die mit dem Gitter verbundene Belegung des Mess- kondensators 33 eine- negative Spannung, deren Grösse durch den Spannungsteiler be stimmt ist.
Der Widerstand 27 ist hier wesentlich, da er eine weitere Glättung der Wellenspannung bewirkt. Da der Strom messer 28 jetzt noch einen kleinen Wert an zeigen würde, ist durch eine Kompensations schaltung über Widerstand 31 und einen geeigneten Abgriff am Spannungsteiler 35 der .Strommesser 28 auf Null gebracht.
Um den Messkreis vom Netz zu isolieren, ist ein Umschalter 32 vorhanden, welcher den Mess- kondensator 33 zur Durchführung der Mes sung auf den Messkreis, also Eniladestrom- kreis 38, 39, -10, 25, 25' umzuschalten er laubt.
Der Schalter 39 ermöglicht zwei Messbereiche durch Wahl unter zwei Wider ständen 38; weil sich die Entladebeschwin- digkeit des Messkondensators nach dem Pro dukt Widerstand mal Kapazität richtet, er geben sich verschiedene Messbereiche, je nach Wahl der Faktoren.
Der Apparat erhält die Klemmen 40, damit der Messkreis in belie biger Weise vervollständigt Urerden kann; hier enthält dieser äussere Messkreis zwei Kontakte 25 und 2ä', welche entweder von Hand oder durch irgendwelche Maschinen und Vorrichtungen betätigt zu denken sind, dergestalt, dass das zu messende Zeitintervall definiert ist durch die Zeit, während wel cher der Kontakt 25 geschlossen wird, oder alternativ durch die Zeit vom Schliessen des Kontaktes 25 bis zum Öffnen des Kontaktes 5'.
Die Zeitmessung erfolgt nun so, dass zu- "-st auf den Schalter 26 gedrückt wird; die damit erfolgende Aufladung des Messkon- densators zeigt sich äusserlich daran, dass der Zeiger des Strommessers 28 auf die Nullage läuft. Dann wird der Schalter 26 ;"öffnet, der Umschalter 32 nach rechts ge legt. die Zeitmessung durch Betätigung der Tontakte 25 und 25' ausgeführt, der Um schalter 32 nach links gelegt, worauf der feiger des Strommessers 28 das gesuchte Zeitintervall anzeigt.
Ein Umschalter 29 erlaubt über Vor- ::chaltwiderstand 30 den Strommeser 28 als Voltmeter zur Kontrolle der Spannung zu verwenden und mittelst des Regulierwider standes 21 kann diese Spannung auf den Sollwert gebracht werden, welcher beispiels weise durch eine Eichmarke auf der Skala vorgeschrieben werden kann. Die Schaltung Fig.2 arbeitet auch an einem Gleichstrom netz, wenn die Klemmen 20 die richtige Polarität erhalten.
Damit die Skala in Zeiteinheiten die gewünschte Form erhält, kann eine Elektro nenröhre von geeigneter Kennlinie, beispiels weise eine Exponentialröhre. oder ein be sonderer Strommesser verwendet werden, dessen Skalenverlauf durch konstruktive Massnahmen beeinflusst ist. Ferner kann der schädliche Einfluss von Kriech- und Isola- tionsströmen vermindert werden, indem von einem geeigneten Punkt des Spannungs- f "ilers über einen Widerstand ein Strom von gegenteiliger Wirkung an das Gitter geführt wird.
Durch einen nicht gezeich neten, am Umschalter 32 angebrachten 11i.lfskontakt, welcher elektrisch dem Schal ter 26 parallel liegt und schliesst, wenn der Umschalter nach rechts liegt, kann auch leicht vermieden werden, dass das Gitter zeitweise kein bestimmtes Potential hat.
Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt Fig.3. Hier ist ein Hilfsrelais mit Wick lung 62 hinzugefügt, welches erlaubt, ein Zeitintervall zu messen, dessen Anfang nicht intervall zu messen, dessen Anfang nicht durch das Schliessen, sondern durch das Öffnen eines Kontaktes bestimmt ist; des gleichen wird es dadurch möglich, das Ende des Zeitintervalles nicht durch Öffnen, son dern durch Schliessen eines Kontaktes zu bestimmen.
Bezeichnet man die aus zwei Kontakten bestehende Kontaktkombination 25, 25' der Fig. 2 kurz mit: "Schliessen- Öffnen", so heissen die durch das Hilfs relais ermöglichten weiteren drei Kombina tionen: "Öffnen-Öffnen", "Schliessen-.Schlie- ss@en", "Öffnen-Schliess-en".
