DE1227674B - Anordnung zur Ermittlung der Summen-haeufigkeitsverteilung einer zeitlich veraenderlichen elektrischen Groesse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int, Cl.:

GOId

Deutsche Kl.: 42 d -10

Nummer: 1227 674

Aktenzeichen: M 20886 IX b/42 d

Anmeldetag: 21. November 1953

Auslegetag: 27. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der Summenhäufigkeitsverteilung einer zeitlich veränderlichen Größe, z. B. einer Spannung, mit einer Anzahl elektromechanischer oder elektronischer Zählwerke, die beim Überschreiten einer zugeordneten Sperrspannung ansprechen. Dabei verändert die zu klassifizierende Größe das Potential einer den Summenwertabstufungen entsprechenden Anzahl von Spannungsrelais, die jeweils durch eine konstante Spannungsquelle auf Arbeitsmindestpotential eingestellt sind und die durch eine jeweils vorgeschaltete konstante Vorspannung auf Sperrpotential erhöht worden sind, durch Herabsetzen des Sperrpotentials aller Spannungsrelais unter das Arbeitspotential einiger Spannungsrelais, wodurch die zugehörigen Zählwerke fortgeschaltet werden.

Es ist bereits eine Einrichtung zur Ermittlung der Häufigkeitsverteilung bekannt, die es gestattet, mit Hilfe üblicher elektromotorischer Antriebe die Abweichungen eines Arbeitsmittelwertes, der aus den Mitteln seiner Momentanwerte über eine bestimmte Zeit gewonnen ist, von einem vorgegebenen fest eingestellten Wert zu messen. Es wird die Anzahl des Auftretens der Abweichungen mittels solcher Zählwerke ausgezählt, die vorher fest eingestellten Abweichungen und Abweichungszeiten zugeordnet sind, Wüd daher angeben, wie oft ein bestimmter Abweichungsbereich für fest eingestellte Zeiten im Laufe einer Meßperiode aufgetreten ist.

Ferner ist ein Gerät zum Auswerten eines vorliegenden Registrierstreifens einer Meßgröße bekannt, das eine Abtastvorrichtung besitzt, die je nach der Größe des Meßwertes eine Stufenkontakteinrichtung derart verstellt, daß in vorgegebenen Verstellbereichen je ein Zählwerk weitergeschaltet wird, welches anzeigt, wie oft die Meßgröße in den dem Zählwerk zugeordneten Wertbereich gelangt ist.

Die vorbeschriebenen Einrichtungen bedienen sich vorwiegend mechanischer oder elektromechanischer Mittel, um das Einfallen der zu messenden Größe in einen bestimmten Wertbereich festzustellen und anschließend daran die zugeordneten Zähler fortzuschalten.

Weiterhin ist eine Anordnung zur Ermittlung der statistischen Verteilung unregelmäßiger elektronischer Vorgänge, ein Häufigkeitszähler, bekannt, der es gestattet, die Zeitdauer des Überschreitens der Steuerspannung über eine vorgegebene Gegenspannung durch eine dem jeweiligen Zweck entsprechende Zahl einseitig durchlässiger, einander parallelliegender Stromkreise — die eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende Abstufung von Anordnung zur Ermittlung der Summenhäufigkeitsverteilung einer zeitlich veränderlichen elektrischen Größe

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dr. Walter Masing,

Kurt Weisser, Erbach (Odenw.)

