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Integrator Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Integrieren
beliebiger Funktionen veränderlicher Größen während eines gewissen Zeitraumes. Anordnungen
dieser Art finden beispielsweise bei Einrichtungen zum Messen von Flüssigkeits-
oder Gasmengen Verwendung, die durch ein Rohr strömen. Bekannte Ausführungen dieser
Art Integratoren bestehen aus einer umlaufenden Trommel oder Scheibe, auf der ein
Metallbelag aufgebracht ist. Auf der Trommel oder Scheibe liegt ein Schleifkontakt
auf, der sich senkrecht zur Trommel-oder Scheibenbewegung verschieben kann. Der
Metallbelag ist so geformt, daß der Schleifkontakt je nach seiner Stellung bei jeder
Umdrehung der Trommel oder Scheibe über eine größere oder kleinere Wegstrecke mit
ihm in Berührung ist. Handelt es sich um die Integration einer Veränderlichen über
die Zeit, so läßt man die Trommel gleichmäßig umlaufen und den Schleifkontakt Bewegungen
ausführen, die der Veränderung der zu intergrierenden Größe entsprechen. Je nach
der Ausbildung des Belags kann man entweder die veränderliche Größe direkt oder
auch eine beliebige Funktion der veränderlichen Größe, beispielsweise die Quadratwurzel
aus dieser, integrieren.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung des Trommel- oder Scheibenbelags.
Bei bekannten Ausführungen besteht er aus einer zusammenhängenden Fläche. Erfindungsgemäß
wird der Belag in einzelne Teile senkrecht zur Bewegungsrichtung unterteilt. Auf
diese Weise erreicht man weit genauere Meßergebnisse, da der Schleifkontakt jedesmal
nach dem Verlassen eines Teilbelags entlastet ist und sich ungehindert wieder einstellen
kann.
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Die Abbildungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei
dem eine umlaufende Scheibe verwendet ist, und zwar zeigt Abb. z die Scheibe mit
den aufgebrachten Belägen, Abb. a eine Seitenansicht des Integrators und Abb. 3
eine schematische Darstellung, die die Ausbildung der einzelnen Sektoren des Belags
näher erläutern soll.
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Die umlaufende Scheibe 40 aus nichtleitendem Stoff wird durch ein
Uhrwerk 5 ständig gedreht. Ein Schieber = ist auf einer zur Scheibe parallelen,
zweckmäßig senkrechten Führungsschiene verstellbar. Die Fläche der Scheibe 40 ist
mit Streifen 6o aus leitendem Stoff belegt. Diese ragen etwas über die Fläche der
Scheibe hervor. Sie laufen sektorförmig nach innen zusammen und sind an ihren inneren
Enden abgeschrägt. Sie verlaufen vom Umfang der Scheibe nach der Mitte hin, und
zwar sind sievorteilhaft in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Die Abschrägung
an den inneren Enden der Streifen ist der zu integrierenden Funktion entsprechend,
z.
B. bogenförmig ausgebildet. Die Gesamtfläche der Streifen ist in Abb.3 dargestellt.
Diese zeigt eine Scheibe 6o, die außen nach einem Kreisbogen geschnitten ist. Die
Kante 0-A verläuft radial, die Kante 0-B ist nach einer Kurve gestaltet,
deren Form sich nach der gewünschten Funktion richtet. Der Schieber bewegt sich
vom Nullpunkt der Meßvorrichtung, also vom Punkt 0 in Abb. 3 nach dem Umfang der
Kante A-B hin. In jeder Stellung des Schiebers i ist der Bogen A'-B', der die Zeitdauer
des Kontaktes zwischen Schieber und Scheibe bestimmt, die gewünschte Funktion des
Abstandes 0-A'. Abb. 3 zeigt lediglich ein Diagramm, das nicht mathematisch
genau ausgeführt ist. Es mag angenommen werden, daß in einem bestimmten Fall die
Kante 0-B der Scheibe so geformt ist, daß in jeder Lage des Schiebers zwischen
0 und A der Abschnitt des von dem Schieber i auf der Scheibe verzeichneten Kreises
proportional der Quadratwurzel aus dem Abstand 0-A' ist. An Stelle der Quadratwurzel
kann durch geeignete Ausbildung der Kurve 0-B jede beliebige Funktion der
Veränderlichen integriert werden. Die Scheibe 6o in Abb. 3 ist nun in Einzelsektoren
unterteilt, die in gleichmäßigen Abständen auf der Scheibe 40 verteilt werden. Durch
diese Unterteilung wird die Zahl der Kontaktstellen erhöht, die Dauer der Einzelberührung
jedoch vermindert. Um eine gute Berührung zwischen dem Schleifkontakt und den Sektoren
zu gewährleisten, muß der Schleifkontakt mit einem gewissen Drucke aufliegen. Die
durch diesen Druck hervorgerufene Reibung wird meist so groß sein, daß sich der
Schleifkontakt während des Aufliegens auf den Belägen in radialer Richtung nicht
mehr bewegen kann. Würde man daher die Scheibe 6o nicht unterteilen, sondern zusammenhängend
auf der Scheibe 4o anbringen, so würde der Kontakt sich während der ganzen Dauer
der Berührung nicht bewegen können. Eine Änderung des Ausschlages am Schleifkontakt
könnte somit nur bei jeder Umdrehung einmal stattfinden, dadurch wird also der Genauigkeit
der Einrichtung eine gewisse Grenze gesetzt. Unterteilt man aber die Scheibe 6o
in Sektoren, so kann sich der Schleifkontakt während einer Umdrehung so oft von
neuem einstellen, als Sektoren vorhanden sind. Da die Zahl der Sektoren naturgemäß
beliebig hoch gewählt werden kann, so kann auch die Genauigkeit auf diese Weise
beliebig erhöht werden.
