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Gerät zur Herstellung eines Liniendiagramms aus einer Lochstreifenregistrierung
Zum Registrieren zeitlich veränderlicher Größen verwendet man außer schreibenden
Geräten, bei denen der zeitliche Verlauf der Meßgröße direkt in einem Koordinatensystem
aufgezeichnet wird, in zunehmendem Maße sogenannte Impulsregistrierverfahren, bei
welchen der zeitliche Verlauf der Meßgröße durch eine Folge von Impulsen dargestellt
und festgehalten wird.
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Für den Gegenstand der Erfindung sind insbesondere die beiden folgenden
Impulsregistrierverfahren von Bedeutung: 1. Der mit konstanter Geschwindigkeit
vorwärts bewegte Impulsregistrierstreifen wird immer dann mit einer Markierung versehen,
wenn das Integral der Meßgröße einen gewissen vorgegebenen Wert erreicht hat. Die
Impulshäufigkeit, d. h. die Zahl der Impulse pro Längeneinheit des Registrierstreifens,
ist dann ein direktes Maß für den Mittelwert der Meßgröße. Der Abstand zweier Markierungen
ist dagegen der Meßgröße umgekehrt proportional.
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2. Der mit einer der Meßgröße proportionalen Geschwindigkeit fortbewegte
Impulsregistrierstreifen wird in konstanten Zeitabständen mit einer Markierung versehen.
Der Abstand zweier Markierungen ist damit dem Mittelwert der Meßgröße während dieses
Zeitintervalls proportional. Die Impulshäufigkeit ist dagegen dem Mittelwert der
Meßgröße umgekehrt proportional.
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Die Impulsregistrierverfahren haben vor den normalen Registrierverfahren
den großen Vorteil, daß die Registriergeräte einfacher und platzsparender aufgebaut
sind und der Papierverbrauch wesentlich geringer ist. Da nun aber eine Registrierung
im normalen Koordinatensystem wesentlich übersichtlicher ist als eine Impulsregistrierung,
ist es erwünscht, zumindest die besonders interessierenden Abschnitte der Impulsmarkierung
in ein normales Liniendiagramm umzuwandeln. Eine solche Umformung kommt insbesondere
dann in Frage, wenn in der überwachten Einrichtung außergewöhnliche Betriebsverhältnisse
aufgetreten sind.
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Herstellung eines Liniendiagramms
aus einer Lochstreifenregistrierung, deren Lochanzahl pro Längeneinheit oder deren
Lochabstände den periodischen Mittelwerten der Meßgröße direkt proportional sind.
Gemäß der Erfindung ist eine an sich bekannte, zur Messung des Abstandes zwischen
zwei oder mehr Lochmarkierungen dienende, mit konstanter Frequenz arbeitende elektrische
Zählvorrichtung vorgesehen, die einen dem Zählergebnis proportionalen elektrischen
Widerstand einstellt, mit dessen Hilfe ein dem Widerstandswert umgekehrt proportionaler
Strom oder eine direkt proportionale Spannung zur Speisung eines das Liniendiagramm
aufzeichnenden Schreibers gewonnen wird.
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Ein Gerät zur Umwandlung von Impulsregistrierungen in ein Kurvendiagramm
ist bereits bekanntgeworden. Bei diesem Gerät wird der Impulsregistrierstreifen
von Loch zu Loch vorwärts bewegt. Gleichzeitig wird über ein Uhrwerk und eine elektromagnetische
Kupplung eine Schreibfeder in Ordinatenrichtung über einen Registrierstreifen geführt.
