Längenmessgerät nach dem Kompensationsprinzip
Die Erfindung betrifft ein Längenmessgerät nach dem Kompensationsprinzip, bei dem eine von der zu messenden Länge abhängige Messspannung durch eine Kompensationsspannung kompensiert wird.
Es ist bereits ein analog arbeitendes Längenmessgerät nach dem Kompensationsprinzip bekannt, bei dem die Kompensationsspannung stetig so lange ansteigt, bis sie mit der Messspannung übereinstimmt. Mit der Kompensationsspannung ist ein Zeigermessgerät verbunden, das die von der zu messenden Länge abhängige Messspannung anzeigt. Abgesehen davon, dass bei der Ablesung von Zeigermessinstrumenten leicht Fehler auftreten können, ist es bei diesem bekannten Längenmessgerät nur schwer möglich, maximale Werte zur Anzeige zu bringen. In einfachster, jedoch auch nachteiligster Weise erfolgt die Maximalwertanzeige mit einem Schleppzeiger, der jedoch eine sehr hohe Ungenauigkeit mit sich bringt.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es auch bereits bekannt, mit der Kompensationsspannung einen Kondensator über eine Diode aufzuladen. Sinkt die Spannung wieder ab, so trennt die Diode den Kondensator ab, der somit die maximale Spannung speichert. Diese maximale Spannung wird dann zur Anzeige gebracht. Infolge von Verlusten in dem Kondensator und in dem nachgeschalteten Netzwerk sinkt jedoch die Spannung an dem Kondensator mehr oder weniger schnell ab, so dass der abgelesene Wert ungenau ist. Ausserdem ist bei einem derartigen Gerät eine Anzeige des kleinsten Messwertes nicht möglich.
Die digitale Messung elektrischer Spannungen ist bereits bekannt, allerdings sind solche Messmethoden auf dem speziellen Gebiet der Längenmesstechnik bisher nicht angewandt worden, insbesondere nicht bei nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Einrichtungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten, nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Längenmessgeräte zu vermeiden und vor allem die sich durch die Digitaltechnik ergebenden Vorteile auch in der Längenmesstechnik nutzbar zu machen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Längenmessgerät nach dem Kompensationsprinzip dadurch gelöst, dass die Kompensationsspannung durch die Impulse eines Impulsgebers, der sowohl negative als auch positive Impulse erzeugt, über einen von der die Messspannung und die Kompensationsspannung vergleichenden Stufe gesteuerten Schalter stufenweise vergrössert oder verkleinert wird, und dass ein digitales Zählwerk die Schritte der Spannungsänderung anzeigt.
Bei der Messung einer bestimmten Länge wird also die Kompensationsspannung, beispielsweise beginnend mit der Spannung Null, stufenweise so lange vergrössert, bis eine Vergleichsstufe Gleichheit zwischen der Messspannung und der Kompensationsspannung feststellt und den Impulsgeber abschaltet. Ein gleichzeitig angwschlos- senes Zählwerk zählt die Anzahl der Stufen bei der Spannungszunahme, so dass nach Abschalten des Impulsgebers der angezeigte Zählwert der Grösse der Kompensationsspannung und damit auch der Grösse der Messspannung entspricht. Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemässen Lösung, dass sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der von dem Impulsgeber gelieferten Impulse praktisch ohne Einfluss auf das Messergebnis ist.
Es kommt vielmehr lediglich auf die Anzahl der bis zum Erreichen der richtigen Kompensationsspannung durchgelaufenen Impulse an. Dadurch ist es möglich, bei geringstem Aufwand ein mit hoher Genauigkeit arbeitendes Längenmessgerät aufzubauen.
Gemäss der Erfindung erzeugt der Impulsgeber sowohl negative als auch positive Impulse, die die Kompensationsspannung entsprechend ihrer Polarität entweder vergrössern oder verkleinern. Die Vergleichsstufe steuert dabei zweckmässig einen Umschalter so, dass zur Erzielung eines Kompensationsgleichgewichts je nach Abweichung der Kompensationsspannung von der Messspannung in positive oder negative Richtung die positiven oder negativen Impulse angeschaltet werden. Bei einer sich ändernden Messspannung folgt dadurch die Kompensationsspannung der Messspannung, und es wird immer der augenblickliche Messwert angezeigt. Bei Kompensationsgleichgewicht sind die Impulse abgeschaltet, was besonders zweckmässig durch einen Umschaltkontakt mit einer mittleren Ruhelage zu erzielen ist.
Es sind jedoch auch andere kontaktlose Lösungen möglich, beispielsweise in Form eines von der Vergleichsstufe gesteuerten Doppelweggleichrichters.
