DE1214026B - Analogrechengeraet zur Bestimmung angenaeherter Werte einer Funktion - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G 06/f

Deutsche Kl.: 42 m -14

1214 026 ■_; ■ .· t~S
S72089IXc/42m
17. Januar 1961
7. April 1966

Φι---

Die Erfindung bezieht sich auf ein Analogrechengerät zur Bestimmung angenäherter Werte einer Funktion, die durch eine unabhängig veränderliche Größe definiert ist, mit einem Potentiometer mit einem verstellbaren Schleifer und mehreren Hauptabgriffen, die Potentiometerabgriffe begrenzen, und mit einstellbaren Parallelwiderständen, die parallel zu diesen Abschnitten geschaltet sind.

Es ist ganz allgemein bekannt, Anzapfpotentiometer in einem Analogrechner zur angenäherten "> Darstellung von Funktionen zu verwenden. Die Hauptschwierigkeiten, die bei der Anwendung eines Anzapfpotentiometers in Rechengeräten auftreten, sind ebenfalls bekannt. Es handelt sich hierbei um die Auswirkung der Einstellungen der Widerstände, die aufeinanderfolgend mit den Anzapfstellen des Potentiometers verbunden werden. Diese Einwirkungen machen es erforderlich, daß zahlreiche und langwierige Justierungszyklen durchgeführt werden müssen. Es ist bereits eine Einrichtung bekannt, mit der diese Schwierigkeiten behoben werden sollen. Mit dieser bekannten Einrichtung werden zwar die Nachteile der Zwischenwirkungen zwischen den verschiedenen Justierungen der Widerstände, die an das Potentiometer angeschlossen sind, etwas vermindert, jedoch nicht vollständig ausgeschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten Analogrechengeräte mit Potentiometer zu beheben.

Gemäß der Erfindung sind eine Speiseanordnung, welche die aus dem Potentiometer und den parallelen einstellbaren Widerständen gebildete Einrichtung mit einem konstanten elektrischen Strom versorgt, und Einstelleinrichtungen vorgesehen, welche die parallelen Widerstände derart einjustieren, daß die Stellung des Schleifers in bezug auf einen der an den Enden des Potentiometers liegenden Hauptabgriffe, der als Ursprungsabgriff gewählt wird und für den die vom Schleifer auf dem Potentiometer abgegriffene Spannung proportional dem Ursprungswert der veränderlichen Größe ist, eine Größe liefert, die dem der Funktion entsprechenden angenäherten Wert proportional ist.

Dadurch, daß man den Strom konstant hält, ist es im Fall der manuellen Einstellung möglich, die Widerstände an den Anzapfstellen des Potentiometers einzustellen, ohne daß die Einstellung einer jeden Stufe auf die vorhergehende Stufe einwirkt. Dadurch kann eine Vielzahl von Einstellungen vermieden werden, und es wird auch vermieden, die Information, die von der Meßeinrichtung kommt, die geeicht werden soll, allzu lange zu merken oder Analogrechengerät zur Bestimmung angenäherter Werte einer Funktion

Anmelder:

Luc Donald de Seguin des Hons,

Drancy, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Luc Donald de Seguin des Hons,

Drancy, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 22. Januar 1960

zu speichern. Falls die Einstellung mittels Servomotoreinrichtungen erfolgt, ist es durch die Aufrechterhaltung eines konstanten Stroms möglich, das Merken der Information vollkommen auszuschalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Analogrechengeräts,

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung zur Bildung angenäherter Zahlenwerte der Funktion,

Fig. 3 die Vorderansicht einer perforierten Scheibe, die bei der Anordnung von Fig. 2 Verwendung findet, und

Fig. 4 ein Diagramm zur Erleichterung des Verständnisses der Wirkungsweise des Analogrechengeräts von Fig. 1.

Das Analogrechengerät, dessen Schaltbild in F i g. 1 dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus einem Potentiometer 1 mit mehreren Abgriffen. Wenn mit y = f(x) die Funktion bezeichnet wird, die mit dieser Anordnung errechnet werden kann, d. h. die kartesische Gleichung der Kennlinie des äquivalenten elektrischen Vierpols, wird ein angenäherter Wert der Funktion y in analoger Form durch die Stellung des Schleifers C des Potentiometers 1 in bezug auf einen festen Punkt des Potentiometers geliefert, beispielsweise in bezug auf eine der Klem-