Die Primärwicklung 43 eines Transfor mators liegt mit den Klemmen 41, 42 am Netz. Die Sekundärwicklung 44 speist die Schaltung über eine Stromregulatorröhre 45, welche einen Eisenwiderstand enthält und deswegen trotz Schwankungen der Netz spannung den durch die Röhre fliessenden Strom selbsttätig konstant hält; da sich der Gesamtstromverbrauch der Schaltung (ohne Relais) bei der Zeitmessung fast nicht ändert, so ist diese Anordnung eine selbsttätige Regulierung gegen Spannungsschwankungen des Netzes. Die Schaltung ist in Fig. 3 für die Messung zweiter Art ausgelegt. Die Teile 46, 47, 48, 57, 58, 59, 60 entsprechen den Teilen 22, 23, 24, 34, 3.5, 36, 37 in Fig. 2.
Der Strommesser 50 liegt hier an der Anode und erhält einen Kompensations strom über Widerstand 4.9. Durch 'Schliessen des .Schalters 51 wird die ilZessung durch Entladen des lNIesskondensators 53 bezw. 54 über Widerstand 52 vorbereitet, nachdem durch Umschalter 72 einer der beiden Mess- bereiche 53, 55 oder U, 5,6 gewählt wurde.
Die Relaiswicklung 62 erhält aus der Sekundärwicklung 44 (bei überbrückten Klemmen 63) über Widerstand 64 und Gleichrichter 48 welligen Gleichstrom; der Kondensator 61 dient zu dessen Glättung und weitere Glättungsmittel können nötigen falls in bekannter Weise hinzugefügt wer den. Das Relais 6'2 betätigt einen Umschalt kontakt 65, der bei stromloser Wicklung an Klemme 616, bei erregter Wicklung an Klemme 67 liegt; zufolge des Schutzwider standes 64 darf die Wicklung 6,2 auch durch Überbrücken der Klemmen 69 stromlos ge macht werden.
Soll nun eine Zeitmessung durch die Kontaktkombination "Schliessen-Öffnen" er folgen, so werden entsprechende (nicht ge zeichnete) Kontakte in Serie an Klemmen 70, 71 gelegt, genau wie in Fig. 2 die Kon takte 2,5, 25' an Klemmen 40 liegen. Zur Vorbereitung drückt man auf Schalter 51; der Messkondensator wird entladen, der Zei ger des Instrumentes 50 geht auf den Null punkt der Zeitskala.
Schalter 51 wird wie der geöffnet und die Zeitmessung durch Betätigung der nicht gezeichneten Kontakte vorgenommen; dadurch werden die Klem men 70, 71 während des zu messenden Zeit intervalles überbrückt, der Messkondensator teilweise aufgeladen, das Gitter auf das ent sprechende Potential gebracht, der Zeiger des Instrumentes 50 auf den betreffenden Punkt der Zeitskala geführt.
Liegt eine andere Kontaktkombination vor, beispielsweise: "Öffnen-Schliessen", so werden nicht gezeichnete Kontakte in Serie an die Klemmen 69 angeschlossen, Klemmen 70 mit @67, ferner 71 mit 618 verbunden, Klemmen 6'3 überbrückt. Dadurch ist das Relais über Klemmen 69 kurzgeschlossen, also nicht erregt, obgleich der Widerstand 64 vom Strom durchflossen wird. Die Mes sung erfolgt wie oben beschrieben; zu Be ginn des zu messenden Zeitintervalles wird durch den Öffnungskontakt der Kurzschluss an Klemmen 69 aufgehoben, das Relais er regt, Klemmen 67, 68 miteinander verbun den, dadurch ebenfalls Klemmen 70, 71 und die Aufladung des Messkondensators beginnt.
Zu Ende des zu messenden Zeitintervalles wird der Kurzschluss an den Klemmen 69 wieder hergestellt, das Relais fällt ab und die Aufladung wird unterbrochen.
Für die Kontaktkombination "Öffnen- Öffnen" wird wie für "Öffnen-Schliessen" verfahren, ausgenommen, dass der Endkon- takt an die Klemmen 63 angeschlossen wird. Für die Kontaktkombination "Schliessen- Schliessen" wird genau gleich verfahren, nur kommt der Anfangskontakt an Klem men<B>6,3,</B> der Endkontakt an Klemmen 69. Das Hilfsrelais kann im Einzelnen natürlich auch anders gespeist werden.