Zum digitalen Aufbau der Kompensationsspannung kann ein dem Impulsgeber nachgeschaltetes Zählwerk vorgesehen sein, das die Kompensationsspannung an einem sehr genauen Spannungsteiler abgreift. Besonders zweckmässig ist es, wenn der Spannungsteiler aus wenigstens einem Transformator mit Anzapfungen gebildet wird, zwischen denen jeweils gleiche Spannungen stehen.
Bei auf mehrere Stellen genauer Anzeige muss das Zählwerk natürlich mehrere Dekaden aufweisen, während gleichzeitig mehrere Spannungsteiler, jeweils einer für eine Dekade, erforderlich sind. Die Stufen des Spannungsteilers in den einzelnen Dekaden sind dabei entsprechend der abzugreifenden Ziffernstelle verschieden gross.
Um vor Beginn einer Messung das Längenmessgerät auf Null zu stellen, kann das Zählwerk vorzugsweise mittels eines Löschimpulses auf Null eingestellt werden.
Danach setzen die Impulse des Impulsgebers das Zählwerk in Tätigkeit, das an dem Spannungsteiler eine stufenweise sich erhöhende Spannung so lange ab greift, bis Kompensationsgleichgewicht in der Vergleichsstufe besteht und die Impulse abgeschaltet werden. Ein mit dem Zählwerk verbundenes Anzeigegerät zeigt die Anzahl der zurückgelegten Stufen der Kompensationsspannung und damit den Endwert der Kompensationsspannung und den Messwert selbst an. In manchen Fällen mag es genügen, wenn sich die Kompensationsspannung nur von einer Seite der Messspannung nähert. In einem solchen Fall sind nur Impulse einer Polarität erforderlich, und das Zählwerk zählt entsprechend nur in eine Richtung.
Mit einem solchen digitalen Längenmessgerät ist in einfacher Weise eine Maximal- oder Minimal anzeige möglich. Dazu ist es lediglich erforderlich, je nach der gewünschten Anzeigeart entweder die positiven oder negativen Impulse des Impulsgebers abzuschalten. Dadurch kann das Zählwerk entweder nur in positiver oder negativer Richtung fortgeschaltet werden. Dadurch ändert sich auch die Kompensationsspannung nur noch in einer Richtung, und zwar so lange, bis die maximale Abweichung erreicht ist. Geht der Messwert wieder zurück, so bleibt das Zählwerk und die Messspannung stehen, da die für diesen Fall zur Fortschaltung erforderlichen Impulse abgeschaltet sind.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
Von einem Wechselspannungsgenerator 1 wird eine Speisespannung an einen Messtaster 2 geführt, der eine von der gemessenen Länge abhängige Messspannung an eine Vergleichsstufe 3 liefert.
Die Spannung des Wechselspannungsgenerators 1 ist ausserdem über einen Phasenschieber 4 an einen Impulsformer 5 geführt, der die Sinusspannung des Wechselspannungsgenerators 1 so verzerrt, dass an seinem Ausgang positive Impulse 6 und negative Impulse 7 erscheinen. Diese sind über zwei Schalter 8 und 9 an einen Umschalter 10 geführt, dessen Kontakte 11 und 12 über einen Umschaltkontakt 13 mit Zählwerken 14 und 15 verbunden werden können.
Der Umschaltkontakt 13 wird von der Vergleichsstufe 3 so gesteuert, dass er bei Abweichung der Kompensationsspannung von der Messspannung in einer Richtung mit dem Kontakt 11 und bei Abweichung in der anderen Richtung mit dem Kontakt 12 verbunden ist. Bei Spannungsgleichheit liegt der Umschaltkontakt 13 in seiner mittleren Ruhelage, in der er nicht mit den Kontakten 11 oder 12 verbunden ist.
Das Zählwerk 14 dient zur Zählung der 1. Dekade und das Zählwerk 15 zur Zählung der 2. Dekade. Die Zählwerke 14 und 15 sind jeweils mit Transformatoren 16 und 17 verbunden, deren Primärwicklungen von der konstant gehaltenen Spannung des Wechselspannungsgenerators 1 gespeist werden. Die Sekundärwicklungen sind mit Anzapfungen versehen, zwischen denen jeweils für eine Dekade gleiche Spannungen stehen. Die zwischen den Abgriffen der Transformatoren 16 und 17 stehenden Spannungen sind jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich, beispielsweise im Verhältnis 1:10.
