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Elektrisches Rechengerät. Die Erfindung betrifft ein elektrisches Rechengerät zur Multiplikation und/oder Division, bei welchem die gegebenen Rechengrössen auf Widerständen einer Stromver- zweigungsschaltung eingestellt werden und das Resultat durch Einstellung eines Abgleichwiderstandes entsteht. Derartige Rechen- geräte sind bereits seit längerem bekannt. Sie werden dazu benutzt, um aus drei Grössen a, b, c die rationale Funktion d=a.b/c zu bilden.
Zu diesem Zweck werden drei Widerstände einer Wheatestoneschen Brük- kenschaltung auf die Werte a, b, c eingestellt, und,der vierte von Hand so-,abgeglichen, dass der Strom durch die Brückendiagonale Null wird. Zum Zwecke des Abgleiches ist ein diesen Strom anzeigendes Amperemeter vorgesehen.
Bei abgeglichener Schaltung besitzt der vierte Widerstand den gesuchten Wert a.. b]c. Hält man im übrigen eine die- ser Grössen konstant, so erwirkt man mit Hilfe .dieses Verfahrens das Produkt oder gegebenenfalls _den Quotienten der übrigbleibenden Grössen.
Zur Erläuterung des bekannten sei die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung beschrieben.
In Pig. 1 ist die Stromquelle einer Wheatestones-chen Brücke mit 1 bezeichnet. Die Brückenwiderstände tragen die Bezugszeichen 2, 3, 4 und 5. Sie alle können mit Hilfe der Abgriffe 6, 7, 8, 9 auf die Werte a bezw. b bezw. c bezw. d eingestellt werden.
Die Abgriffe 7 und 9 führen zu einem elektrischen Nullmotor 12, auf :dessen Welle sich ein Stirnrad 11 befindet, welches mit einer -den Abgriff 9 tragenden Zahnstange 10 kämmt.
Der Nullmotor ist also in,die eine Brük- kendiagonale eingeschaltet. Fliesst in dieser Diagonale ein den Elektromotar 12 speisender Strom, so betätigt der Motor über das Ge-
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triebe 11, 10 den Abgriff 9 in einem den Strom verkleinernden Sinn, und er bleibt stehen, sobald die Brücke abgeglichen ist und kein Strom mehr durch die Diagonale fliesst.
Bei Brückenabgleich besteht zwischen den Werten der Brückenwiderstände die Beziehung d=a.clb. Hält man also beispielsweise b konstant und stellt a und c ein, so gewinnt man ihr Produkt als Einstellung d des Widerstandes 5. Hält man dagegen c konstant und stellt a und b ein, so ist d der Quotient dieser beiden Grössen.
Das beschriebene Rechengerät arbeitet jedoch insofern fehlerhaft, als die nicht un- beachtlichen Übergangswiderstände zwischen den Abgriffen und ihren Widerständen zur Wirkung gelangen. Selbst wenn die Brücke abgeglichen ist, führen die Abgriffe 6-9 Strom und verfälschen das Rechenergebnis durch ihre Übergangswiderstände.
Erfindungsgemäss kann dieser Übelstand dadurch behoben werden, dass die. ZVider- stände der Stromverzweigangsschaltung, auf denen die Rechengrössen eingestellt werden, als Potentiometer geschaltet sind, das Ganze derart, dass jeder Abgriff einerseits allein mit seinem Widerstand und anderseits allein mit dem Nullmotor oder der Stromquelle in unmittelbarer Verbindung stellt.
In den Fig. ? bis 6 ,sind Schaltungen von einigen Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Die Schaltung gemäss Fig. ? besitzt drei ringförmig zusammengeschlossene Widerstände 14, 15, 16. Der eine Pol der Spannungsquelle 1 ist mit einem Abgriff 18 an den ungleichförmig gewickelten Widerstand 15 gelegt. Die übrigen Ztriderstände sind linear gewickelt und durch Abgriffe 9 und 17 mit dem Nullmotor 1? verbunden, der genau so wie bei der Einrichtung gemäss Fi;-. 1 wirkt. -Mit Hilfe dieser Schaltung, bei der also die Widerstände 15, 16 und 14 als Potentiometer geschaltet sind, kann man das Produkt der Verstellwege a und b der Ab- griffe 17 und 18 als Verstellweg d des Abgriffes 9 erhalten.
Hierzu ist noch zu bemerken, dass der Verstellweg b nicht erst von der linken Seite des Widerstandes 15 sondern von einem noch weiter nach links gelegenen Nullpunkt zu zählen ist. Der äussersten linken Abgriffstellung des Abgriffes 18 entspricht daher ein von Null verschiedener Wert b", unter den die Rechengrösse b nicht sinken darf. Im übrigen gilt für alle Rechengrössen die Beschränkung, dass sie nur positive Werte annehmen dürfen.
Bei Stroinlosigkeit des Motors 1\? haben die Abgriffe 9 und 17 das gleiche Potential. Für diesen Zustand gilt:
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Dabei sind mit .i, B und D .die Gesamtwiderstände der Widerstände 14, 15 und 16 und mit A', B' und D',die den Strecken a, b und d entsprechenden Teilwiderstände bezeichnet. Aus der obigen Gleichung folgt:
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Setzt man nun in diese Gleichung: D' = d . honst.