innerhalb des zu untersuchenden Bereiches der Steuerspannung liegenden Gegenspannungen aufweisen — mittels eines geeigneten Indikators, z. B. einer elektrolytischen Zähleinrichtung, zu ermitteln. Die vorüegende Erfindung betrifft nun eine Anordnung zur Ermittlung der rSummenhäufigkeitsverteilung einer zeitlich veränderlichen elektrischen Größe (z. B. der Spannung) mit einer Anzahl elektromechanischer oder elektronischer Zählwerke, die beim Überschreiten einer zugeordneten Sperrspannung ansprechen, wobei die zu klassifizierende Größe das Potential einer den Summenwertabstufungen entsprechenden Anzahl von Spannungsrelais, die jeweils durch eine konstante Spannungsquelle auf Arbeitemindestpotentiale eingestellt sind und die durch eine jeweils vorgeschaltete konstante Vorspannung auf Sperrpotential erhöht worden sind, durch Herabsetzen des Sperrpotentials aller Spannungsrelais unter das Arbeitspotential einiger Spannungsrelais verändert, welche die zugehörigen Zählwerke fortschalten, die sich von der bekannten Anordnung dadurch unterscheidet, daß an Stelle der parallelgeschalteten Spannungsquellen entsprechend der Summenwertabstufung Widerstände mit einer ersten Spannungsquelle als Spannungsteiler hintereinandergeschaltet und die einzelnen Abgriffe zwischen den Widerständen mit jeweils einem der Spannungsrelais verbunden sind, deren zweite Anschlüsse unmittelbar an einem Pol und über die Eingangsklemmen bzw. einen Eingangswiderstand an einem zweiten Pol eines periodisch oder nach einem Zufallsgesetz steuerbaren Wechselschalters liegen, dessen Wechselpol über eine

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gemeinsame weitere Sperrspannungsquelle an .den Spannungsteiler angeschlossen ist.

Die weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes geht aus den Unteransprüchen hervor.

Die erfindungsgemäße Anordnung sei mittels der Abb. 1 schematisch beschrieben, die eine der Äusführungsformen darstellt und zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens das Wesentliche erkennen läßt. Aus diesem Grunde sind für den Erfindungsgedanken nicht kennzeichnende Einzelheiten, z. B. Stromversorgung usw., fortgelassen oder nur angedeutet.

Die Anordnung besteht nach Abb. 1 aus einem Impulsgeberrelais 1, dessen Wicklung von einem in dem Generator 2 erzeugten Wechselstrom, vorzugsweise variabler einstellbarer Frequenz, durchflossen wird." Dieser Wechselstrom kann mit einer Festfrequenz, z. B. der Netzfrequenz, synchronisiert sein. Das Relais 1 besitzt einen Anker 3, der entweder mit Kontaktfeder 4 oder 5 Kontakt hat. Vorhanden sind ferner eine der gewünschten Klassenanzahl η der Verteilung entsprechende Anzahl η Elektronenröhren 6_V 6₂ V.. 6„, die vorzugsweise als Vakuumröhren mit mindestens einem Steuergitter ausgebildet sind. Die Steuergitter der Röhren sind an einen Spannungsteiler? aus Einzelwiderständen R₁ bis R_n geführt, der von einer Stromquelle 8 variabler Spannung U₁ gespeist wird: Der Fußpunkt des Spannungsteilers 7 liegt über eine weitere Stromquelle 9 ebenfalls variabler Spannung U₂ am Anker 3 des Impulsrelais 1. Die Polung beider Stromquellen 8 und 9 ist, wie angegeben, so, daß alle Röhren 6 gesperrt sind. Dabei errechnet sich die negative Gittervorspannung der m-ten Röhre zu

- Ug .= CZ₂ +

init i als laufendem Index. Die Klassenbreite an einer Stelle der Verteilung ist durch die Differenz der Gittervorspannungen der m-ten und der (τη— l)-ten Rohre gegeben, d. h. durch den Spannungsabfall an dem Teilerwiderstand R_m. Er ist

-4 U_m =

S*

Wenn alle R_t gleich groß sind, ist auch die Klassenbreite gleich groß:

-^ = ΊΓ· ^(III>

Im Anodenkreis jeder der Röhren 6_V 6₂... 6„ ist ein — etwa elektromechanisches — Zählwerk 1O₁, 1O₂... 1O_n angeordnet, das bei einem bestimmten Mindestwert des jeweiligen Anodenstromes anspricht und um eine Ziffer weiterschaltet. Die Zählwerke können mit einer Nullstellungseinrichtung versehen sein.

Wenn der Anker 3 des Relais 1 in Ruhestellung ist, sind 3 und 4 verbunden, und der Fußpunkt des Spannungsteilers 7 ist über die Stromquelle 9 mit den parallelgeschalteten Kathoden der Röhren O₁, 6₂ ... 6„ verbunden.