Die Zählwerke 14 und 15 schalten je nach Anzahl der gezählten Impulse 6 oder 7 eine entsprechende Anzahl von Abgriffen an den Transformatoren 16 oder 17 ein. Die zwischen diesen Abgriffen abgenommene Spannung stellt die Kompensationsspannung dar, die ebenso wie die Messspannung des Messtasters 2 der Vergleichsstufe 3 zugeführt wird. Mit den Zählwerken 14 und 15 sind digitale Anzeigegeräte 18 und 19 verbunden, die jewRils den gezählten Wert der Zählwerke 14 und 15 und damit den Wert der Kompensationsspannung anzeigen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt das Anzeigegerät 18 die Einerstelle und das Anzeigegerät 19 die Zehnerstelle an. Zur Zurückstellung der Zählwerke 14 und 15 auf Null wird über eine Leitung 20 ein Löschimpuls an die Zählwerke gelegt.
Um eine von dem Messtaster 2 abgetastete und in einen entsprechenden elektrischen Wert umgewandelte Länge zur Anzeige zu bringen, werden zunächst die Zählwerke 14 und 15 über die Leitung 20 mit Löschimpulsen auf Null zurückgestellt. Danach beginnt der Messvorgang. Die Vergleichsstufe 3 stellt fest, dass die von den Transformatoren 16 und 17 gelieferte Kompensationsspannung kleiner als die Messspannung des Messtasters 2 ist und verbindet daher den Umschaltkontakt 13 mit dem Kontakt 11 des Umschalters 10, so dass dadurch die positiven Impulse 6 an die Zählwerke 14 und 15 gelangen. Die Zählwerke 14 und 15 werden von den Impulsen 6 so lange weitergeschaltet, bis die an den Transformatoren 16 und 17 abgegriffene Kompensationsspannung mit der Messspannung in der Vergleichsstufe 3 übereinstimmt.
In diesem Augenblick steuert die Vergleichsstufe 3 den Umschaltkontakt 13 wieder in die Ruhelage zurück. Die Zählwerke 14 und 15 bleiben dadurch stehen, und der von den Anzeigegeräten 18 und 19 angezeigte Wert kann abgelesen werden.
Verringert sich die Messspannung wieder, so steuert die Vergleichsstufe den Umschaltkontakt 13 an den anderen Kontakt 12, so dass jetzt die negativen Impulse an die Zählwerke 14 und 15 gelangen, die dadurch rückwärts laufen und die an den Transformatoren 16 und 17 abgegriffene Kompensationsspannung stufenweise so lange verkleinern, bis wieder Kompensationsgleichge- wicht in der Vergleichsstufe 3 hergestellt ist und der Umschaltkontakt 13 wieder in die Ruhelage gesteuert wird. Die Kompensationsspannung folgt somit laufend dem Messwert nach, der somit von den Anzeigegeräten 18 und 19 immer exakt angezeigt wird.
Wie bereits erwähnt, ist bei dem erfindungsgemässen digitalen Längenmessgerät eine besonders einfache und genau arbeitende Maximal- und Minimalanzeige möglich. Zur Anzeige eines Maximalwertes ist es lediglich erforderlich, den Schalter 9 zu öffnen. Dadurch können nur noch positive Impulse 6 über den Schalter 8 und den Umschalter 10 an die Zählwerke 14 und 15 gelangen, die dadurch in positiver Richtung so lange fortgeschaltet werden und die von den Transformatoren 16 und 17 abgegriffene Kompensationsspannung so lange vergrössern, bis Kompensationsgleichgewicht in der Vergleichsstufe 3 hergestellt ist. Sinkt die Messspannung unter den Maximalwert ab, so wird zwar der Umschaltkontakt 13 mit dem Kontakt 12 verbunden, jedoch ist der Schalter 9 geöffnet, so dass keine negativen Impulse an die Zählwerke 14 und 15 gelangen können und diese damit in Ruhe bleiben.
Die der maximal gemessenen Messspannung entsprechende Kompensationsspannung bleibt somit erhalten und wird von den Anzeigegeräten 18 und 19 angezeigt. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass der Maximalwert auch über lange Zeiten hinaus exakt festgehalten wird und nicht wie bei bekannten Lösungen mit der Zeit durch Absinken der Kompensationsspannung verfälscht wird.
Soll ein Minimalwert gemessen werden, so wird während der Messung statt des Schalters 9 der Schalter 8 geöffnet. Dadurch können nur noch negative Impulse 7 an die Zählwerke 14 und 15 gelangen, die die Kompensationsspannung bis auf den Minimalwert nachstellen.
Steigt die Messspannung wieder an, so bleiben die Zählwerte 14 und 15 in Ruhe, da der Schalter 8 geöffnet ist und die eine Vergrösserung der Kompensationsspannung bewirkenden positiven Impulse 6 nicht an die Zählwerke 14 und 15 gelangen können. Auch der Minimalwert wird in gleicher Weise wie der Maximalwert beliebig lange exakt festgehalten und von den Anzeigegeräten 18 und 19 angezeigt.