A' = a . honst. und
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so erhält man d = a . b . honst.
voraus folgt:, dass man finit dem Rechengerät gemäss Fig. 2 die oben angegebenen Rechnungen durchführen kann. Aus der Gleichung
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ist auch das Gesetz, nach dem der Widerstand 15 gewickelt werden muss. zu erkennen.
Die tlxrga.ngswiderstände der Abgriffe spielen hier die kleinere Rolle, weil alle Widerstände als Potentiometer geschaltet
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sind und infolgedessen voll und ganz vom Strom durchflossen werden. Ist die Potentio- meterscha-ltung abgeglichen, so sind die Übergangswiderstände der Abgriffe 9 und 17 ohne Bedeutung, da sie in einem nicht vom Strome durchflossenen greise liegen. Würden sich,diese Übergangswiderstände ändern, so bliebe trotzdem der Brückenabgleich erhalten.
Der Übergangswiderstand des Abgriffes 18 hat zwar einen Einfluss auf den durch,die Schaltungszweige fliessenden. Strom, jedoch nicht auf den Brückenabgleich; seine Wirkung entspricht der eines Vorwider- standes der Quelle 1, der nur,die Grösse der unmittelbar an .der Potentiometerschaltung liegenden Spannung, nicht aber den Abgleich beeinflusst. Die Schaltung gemäss Fig. 2 weist also keine durch die Übergangswiderstände der Abgriffe bedingte Fehler auf.
Wie schon bemerkt, kann bei der Schaltung nach Fig. 2 -der Wert b nicht unter b" absinken. Man kann diesen Nachteil dadurch beheben, dass vom Resultat d = a . b, a oder ein Vielfaches davon abgezogen wird. Wird a abgezogen, so erhält man: d-a=ab-a=a (b-1) b -1 ist somit der neue Faktor, so dass also der Rechenbereich von b unter b" hinaus vergrössert worden ist.
Das Rechengerät muss nun so beschaffen sein, dass es als Resultat nicht d, sondernd - a anzeigt. Die dazu notwendige Zusatzeinrichtung ist in Fig. 3 skizziert. Bei dieser Einrichtung gibt der Nullmotor 12 seine das Resultat d = ab dar- stellende Drehbewegung nicht nur auf die Zahnstange 10 sondern auch mittels der Welle 25 auf ein Differential 28, in welches zugleich über eine Welle 26 die Bewegung des Abgriffes 17, welche a entspricht, hineingegeben wird. An der Resultatwelle 27 erscheint die Differenz d - a.
Wird an Stelle von a, a . b" .abgezogen, so erhält man: d - a . b" = a (b - bo).
Wird b - bo als neuer Faktor betrachtet, so kann dieser bis auf Null verkleinert werden. Das Rechengerät muss nur so konstruiert sein, dass es als Resultat an :Stelle von d, d - a . b, anzeigt; was prinzipiell mit einer Zusatz- einrichtung gemäss Fig. 3 möglich ist.
Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist die Stromquelle 1 über einen weiteren Abgriff 20 mit einem ungleichförmigen Widerstand 19 verbunden, der genau symmetrisch zu 15 angeordnet und im übrigen genau so wie ,dieser Widerstand ausgebildet ist. Die gesamte Schaltung, bei der auch wieder alle Widerstände als Potentiometer geschaltet Bind, wird dadurch symmetrisch. Die von der Mitte ihrer Widerstände zu zählenden Rechengrössen a und d können in diesem Falle positive und negative Werte annehmen. An die Abgriffe 9 und 17 ist der nicht dargestellte Nullmotor angeschlossen.
Im übrigen sind alle in Fig. 4 .der Einfachheit halber nicht dargestellten Einzelheiten wie in Fig. 2 dargestellt, beschaffen.
Die Fig. 5 und 6 stellen gewisse Modifikationen dieser ,Schaltung dar, die so getroffen sind, dass der mit der Zahnstange 10 in Verbindung stehende Abgriff 9 auf einem ungleichförmig gewickelten Widerstand 22 schleift. Dafür sind die beiden Widerstände 21 und 23, mit denen die Stromquelle 1 durch Abgriffe verbunden ist, linear gewickelt. Mit dieser Schaltung wird d' als Quotient von a' und b' gewonnen.
Bei der Schaltung gemäss Fig. 6 ist der Symmetrie wegen noch ein ungleichförmig gewickelter Widerstand 24 vorgesehen. Der Nullmotor liegt an den Abgriffen 9 und 20. Beidieser Schaltung können a' und b' sowohl positive wie negative Werte annehmen.
Der selbsttätige Abgleich der beschriebenen Schaltungen ist natürlich nicht auf den Nullmotor und seine spezielle Schaltang beschränkt. Beispielsweise kann der Motor durch Fremdstrom betrieben und nur durch ein in der Brückendiagonale liegendes Relaisgalvanometer gesteuert werden.
Ferner wird es sehr oft zweckmässig sein, den Motor über ein LTntersetzungsgetriebe den Abgriff betätigen zu lassen.
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