Der zu analysierende elektrische Spannungszug (Meßspannung) liegt an den Klemmen 11, 12 des Gerätes, denen ein Widerstand 13 parallel geschaltet ist. Selbstverständlich kann dieser Widerstand 13 auch durch den Innenwiderstand der Meßspannungsquelle ersetzt werden, sofern dieser eine ohmsche

ίο Komponente hat.

Nach dem Ein- oder Anschalten des Generators 2 wird der Anker 3 des Relais 1 periodisch umgelegt und schließt dabei zeitweise Kontakte 3 und 5. Hierdurch wird die Meßspannung derart in den Gitterkreis der Röhren 6_V 6₂ ... 6„ eingeführt, daß sie je nach ihrer Höhe einen mehr oder weniger großen Teil der aus der Reihenschaltung der Stromquelle 8 und 9 stammenden Spannung kompensiert und dadurch die Sperrung aller der Röhren aufhebt, deren durch den betreffenden Abgriff am Spannungsteiler 7 nach Gleichung (I) gegebene Vorspannung kleiner ist als die Meßspannung im gegebenen Augenblick. Die Zählwerke 10 dieser Röhren sprechen sämtlich an, während die der höher vorgespannten Röhren nicht betätigt werden, da die zugehörigen Röhren gesperrt bleiben. . ^: ;

Der Ruhezustand ist wiederhergestellt, wenn der Anker 3 mit Feder 4 in Kontakt gelangt. Es setzt der geschilderte Schaltvorgang erneut ein, wenn Generator 2 angeschaltet bleibt.

Es habe der als eine Spannung zeitlich veränderlicher Größe gegebene, statistisch zu analysierende Vorgang beispielsweise den Verlauf nach. A b b. 2. Er wird — wie oben geschildert — impulsartig abgetastet, wie in A b b. 2 durch dünne senkrechte Linien angedeutet ist. Die Impulsdauer muß jedoch so klein sein, daß die zu analysierende Größe während der Impulsdauer praktisch unverändert bleibt. Die Anzahl der während einer gegebenen Zeit von den einzelnen Zählwerken registrierten Impulse gibt an, wie oft der zu analysierende Vorgang in den Abtastmomenten den Ansprechwert der betreffenden Röhre überschritten hat. Sorgt man durch entsprechende Wahl der Spannungen U₁ und U₂ dafür,

daß die Schwankung des zu analysierenden Vorganges sich innerhalb der Gesamtheit der Klassen abspielt, muß die am niedrigsten vorgespannte Röhre O₁ bei jedem Impuls Strom führen, da im Spannungsverlauf, der zu analysieren ist, auch die niedrigsten Spannungswerte über der Ansprechspannung liegen. Mit höher werdenden Spannungswerten im Kurvenverlauf werden immer weniger Röhren ansprechen, und die am höchsten vorgespannte Röhre darf überhaupt nicht ansprechen, da deren Vorspannung voraussetzungsgemäß niemals überschritten wird.

Damit ist mit der ersten Röhre beginnend die Anzeige jedes Zählwerkes proportional der Summenhäufigkeit der Verteilung des entsprechenden Vorspannwertes im Analysenintervall.

Eine besonders einfache Auswertung ergibt sich,-wenn der Impulsgeber 1 nach 1000. Impulsen angehalten wird. Die Anzeige jedes Zählwerks — geteilt durch 10 — ergibt dann unmittelbar die Häufigkeitsprozente des betreffenden Spannungswertes im zu analysierenden Vorgang. Wenn diese Impulsanzahl nicht ausreicht, kann z. B. eine andere Zehnerpotenz gewählt werden, bei der die Ablesung der Zählwerke

durch eine um 2 kleinere Zehnerpotenz zu teilen ist, um die Summenhäufigkeitsprozente zu erhalten.

Diese kann man z. B. in üblicher Weise in das Summenhäufigkeitspapier nach Daeves—Beckel eintragen und erhält bei Vorliegen einer Normalverteilung dann eine Gerade.

Die Impulsfrequenz selbst kann der Registrierlänge angepaßt werden. Wird die Impulsfrequenz so hoch, daß elektromechanische Zählwerke nicht mehr zuverlässig arbeiten, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Zählwerke elektronische Zähler, gegebenenfalls in Untersetzerschaltung, verwendet.