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Auf einer gleichachsig zur Scheibe 4o angeordneten, im Lagerbock 4
befestigten Welle 70 sitzt drehbar ein Zahnrad 8o, das mit einem am Zählwerk ii
angeordneten Zahnrad in Eingriff steht. - Zwischen der Scheibe 40 und dem Zahnrad
8o befindet sich eine magnetische Kupplung. Diese besteht aus mehreren, beispielsweise
vier Elektromagneten g, die auf der Scheibe 4o befestigt sind und sich aus Kernen
22 und darübergeschobenen Wicklungen 6 zusammensetzen. Vor den frei liegenden Enden
der Kerne 22 befindet sich ein Ring 12 aus weichem Eisen, der gegenüber dem Zahnrad
8o axial verschiebbar angeordnet ist und zu diesem Zweck durch Stifte 13 in Bohrungen
14 der Scheibe 40 geführt ist. Auf der Stirnfläche des Rades 8o sind Blattfedern
16 derart angeordnet, daß sie die Stifte 13 in Abb. 2 nach rechts zu bewegen suchen
und somit den Ring 12 von den Kernen der Elektromagnete g abziehen. Werden die Elektromagnete
erregt, so wird der Ring i2 entgegen der Kraft der Federn 16 gegen die Kerne der
Magnete gezogen und legt sich an diese an. Solange der Strom geschlossen ist, läuft
mithin das Zahnrad 8o und damit das Zählwerk ii mit der Scheibe 40 um. Wird der
Stromkreis der Magnete unterbrochen, so wird der Ring 12 sofort wieder durch die
Federn 16 abgezogen, so daß das Zahnrad 8o zum Stillstand kommt. Solange also kein
Strom fließt, stehen Zahnrad 8o und Zählwerk ix still, während die Scheibe 40 sich
ständig weiterdreht.
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Die die Elektromagnete g tragende Scheibe 40 ist auf einer aus dem
Uhrwerk 5 herausragenden Welle 3, die zugleich die Schleifringe 8 für die Stromzuleitung
trägt, gelagert. Das Uhrwerk 5 seinerseits sitzt auf der ruhenden Achse 7o, die
durch den Ring 12 hindurchragt.
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Mittels des Zählwerks ii werden die Wege A'-B' des Kontaktes summiert.
Der Zähler integriert also alle Werte, welche sich entsprechend der Quadratwurzel
oder einer anderen Funktion des Abstandes des Schiebers i vom Nullpunkt ändern.
Dient der Integrator zur Bestimmung einer Flüssigkeitsmenge, so wird im allgemeinen
als Funktion die Quadratwurzel in Frage kommen, da die Flüssigkeitsmenge proportional
der Quadratwurzel aus dem Druckunterschied auf beiden Seiten der Drosselstelle ist.
Man kann dann mittels des Zählwerkes unmittelbar die Flüssigkeitsmenge ablesen,
die während einer bestimmten Zeit durch die Leitung strömt.
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Zur Speisung der Magnete dient eine Stromquelle 1s. Der Strom geht
vom einen Pol der Batterie zum Schieber i, von dort in der geschilderten Weise zu
den Sektoren 6o, von den Sektoren über die in Reihe geschalteten Magnete g, den
Schleifring 8 und die Bürste 7 zur Batterie 1s zurück.
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An Stelle einer umlaufenden Scheibe kann ebensowohl eine umlaufende
Trommel Verwendung finden, bei der der um den Mantel gelegte Belag in Richtung der
Erzeugenden in einzelne Streifen unterteilt wird.
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Die umlaufende Scheibe mit dem Schieber i kann auch in bekannter Weise
in der Nähe der Meßstelle angeordnet werden, während das Zählwerk an einem beliebigen
Punkte aufgestellt
wird, der für die Ablesung geeignet ist. Der
Stromkreis, der durch die Streifen 6o gesteuert wird, kann dann z. B. ein Relais
schalten, das in einem zweiten Stromkreis liegt, der seinerseits die Zahnräder und
das Zählwerk treibt. In diesem Fall sind die Elektromagnete 9 nicht auf der Scheibe
qo angeordnet, sondern auf einem anderen, durch ein Uhrwerk gebildeten Teil, der
an einer beliebigen Stelle aufgestellt ist. Die abwechselnde Ein- und Ausschaltung
der Elektromagnete wird hierbei durch den Stromkreis des Relais bewirkt, und die
Kupplung findet im wesentlichen in der beschriebenen `'eise statt.