Da dieser Registrierstreifen in Abszissenrichtung mit konstanter Geschwindigkeit
vorläuft, erzeugt der Schreibstift bei Ankopplung an das ihn auslenkende Uhrwerk
eine schrägverlaufende Kurve, deren Krümmung durch eine zwischen Antriebsmechanismus
und Schreibstift angebrachte Kurvenscheibe bestimmt wird. Sobald die Abtastvorrichtung
am Impulsregistrierstreifen ein Loch erreicht, wird das Uhrwerk abgekuppelt und
der Schreibstift durch ein Gegengewicht in die Ausgangslage zurückgeführt. Die Schreibvorrichtung
muß dabei solange entkuppelt werden, da sie auch bei maximaler Auslenkung die Ausgangslage
wieder erreicht hat, bevor sie wiederum an das Uhrwerk angekuppelt wird. Da eine
Abtastung der Löcher auf dem Impulsregistrierstreifen durch eine Kontaktfeder vorgesehen
ist, muß zur Erreichung einer ausreichend langen Kontaktschließungszeit eine kleine
Transportgeschwindigkeit für den Impulsregistrierstreifen gewählt werden. Bei dem
bekannten Gerät ist also die Umschreibgeschwindigkeit infolge des benutzten mechanischen
Abtastprinzips eng begrenzt. Weiterhin ist bei dieser Konstruktion nachteilig, daß
nicht eine den Mittelwerten der Meßgröße entsprechende Treppenkurve,
sondern
eine sägezahnähnliche Kurve mit jeweils einer fast senkrecht abfallenden und einer
gekrümmten Flanke aufgezeichnet wird. Dieses Sägezahndiagramm ist sehr unübersichtlich,
_weil die von der Registrierung eingeschlossenen Flächen nicht den Mittelwertflächen
entsprechen.
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Weiterhin gehört eine Vorrichtung zur Umformung von Liniendiagrammen
in Impulsregistrierungen zum Stand der Technik. Diese Vorrichtung weist ein Konuswalzengetriebe
in Verbindung mit einem Differentialgetriebe auf. Das Konuswalzengetriebe wird entsprechend
der Ordinate der abzutastenden Kurve verstellt. Mit dem Differentialgetriebe ist
ein Nockenschalter verbunden, der jeweils nach Abtastung konstanter Flächen Impulsregistrierungen
auslöst. Dieser Vorrichtung liegt eine gegenüber dem Erfindungsgegenstand umgekehrte
Aufgabenstellung zugrunde. Auch ist das Konstruktionsprinzip ein anderes.
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Gegenüber bekanntgewordenen Geräten bedeutet die vorliegende Erfindung
einen wesentlichen technischen Fortschritt insofern, als eine Möglichkeit zur schnellen
Umschreibung von Impulsregistrierungen in übersichtliche, treppenförmige Liniendiagramme
geschaffen wird.
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Ausführungsbeispiele des Gerätes nach der Erfindung werden an Hand
der Zeichnungen erläutert. Fig. 1 zeigt rein schematisch die Arbeitsweise
eines solchen Gerätes; in Fig. 2 ist das Schaltbild einer an sich bekannten elektronischen
Zählkette dargestellt, die in der Anordnung nach Fig. 1 beispielsweise verwendet
werden kann; Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, die dazu dient, den Vorschub
des normalen Registrierstreifens vom Vorschub des Impulsregistrierstreifens abhängig
zu machen.
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In Fig. 1 stellt JR den auszuwertenden Impulsregistrierstreifen
dar, dessen Markierungen auf den mit kartesischen Koordinaten versehenen Schreibstreifen
St übertragen werden sollen. Die AbtastvorrichtungA erhält beim Passieren der Markierungen
M, M2, M, mechanische oder lichtelektrische Impulse. Z ist eine Zählvorrichtung,
die mit einer konstanten Frequenz gespeist wird und jeweils so lange läuft, bis
eine Meßstrecke s abgetastet ist. Die Zählvorrichtung stellt sich dabei auf einen
Wert ein, der der Meßstrecke proportional ist. Am Ende der Meßstrecke wird die Zählvorrichtung
durch den Abtaster A stillgesetzt, und das Endresultat wird auf den Relaissatz
Re übertragen. Dieser Relaissatz schaltet nunmehr Teilwiderstände eines Widerstandssatzes
W so ein, daß der Gesamtwiderstand R der Meßstrecke s direkt proportional ist. Der
Widerstandssatz liegt an einer Konstantspannungsquelle U, so daß durch
die eingeschalteten Widerstände ein Strom J fließt. Dieser Strom ist dann
und da R der Meßstrecke proportional ist, gilt unter der Voraussetzung mit
R = k - s (k = Konstante) die Formel
Der Strom J stellt das Meßwerk eines Schreibers Sch so ein, daß die Ordinate
y auf dem Schreibstreifen St der Meßstrecke s umgekehrt proportional ist.