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men, im allgemeinen die Klemme p_Q, die mit einem Ende des Potentiometers zusammenfällt. Einstellbare Parallelwiderstände ,R₁, R₂, R₃ verbinden bestimmte Abgriffe des Potentiometers 1 untereinander. Der Widerstand R₁ liegt zwischen den Abgriffen P₀ und P₁; der Widerstand R₂ zwischen den Abgriffen P₁ und p₂; der Widerstand R_s zwischen den Abgriffen p₂ und p_s'. Diese Abgriffe werden als Hauptabgriffe bezeichnet. Zwischen zwei Hauptabgriffen enthält das Potentiometer 1 jeweils drei Zwischenabgriffe, wie die Abgriffe P₁, p₂, p₃ zwisehen den Hauptabgriffen p₀ und P₁. Diese Zwischenabgriffe dienen zur Einjustierung der Kennlinie des Rechengeräts in einer noch zu erläuternden Weise. Jeder der Zwischenabgriffe ist so angeordnet, daß er einem bestimmten Wert der Funktion y, also der Stellung des Schleifers C des Potentiometers 1 entspricht. Bei dem hier betrachteten Beispiel liegt der Ursprung der Funktion y bei p₀, und ihre maximale Amph'tude, die erreicht wird, wenn sich der Läufer C gegenüber dem äußersten Hauptabgriff p₃ befindet, ist in tausend gleiche Teile unterteilt, wobei die Zwischenabgriffe p_1} P₂, P₃ den Werten 50, · 100 bzw. 200 der Funktion y entsprechen, die Zwischenabgriffe ρ ₄, p₅, p₆ den Werten 300, 400 bzw. 500 und die Abgriffe p₇, p_a, p_g den Werten 600, 700 bzw. 800. Das Potentiometer 1 liegt in Serie mit zwei einstellbaren Widerständen 2 und 3 und einem Festwiderstand 4, dessen Größe vorzugsweise sehr klein gegenüber derjenigen des Potentiometers 1 ist. Die Anordnung der Widerstände 1, 2, 3, 4 liegt in Serie zwischen den Klemmen einer Gleichspannungsquelle U₀.

Die veränderliche Größe X, deren Funktion/(Z) errechnet werden soll, muß dem Rechengerät notwendigerweise in Form einer elektrischen Spannung χ zugeführt werden. Natürlich kann diese veränderliche Größe X jede beliebige physikalische Größe sein. Um sie für das Rechengerät verwertbar zu machen, genügt es, eine ihr entsprechende elekirische Spannung χ zu bilden, deren Amplitude proportional zu der veränderlichen Größe X ist. Wenn diese Größe in digitaler Form geliefert wird, muß sie zuvor in eine analoge Form mittels einer Umsetzereinrichtung umgewandelt werden, von der vejschiedene Ausführungsformen bekannt sind.

Bei der im folgenden beschriebenen Einjustierung der Kennlinie des Rechengeräts wird die elektrische Spannung χ nacheinander der ersten Eingangsklemme a₀, O₁, a₂ bzw, a₃ von Differenzverstärkern A₀, A₁, A₂, A₃ zugeführt, deren zweite Eingangs" klemme b₀, b_±, b₂ bzw, b₃ mit der Ursprungsklemme p₀ des Potentiometers C bzw, wahlweise über Druckknöpfe P₁ bis P₉ jeweils mit einem der drei Zwischenabgriffe P₁, p₂, p₃ für den Eingang b_1} weiterhin p₄, p_s, p_e für den Eingang b₂ und P₇, p₈, P₉ für den Eingang b₃ verbunden wird. Wenn die Differenzverstärker A₀, A₁, A₂, A₃ in Betrieb sind, d. h,, daß ihren Klemmen C₀, C₁, c₂ bzw. C₃ die erforderliche Stromversorgungsspannung zugeführt wird, erscheint an ihren Ausgangsklemmen d₀, d_v d₂ bzw. d₃ eine elektrische Spannung, deren Amplitude der Differenz der an den Eingangsklemmen a₀, b₀; Ci₁, O₁; a₂, b₂; a₃, b₃ zugeführten Spannungen proportional ist. Diese Differenzausgangsspannung, deren Polarität von dem algebraischen Vorzeichen der Differenz zwischen den an den beiden entsprechenden Eingangsklemmen zugeführten Spannungen entspricht, und die mit dieser Differenz verschwindet, wird den Erregerwicklungen eines Motors M₀, M₁, M₂ bzw. M₃ zugeführt, dessen Welle über ein UnterSetzungsgetriebe D₀, D₁, D₂ bzw. D₃ mit den Organen zur Einstellung der verstellbaren Widerstände 2, R₁, R_s bzw. R₃ verbunden ist. Die Motoren M₀, M₁, M₂, M₃ sind so ausgeführt, daß ihre Drehrichtung von der Polarität der an ihre Erregerwicklung gelegten Differenzspannung abhängt und daß sie stehenbleiben, wenn diese Differenzspannung zu Null wird. Das EinsteUorgan für den verstellbaren Widerstand 3 ist über ein Untersetzungsgetriebe D' mit der Welle eines Motors M' verbunden, dessen Erregerwicklungen durch die Spannung gespeist werden, die am Ausgang d' eines Differenzverstärkers A' erscheint. Die erste Eingangsklemme a' dieses Verstärkers ist mit ^- einer Normspannungsquelle + U₁ verbunden, während die zweite Eingangsklemme b' mit dem gemeinsamen Punkt zwisehen dem einstellbaren Widerstand 2 und dem Festwiderstand 4 verbunden ist.