Ein Gesetz der mathematischen Statistik besagt, daß es grundsätzlich gleichgültig ist, in welchem Abstand die »Stichproben« aus dem Vorgang genommen werden, solange die Verteilung rein zufallsbedingt ist. Wenn jedoch Periodizitäten im zu analysierenden Vorgang enthalten sind, können wesentliche Irrtümer entstehen, z. B. in dem Fall, daß Impulsabstand und Periodenlänge übereinstimmen. Wenn somit der Verdacht des Vorliegens eines (teil)-periodischen Vorganges besteht, empfiehlt es sich, mit Hilfe des Gerätes entweder den Vorgang zweimal mit verschiedener Impulsfrequenz zu analysieren oder, statt ihn durch periodische Impulse abzutasten, eine Impulsverteilung nach Zufallszahlen vorzunehmen.

Die Abänderung der Anordnung zur Abtastung nach Zufallszahlen zeigt Abb. 3. Der Anker 3 des Relais 1 hat jetzt die Form einer Kontaktzunge 19, die von den Nocken einer sich drehenden Nockenscheibe 14 impulsartig umgelegt wird. Die einzelnen Nocken der Scheibe sind versetzbar. Es gibt Tabellen, in denen Zufallszahlenreihen festgelegt sind. Diesen Reihen entsprechend wird die Einstellung der Nokken vorgenommen. Wenn auf dem Umfang einer Scheibe nicht alle Nocken unterzubringen sind, die die vorgegebene Stichprobenanzahl erfordert, wird eine zweite, dritte usw. Nockenscheibe vorgesehen, deren Betätigungskontakt jeweils von der vorhergehenden nach Ablauf einer Umdrehung in Funktion gesetzt wird.

Soll nicht jeder diskrete Wert registriert, sondern sollen nur Stichproben entnommen werden, wird durch an sich bekannte Einrichtungen dafür gesorgt, daß Impuls und Darbietung des Meßwertes zeitgleich eintreten, um keinen Einzelwert zu verlieren. In diesem Fall kann die Stichprobenentnahme periodisch oder nach Zufallszahlen geordnet unperiodisch erfolgen.

Für den Fall, daß man die Verteilung mit verschiedenen Klassenbreiten aufnehmen will — z. B. mit logarithmisch steigender oder fallender Klassenbreite —, sind die Größen der Teilwiderstände R_t nach Gleichung (II) so zu wählen, daß die Klassenbreite AU diesem gewünschten Gesetz folgt. Soll die Klassenbreite veränderbar sein, insbesondere einem gegebenen zu analysierenden Vorgang angepaßt sein, macht man die wirkende Spannung U₁ der Quelle 8 veränderbar, etwa indem nach Abb. 4 ein Potentiometer 15 der Querlle 8 parallel geschaltet und die Speisespannung des Teilers 7 vom Potentiometer als U₁ abgegriffen wird. In ähnlicher Weise kann man die relative Lage der Verteilung dadurch ändern, daß man die Spannung U₂ durch ein Potentiometer 16 veränderbar macht. Das Potential der Gitter sämtlicher Röhren 6 wird durch Potentiometerverstellung relativ zu ihren Kathoden veränderbar.

In A b b. 2 ist mit dünnen Linien das Ergebnis einer Änderung von U₁ bzw. U₂ eingezeichnet. Da jede Änderung von U₁ auch die relative Lage der Verteilung verändert, ist erfindungsgemäß eine vorzugsweise mechanische Kopplung der Potentiometer 15 und 16 derart vorgesehen, daß beim Verstellen des Potentiometers 15 das Potentiometer 16 so verstellt wird, daß die relative Lage der Verteilung erhalten bleibt. Die mechanische Kopplung ist dabei so

ίο ausgeführt, daß umgekehrt eine Betätigung des Potentiometers 16 keinen Einfluß auf die Stellung des Potentiometers 15 hat.

Der Vollständigkeit wegen sei erwähnt, daß die Spannungen U₁ und U₂ stabilisiert sein müssen, wenn genaue Analysen vorgenommen werden sollen.

Nach Ablauf einer Analyse werden die Zahlen der Zählwerke gelöscht, und die Anordnung ist damit für eine neue Analyse einsatzbereit.