Es gilt also
(kl = Proportionalitätsfaktor).
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Sobald sich nun der Schreiber auf den Endwert eingestellt hat, wird
der Registrierstreifen St mit Hilfe einer Vorrichtung nach Fig. 2 um eine Strecke
vorwärts bewegt, die der Meßstrecke s proportional ist. Die aufgezeichnete Kurve
hat also Treppenform. Nach Beendigung des Registrierstreifenvorschubes wird selbsttätig
de-r-Impulsregistrierstreifen von neuem vorgeschoben -und eine neue Meßstrecke abgetastet.
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Die beschriebene Einrichtung ist zur Umschreibung von Impulsregistrierungen
geeignet, die nach dem unter 1. genannten Verfahren gewonnen wurden. Die
Ordinate y ist also dem zeitlichen Mittelwert der Meßgröße direkt und der
Meßstrecke umgekehrt proportional. Die Breite x der Treppenstufen ist dagegen der
Meßstrecke s direkt und dem zeitlichen Mittelwert der Meßgröße umgekehrt
proportional. Da bei dem unter 1. genannten Verfahren eine Markierung immer
dann erfolgt, wenn das zeitliche Integral des Meßwertes einen vorbestimmten Wert
erreicht, müssen also die unter jeder Treppenstufe liegenden Flächen (x
- y) auf dem Registrierstreifen gleich groß sein.
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Will man dagegen das beschriebene Gerät zur Umformung von Registrierungen
nach dem zweiten Verfahren verwenden, so muß der Widerstandssatz W an eine Konstantstromquelle
angeschlossen werden, so daß die Spannung am Meßwert des Schreibers Sch
der
Meßstrecke s direkt proportional wird. In diesem Falle wird dann der Streifen für
das Liniendiagramm nach jeder Einstellung des Schreibers um eine konstante Strecke
vorwärts bewegt. Die dabei entstehende Treppenkurve hat also gleiche Stufenbreite,
während die Stufenhöhe dem zeitlichen Mittelwert der Meßgröße über die Dauer der
Registrierperiode entspricht.
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Die Arbeitsweise des Umschreibgerätes ist kurz zusammengefaßt folgende:
Der Impulsregistrierstreifen wird, beispielsweise an der Markierung M, beginnend,
mit konstanter Geschwindigkeit in Bewegung gesetzt. Das Zählwerk läuft hoch, bis
die Markierung M, an der Abtastvorrichtung A angelangt ist und das Zählwerk
sowie der Vorschub des Impulsregistrierstreifens durch den Impuls stillgesetzt werden.
Daraufhin schaltet der Relaissatz Re den Widerstandssatz in einer bestimmten Kombination
ein, die anschließend mit einer konstanten Spannung oder einem konstanten Strom
beaufschlagt wird. Der Schreiber stellt sich also auf einen entsprechenden Wert
ein. Nun wird durch ein verzögertes Relais, das die Schaltzeit des Relaissatzes
Re und die Einstellzeit des Schreibers berücksichtigt, der Vorschub des Registrierstreifens
St eingeschaltet. Sobald dieser Vorschub beendet ist, wird durch Betätigung eines
weiteren Kontaktes der Impulsregistrierstreifen in Bewegung gesetzt und das Zählwerk
angeschaltet, so daß ein neuer Abtastvorgang beginnen kann. Während nun der Impulsregistrierstreifen
bis zur Markierung Mz, vorläuft, bleibt der von der vorhergehenden Messung stammende
Wert im Relaissatz gespeichert, so daß der Schreiber bis zur Einstellung des neuen
Meßwertes nicht abfällt.
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Fällt nun ein Meßwert an, der den Anzeigebereich des Schreibers überschreitet,
so tritt - wie in der Beschreibung zu Fig. 2 eingehend erläutert wird
- eine Blockiervorrichtung in Tätigkeit, durch die der Schreiberstrom auf
einen Höchstwert begrenzt wird. Der Zeiger des Schreibers stellt sich dabei auf
einen Wert ein, der zweckmäßig etwas oberhalb des Skalenendbereiches liegt und eine
Überschreitung des Grenzwertes anzeigt.