Zur Verwendung des einjustierten Rechengeräts wird die elektrische Spannung χ einer Eingangsklemme 5' eines Umschalters 5 zugeführt, dessen andere Eingangsklemme 5" mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, welche die An-Ordnung der Widerstände 1, 2, 3, 4 speist. Der Ausgang des Umschalters S ist mit der ersten Eingangsklemme α eines Differenzverstärkers A verbunden, dessen zweite Eingangsklemme b elektrisch mit dem Schleifer C des Potentiometers 1 verbunden ist. Die am Ausgang d des Differenzverstärkers A erscheinende Spannung, welche der Differenz der an den Eingangsklemmen α und b zugeführten Spannungen proportional ist und die das gleiche algebraische Vorzeichen wie diese Differenz hat, wird an die Erregerwicklungen eines Motors M gelegt, dessen Welle über ein Untersetzungsgetriebe D mit dem Schleifer C des Potentiometers 1 sowie mit einem Schleifer C eines zweiten Potentiometers 1', das an die Klemmen einer Gleichspannungsquelle U₂ angeschlossen ist, gekuppelt ist.

Es soll nun der Betrieb des beschriebenen Analogrechengeräts für den Sonderfall beschrieben werden, daß dieses zur automatischen Eichung einer Meßanordnung verwendet wird. Die veränderliche Größe X entspricht in diesem Fall der Information, die von der Meßanordnung, beispielsweise durch die Drehung des beweglichen Teils dieser Anordnung geliefert wird. Sie muß in eine elektrische Spannung χ umgewandelt werden, deren Amplitude dann beispielsweise dieser Drehung proportional ist. Die Kennlinie ν ist gleich f(x) muß so einjustiert werden, daß sie mehrere Koinzidenzpunkte mit der Eichkurve der Meßanordnung hat, die der Gleichung F=F (X) entspricht.

Zur Durchführung dieser Einjustierung erteilt man zunächst der Meßgröße Y den Wert 0. Die von der Meßanordnung gelieferte entsprechende Information X₀ wird in eine elektrische Spannung der Größe x₀ umgewandelt, die im allgemeinen nicht Null ist. Diese elektrische Spannung wird an die erste Eingangsklemme a₀ des Differenzverstärkers A₀ gelegt, dessen Klemme c_Q die für den Betrieb erforderliche Stromversorgungsspannung erhält. Der Motor M₀ verschiebt über das Untersetzungsgetriebe D₀ das EinsteUorgan für den verstellbaren Widerstand 2. Infolge dieser Änderung des Wertes