Es können auch zwei Hilfsrelais vorhanden sein, eines für den Anfang, das andere für das Ende des zu messenden Zeitintervalles; dann kann die Anordnung so getroffen sein, dass, die Kontakte auch nur kurzzeitig wirken dürfen.
Der Messapparat erlaubt auch eine direkte Anzeige der Geschwindigkeit, Dreh zahl, Periodenzahl und andern Grössen, wenn sie durch geeignete Anordnung von elektri schen Kontakten aus einer Zeitmessung ge funden werden können. Beispielsweise sei die Geschwindigkeit eines Gegenstandes über eine gewisse Wegstrecke zu bestimmen; dann soll dieser Gegenstand beim Vorbei streichen an dieser Wegstrecke einen Kon takt so lange schliessen, als das Vorbei streichen dauert. Die gesuchte Geschwindig keit ergibt sich aus dem Quotienten des Weges und der gemessenen Zeit; bleibt die Wegstrecke konstant, so kann die Skala direkt in Geschwindigkeit geeicht und be ziffert werden.
Der Messapparat kann auch so eingerich tet werden, dass der gemessene Wert so lange angezeigt wird, bis die Zeigerstellung durch eine neue Messung korrigiert wird. Zu diesem Zweck kann nach Fig. 1 der Kondensator 17 in drei Exemplaren 17, 17', 17" vorhanden sein und es kann durch eine Schaltvorrichtung bewirkt werden, dass zu einer bestimmten Zeit beispielsweise der Kondensator 17 am Gitter liegt, 1<B>7</B> aufge laden, 17" entladen wird und in zyklischer Vertauschung jeder Kondensator diese Funk tionen ausführt.
Dadurch sind in rascher Folge Messungen möglich; mit Ausnahme des Umschaltmomentes liegt das Gitter dauernd an einem Kondensator und der Zei ger des Ableseinstrumentes folgt fast stetig einer stetigen Änderung des Messwertes, so lange die zyklische Vertauschung durch mechanischen oder elektrischen Antrieb der Schaltvorrichtung dauert.
Darum kann ein solcher Messapparat als Empfänger einer Fernmesseinrichtung dienen, welche in be kannter Weise die fernübertragene Mess- grösse als Zeitwert überträgt; in diesem Fall wird die zyklische Vertauschung nach jedem Eintreffen eines Zeitimpulses durch das Empfangsrelais der Fernmesseinrichtimg ausgelöst. Es können auch nur zwei oder mehr als drei Kondensatoren, sowie Zuge hörige Widerstände an der Vertauschung teilnehmen. Zufolge der dauernden Anzeige des Messwertes kann .das Anzeigeinstrument 11 auch als schreibendes Gerät ausgebildet werden.
nen von Widerständen und Konden satoren ermöglicht werden.
5. Messapparat nach Patentanspruch, mit einem Schaltmittel, durch welches der Messkreis von der Stromquelle isoliert werden kann.
G. Messapparat nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch Mittel, welche die an der Anordnung liegende Spannung zu verändern gestatten.
7. Messapparat nach Patentanspruch, bei welchem die Skala des Anzeigeinstru mentes zur Kontrolle der Spannung eine dem..Sollwert entsprechende Marke besitzt.
B. Messapparat nach Patentanspruch, für Anschluss an eine Wechselstromquelle, bei welchem Gleichrichter vorhanden sind.
9. Messapparat nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, bei welchem die Auf ladung des Kondensators über einen Widerstand von solcher Grösse vorge nommen wird, dass am Kondensator praktisch eine Gleichspannung herrscht.
10. Messapparat nach Patentanspruch, bei welchem Mittel vorgesehen sind, welche einen selbsttätigen Ausgleich von Span nungsschwankungen des Netzes herbei führen.
11. Messapparat nach Patentanspruch, bei welchem durch einen Kompensations strom die Wirkung der Isolations- und Kriechströme unschädlich gemacht ist.
12. Messapparat nach Patentanspruch, ver bunden mit einem Hilfsrelais, wodurch ein Zeitintervall gemessen werden kann, dessen Anfang und Ende in verschiede ner Weise durch @Öffnungs- oder Schliess kontakte bestimmt sind.
13. Messapparat nach Patentanspruch, des sen Anzeigeskala in einer physikalischen Grösse geeicht ist, deren Messung auf eine Zeitmessung zurückgeführt werden kann.
14. Messapparat nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch ein Schaltmittel, durch welches das An-