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In Fig. 2 ist eine elektronische Zählkette dargestellt, die in der
Anordnung nach Fig. 1 Verwendung finden
kann. Die Zählkette
besteht aus einer Reihe von gasgefüllten Röhren, von denen hier nur einige (R"-"
R"-" R.-" R.) dargestellt sind. Die gasgefüllten Röhren liegen über einen
Arbeitswiderstand Ra an positiver Spannung. Die Röhren erhalten über Kondensatoren
C von einer Sammelleitung Impulse. Das Gitter der Röhre R.-, erhält durch
den Spannungsteiler Rv, Rw ein solches Potential, daß die Röhre beim Eintreffen
eines Impulses von der Sammelleitung her zündet. Der Kathodenstrom dieser Röhre
fließt zum Teil durch den Kathodenwiderstand Rk, der mit der Masseleitung verbunden
ist, und zum Teil durch die Widerstände R, und Ri. Dadurch wird das Gitterpotential
der nächsten Röhre R.-, so weit angehoben, daß sie beim Eintreffen eines weiteren
Impulses zünden kann. Beim Zünden der Röhre R.-, wird das Anodenpotential durch
den Spannungsabfall an Ra kurzzeitig stark verringert.* Da der Kondensator Ck in
diesem Zeitpunkt aber noch aufgeladen ist, stellt sich das Kathodenpotential höher
ein als das der Anode, und die Röhre R.-, löscht. Ganz analog wird beim Eintreffen
eines weiteren Impulses die nachfolgende Röhre gezündet und die vorhergehende gelöscht.
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Damit nun der Schreiber nicht überlastet werden kann, muß in der Zählkette
eine Blockierung vorhanden sein, die über den Relaissatz die Einschaltung eines
zu großen oder zu kleinen Widerstandes verhindert. In der Zählkette ist also eine
weitere Röhre B vorgesehen, deren Gitter über den Widerstand R, an der Kathode der
Röhre Rn-, liegt. Sobald die Röhre R"-, gezündet hat, wird das Gitterpotential der
Röhre B so weit angehoben, daß sie ebenfalls zündet. In der gesondert herausgeführten
Anodenleitung der Röhre B liegt ein Relais Re, das beim Ansprechen eine weitere
Schaltung im Relaissatz verhindert. Die Röhre B wird beim Weiterschalten der Zählkette
nicht gelöscht, sondern sie bleibt gezündet, bis der Meßvorgang beendet ist. Das
Hochlaufen der Zählkette selbst wird durch die Einschaltung der Röhre B nicht beeinflußt,
da beim Zünden der Röhre R",-, das Gitterpotential der Röhre R" über die Widerstände
R, und R, so weit angehoben wird, daß die Röhre R. beim Eintreffen des nächsten
Impulses zünden kann.
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Die Auszählung der Lochabstände auf dem Impulsregistrierstreifen geschieht
in der Weise, daß mit dem Beginn einer Abtastung eine Wechselspannung konstanter
Frequenz an die Impulsleitung der Zählkette angeschlossen wird und die Zählkette
mit jeder Periode der angelegten Wechselspannung so lange um jeweils einen Schritt
weitergeschaltet wird, bis durch das Eintreffen des nächsten Abtastimpulses die
Wechselspannung wieder abgeschaltet wird. Es wird also die Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen
und bei konstantem Vorschub der Abstand zwischen zwei Lochungen durch das Abzählen
der Perioden der Wechselspannung gemessen.
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Zur Steuerung des wechselseitigen Vorschubes der beiden Registrierstreifen
(Impulsregistrierstreifen und Liniendiagrammstreifen) dient das in Fig.
3 dargestellte Getriebe. Durch dieses wird erreicht, daß der Liniendiagrammstreifen
St nach jeder Messung um eine Strecke fortbewegt wird, die in einem festen Verhältnis
zur Meßstrecke s auf dem Impulsregistrierstreifen JR steht. Das Stiftenrad St, des
Impuls- i registrierstreifens ist über eine sich drehende Welle mit den Ankern der
elektromagnetischen Kupplungen S, und S2 sowie mit dem Kontaktarm K, verbunden.