des Widerstandes 2 versucht sich auch der Strom / zu ändern, der von der Spannungsquelle U_n durch die Widerstandsanordnung 1, 2, 3, 4 geschickt wird. Das gleiche gilt dann auch für die Spannung an den Klemmen des Festwiderstandes 4 und somit für die Differenz zwischen den Spannungen, die den Eingangsklemmen a', b' des Differenzverstärkers A' zugeführt werden. Dieser Verstärker versetzt daher den Motor M' in Drehung, dessen Welle über das Untersetzungsgetriebe D' auf das Einstellorgan für den einstellbaren Widerstand 3 einwirkt. Die elektrischen Verbindungen sind derart ausgeführt, daß die Änderungen des Wertes des Widerstandes 3 genau diejenigen des Widerstandes 2 kompensieren, so daß die Stärke des Stromes i, der durch die Anordnung 1, 2, 3, 4 fließt, konstant gehalten wird. Der Motor bleibt erst stehen, wenn die den Eingangsklemmen a' und b' des Verstärkers A' zugeführten Spannungen gleich sind, so daß der Spannungsabfall an den Klemmen des Widerstandes 4 konstant und gleich dem Wert der Spannung + U₁ gehalten wird, die an der Eingangsklemme A' liegt. Die aus diesem Widerstand 4, dem Differenzverstärker A', dem Motor M', dem Untersetzungsgetriebe D' und dem verstellbaren Widerstand 3 gebildete Anordnung stellt also eine Regelanordnung für die Stärke des Stromes i dar, der durch das Potentiometer 1 und den damit in Serie geschalteten Widerstand 2 fließt. Da die Stärke des durch den verstellbaren Widerstand 2 fließenden Stromes auf diese Weise konstant gehalten wird, drücken sich die Änderungen dieses Widerstandes in proportionalen Änderungen des Potentials an der Ursprungsklemme p₀ des Potentiometers 1 in bezug auf den negativen Pol der Spannungsquelle U_n aus und damit in proportionalen Änderungen des Unterschieds zwischen den Spannungen, die den Eingangsklemmen a₀, b₀ des Differenzverstärkers A₀ zugeführt werden. Die elektrischen Anschlüsse sind so getroffen, daß der Motor M₀ das Einstellorgan für den Widerstand 2 in der Richtung zu drehen sucht, in der die Spannung F_p,₀ an der Ursprangsklemme p₀ sich der Spannung x₀ zu nähern sucht, die der Klemme a₀ des Differenzverstärkers A₀ zugeführt wird, so daß der Motor M₀ stehenbleibt, wenn JpO^=xo·

Die zweite Phase der Einjustierung besteht darin, daß der zu messenden Größe Y einer der Eichwerte erteilt wird, der einem der Zwischenabgriffe p_v p₂, P₃ des Potentiometers 1 entspricht, die dem zwischen den Hauptabgriffen p₀ und p/ angeschlossenen Widerstand R₁ zugeordnet sind. Es sei als Beispiel angenommen, daß dieser Größe Y der Eichwert 100 erteilt wird, der dem Abgriff p₂ entspricht. Die elektrische Spannung X₁₀₀, die der Information Z₁₀₀ proportional ist, die dann von der Meßanordnung geliefert wird, wird der ersten Eingangsklemme a_x des Differenzverstärkers A₁ zugeführt, dessen zweite Eingangsklemme Zj₁ mit dem Zwischenabgriff p₂ des Potentiometers 1 durch Niederdrücken des Druckknopfes p^ verbunden wird. Die erforderliche Stromversorgungsspannung wird nun der Klemme C₁ des Verstärkers A₁ zugeführt. Da sich der Zwischenabgriff p₂ im allgemeinen, infolge des durch die Anordnung der Widerstände 1, 2, 3, 4, R₁, R₂, R₃ fließenden Stromes, auf einem von X₁₀₀ verschiedenen Potential befindet, erscheint am Ausgang d_t des Differenzverstärkers A₁ eine von Null verschiedene Spannung, die den MOtOrM₁ in Drehung versetzt.

Dieser wirkt über das Untersetzungsgetriebe D₁ auf das Einstellorgan für den verstellbaren Widerstand R₁ ein. Die sich daraus ergebende Veränderung des Widerstands R₁ verändert den Wert des Gesamtwiderstandes, der zwischen den Klemmen der Spannungsquelle U₀ angeschlossen ist. Ungeachtet dieser Änderung wird die Stärke i des Stromes, den diese Spannungsquelle in die Anordnung der Widerstände 1, 2, 3, 4, R₁, R₂, R₃ schickt, durch die Wir-

kung des aus den Organen 3, 4, Ä, M', D' bestehenden Stromreglers konstant gehalten, wie zuvor erläutert worden ist. Daraus ergibt sich insbesondere, daß die Ursprungsklemme p₀ des Potentiometers 1 auf einem konstanten Potential bleibt. Da jedoch das Verhältnis des Wertes des Widerstandes R₁ zu dem Widerstand des zwischen den Hauptabgriffen p._o und P₁ liegenden Abschnitts des Potentiometers 1 verändert wird, entsteht eine Änderung der Stärke des abgezweigten Stromes i', der durch diesen Abschnitt Pq'Pi des Potentiometers fließt. Aus der Konstanz des Potentials am Punkt p₀ und der Änderung der Stärke des abgezweigten Stromes i' ergibt sich eine Änderung der Spannung an dem Zwischenabgriff p₂, die der zweiten Eingangsklemme b_x des Differenz-

Verstärkers A₁ zugeführt wird und damit eine Änderung der Differenz zwischen dieser Spannung und der Spannung X₁₀₀, welche der ersten Eingangsklemme O₁ des Verstärkers A₁ zugeführt wird. Die elektrischen Anschlüsse sind so ausgebildet, daß der Motor M₁ den Wert des Widerstandes R₁ in einem solchen Sinne zu ändern sucht, daß die an dem Zwischenabgriff p₂ bestehende Spannung V_V2 sich dem Wert X₁₀₀ zu nähern sucht, so daß der Motor M₁ stehenbleibt, wenn Fp₂=X₁₀₀.