Eine Abwandlung der Anordnung besteht darin, daß man die Röhren 6_V 6₂ ... 6„ nicht direkt auf die Zählwerke 1O₁,1O₂... 1O_n arbeiten läßt, sondern dazwischen nach A b b. 5 eine Verstärkerstufe — bestehend aus je einer Röhre H₁, VI₂ ... 17„ — anordnet. Die Röhren 17 werden in an sich bekannter Weise galvanisch mit den Röhren 6 gekoppelt, so daß sie eine besondere Anodenspannungsquelle 18 benötigen. In der Schaltung können auch andere Gleichstromverstärkerschaltungen benutzt werden. Die Spannungsquellen 8 und 9 müssen jetzt ebenso wie die Meßspannung umgepolt werden, so daß die Röhren 6 in der Ruhelage des Relaisankers 3 sämtlich Strom führen, wodurch die Röhren 17 gesperrt sind. Der Analysiervorgang verläuft daher im umgekehrten Sinn wie bei dem der einfachen Anordnung ohne nachgeschaltete Röhren 17, da jetzt je nach der augenblicklichen Größe des zu analysierenden Meßwertes mehr oder weniger Röhren 6 sperren und dadurch in den entsprechenden Folgeröhren 17 den Stromfluß freigeben und die dazugehörenden Zählwerke fortschalten. Die kleinste Klassenbreite kann jetzt schmaler gewählt werden, die Konstruktion der Zählwerke robuster und die Zählfolge damit schneller. Wenn an Stelle von Vakuumröhren 17 gasgefüllte Röhren verwendet werden, ändert sich an der Schalrung grundsätzlich nichts, nur müssen nach jedem Zählimpuls die Röhren gelöscht werden, z. B. dadurch, daß man die Röhren mit Wechselstrom betreibt und den Zählimpuls mindestens so lang wie die Dauer einer Vollperiode dieses Stromes macht, für technischen Wechselstrom von 50 Hz also mindestens 20 msec.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ermittlung der Summenhäufigkeitsverteilung einer zeitlich veränderlichen elektrischen Größe (z. B. der Spannung) mit einer Anzahl elektromechanischer oder elektronischer Zählwerke, die beim Überschreiten einer zugeordneten Sperrspannung ansprechen, wobei die zu klassifizierende Größe das Potential einer den Summenwertabstufungen entsprechenden Anzahl von Spannungsrelais, die jeweils durch eine konstante Spannungsquelle auf Arbeitsmindestpotentiale eingestellt sind und die durch eine jeweils vorgeschaltete konstante Vorspannung auf Sperrpotential erhöht worden sind, durch Herabsetzen des Sperrpotentials aller Spannungsrelais unter das Arbeitspotential einiger Spannungsrelais ver-

ändert, welche die zugehörigen Zählwerke fortschalten, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Summenwertabstufung Widerstände (R₁ bis R_n) mit einer ersten Spannungsquelle (8) als Spannungsteiler (7) hintereinandergeschaltet und die einzelnen Abgriffe zwischen den Widerständen mit jeweils einem der Spannungsrelais (6_± bis 6„) Verbunden sind, deren zweite Anschlüsse unmittelbar an einem Pol uiid über die Eingangsklemmen bzw. einen Eingangswiderstand an einem zweiten Pol eines periodisch oder nach einem Zufallsgesetz steuerbaren Wechselschalters liegen, dessen Wechselpöl (3) über eine gemeinsame weitere Sperrspannungsquelle (9) an den Spannungsteiler (7) angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassenlage durch Veränderung der Vorspannung (CZ₂) mit Hilfe eines

Potentiometers (16) über eine Vorspannungsquelle (9) und/oder die Klassenbreite durch Veränderung der Vorspannung (CZ₁) mit Hilfe eines Potentiometers (15) über eine Vorspannungsquelle (8) veränderbar und dem zu klassifizierenden Größenverlauf —- gegebenenfalls auch während des Klassifizierungsverlaufs —- anpaßbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiometer (15, 16) zur Änderung der Klassenbreite und Klassenläge derart gekoppelt sind, daß eine Änderung der Klassenbreite die Lage der mittleren Klasse nicht ändert und eine Änderung der Klassenlage die Klassenbreite nicht ändert.

In Beträcht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr, 702 275, 849 906,
876, 915 750.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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