Bei Beginn einer Auswertperiode wird die elektromagnetische Kupplung S, betätigt,
so daß der Motor Mo, über die Rutschkupplung Ku, und das Getriebe G, den
Impulsstreifen in Bewegung setzt. Dabei entfernt sich der Kontaktarm K, von dem
Kontaktarm K, um einen Winkelbetrag, der der Meßstrecke s proportional ist. Sobald
das hier nicht dargestellte Abtastgerät an der Marke M2 ankommt, wird die Kupplung
S, abgeschaltet und die Bewegung des Stiftenrades durch Zuschaltung der Kupplung
S, abgebremst. Nach erfolgter Einschaltung des Schreibers wird über einen
hier nicht dargestellten Kontakt die Kupplung S3 entregt, so daß der dauernd laufende
Motor Mo, über die Rutschkupplung Ku, und das Getriebe G, das Stiftenrad
St2 für den Schreibstreifen St in Bewegung setzt. Der Schreibstreifen läuft nun
so lange vor, bis der Kontaktarm K, den Kontaktarm K, eingeholt hat. Durch die Kontaktgabe
wird die elektromagnetische Kupplung S, betätigt, die das Stiftenrad St,
abbremst. Da der Motor M02 über die Rutschkupplung Ku, angeschlossen ist, kann er
dauernd eingeschaltet bleiben. Direkt anschließend an die Abbremsung des Stiftenrades
St2 wird automatisch die Kupplung S, wieder betätigt, und ein neuer Abtastvorgang
beginnt.
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Treten Lochabstände auf, die größer sind als der Umfang des Stiftenrades
St, so wird der Kontaktarm K, von dem Kontaktarm K, direkt mitgenommen und der Streifen
St mit Unterstützung des Motors MÖ2 eine gewisse Strecke vorwärts bewegt. Sobald
nämlich der Kontaktarm K, dem Kontaktarm K, um 360'
voreilt, wird über weitere
Kontaktplatten an den Kontaktarmen - wie aus Fig. 3a hervorgeht
- die Kupplung S, teilweise entregt. Der Grad der Entregung ist so
zu wählen, daß das von der Rutschkupplung KU2 übertragene Moment kleiner als das
Moment der elektromagnetischen Kupplung S, ist. Wenn nun die Kupplung
S, beim Erreichen der Markierung M#. abfällt, wird die Kupplung
S, völlig entregt, und der Streifen St holt den Vorsprung des Streifens JR,
der einem Stiftenradumfang entspricht, wieder auf. Eine zeitliche Verschiebung der
beiden Registrierstreifen zueinander tritt also dabei nicht ein.
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Für die Auswahl einzelner Stücke der Impulsregistrierung, deren Umwandlung
in ein Liniendiagramm erwünscht ist, kann eine Art Vorwähler, z. B. in Form einer
Schaltuhr, vorgesehen sein, der es ermöglicht, das Band automatisch bis zu einem
gewissen Punkt ablaufen zu lassen, ohne daß eine Umschreibung erfolgt. Die Abschaltung
am Ende der gewünschten Umschreibzeit kann ebenfalls selbsttätig erfolgen.
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Damit man nun das Liniendiagramm in verschiedenen Zeitmaßstäben aufnehmen
kann, ist der Vorschub des Linienschreibers in mehreren Stufen umschaltbar. Dadurch
wird es auch z. B. während des Betriebes möglich, eine besonders interessante Stelle
auf dem Schreibstreifen auseinanderzuziehen. Andererseits kann man auch bei entsprechend
kleinem Vorschub des Linienschreibers beispielsweise eine gesamte Monatsregistrierung
auf einem DIN A 4-Blatt zusammendrängen. In diesem Falle empfiehlt es sich
jedoch, nicht jede einzelne Messung auf dem Impulsregistrierstreifen in eine Treppenstufe
umzuwandeln, da sonst die einzelnen Werte ineinanderfallen würden, sondern man wird
zweckmäßig mehrere Meßstrecken auf dem Impulsregistrierstreifen auf einmal abtasten,
so daß jeweils der Mittelwert über eine ganze Reihe von einzelnen Meßstrecken gebildet
und als eine Treppenstufe aufgezeichnet wird.
An Stelle des Schreibers
mit üblichem Meßwerk, das an die Widerstandskombination angeschlossen wird, kann
man auch eine Nachlaufeinrichtung oder ein Kompensationsverfahren mit Nullmotor
verwenden.