Die folgenden Phasen der Einjustierung entsprechen im wesentlichen der vorstehenden Beschreibung. Wenn beispielsweise der zu messenden Größe Y der Eichwert 300 gegeben wird, wird die elektrische Spannung X₃₀₀, die der dann von der

Meßanordnung gelieferten Information X₃₀₀ proportional ist, an die erste Eingangsklemme a₂ des Differenzverstärkers A₂ gelegt, und der Druckknopf P₄ wird gedrückt, bis der Motor M₂ den Wert des Widerstandes R₂ in der Weise verändert hat, daß die Spannung V_pi an dem Zwischenabgriff p₄ des Potentiometers 1 gleich der an der Klemme a₂ des Verstärkers A₂ liegenden Spannung ist, also F„₄=x₃₀₀. Dann wird der zu messenden Größe Y der Eichwert 600 erteilt, die Spannung X₆₀₀ wird an

die erste Eingangsklemme a₃ des Differenzverstärkers A₃ gelegt, und der Druckknopf P₇ wird gedrückt, bis der Motor M₃ stehenbleibt, da der Widerstand R₃ dann auf einen solchen Wert eingestellt ist, daß die Spannung F_P7 an dem Abgriff p₇ gleich der

Spannung x_ß00 ist. Nachdem alle einstellbaren Widerstände des Rechengeräts auf diese Weise auf bestimmte Werte eingeregelt worden sind, ist die Einjustierung der Kennlinie beendet.

Man kann sich von der Richtigkeit dieser Einjustierung dadurch vergewissern, daß man nacheinander die Spannungen X₁₀₀, X₃₀₀ und X₆₀₀ an die Klemme« des Verstärkers^i legt. Das den Werty anzeigende Gerät muß dann in dem vorliegenden Fall die Werte 100, 300 und 600 anzeigen. Wenn man die Spannung X₁₀₀ an die Klemme a_x anlegt, wird sie beispielsweise zugleich an die Klemme 5' des Umschalters 5 angelegt, der sie zur Klemme a des Verstärkers A überträgt. Dies hat zur Folge, daß

sich der Schleifer C verschiebt, bis er eine Spannung des Wertes X₁₀₀ am Potentiometer 1 abnimmt. Er bewegt sich also auf die Höhe des Abgriffes p₂. Seine Stellung entspricht dann einem Wert >>=100, da definitionsgemäß bei dem gewählten Fall die Spannung X₁₀₀ dem Eichwert 100 der zu messenden Größe Y entspricht. Ebenso hat ein gleichzeitiges Anlegen der Spannung X₃₀₀ an die Klemmen a₂ und a zur Folge, daß der Schleifer C in die Stellung gebracht wird, die dem Wert y=300 entspricht, und das gleichzeitige Anlegen der Spannung X₆₀₀ an die Klemmen a_s und α bringt den Schleifer C in die Stellung, die dem Wert y=600 entspricht.

In F i g. 4 ist die Kennlinie der kartesischen Gleichung y = f(x) des Analogrechengeräts für den Fall dargestellt, daß das Potentiometer 1 linear ist, d. h., daß sich der Wert r des Widerstandes zwischen dem Schleifer C und der Ursprungsklemme p₀ in Abhängigkeit von der Stellung y des Schleifers C nach einem linearen Gesetz ändert, wenn angenommen ist, daß die Widerstände A₁, R₂, R₃ abgetrennt sind. Diese Kurve geht durch die vier Eichpunkte, die den Abgriffen p₀, p₂, P₁, p₇ des Potentiometers entsprechen. Zu beiden Seiten jedes der Eichpunkte, die den Zwischenabgriffen p₂, p_iy p₇ entsprechen, besteht die Eichkurve aus einem geradlinigen Abschnitt dessen Neigung von dem Wert abhängt, auf den der Widerstand A₁, R₂ bzw. A₃ einjustiert worden ist, der dem entsprechenden Zwischenabgriff p₂, P₁ bzw. P₇ zugeordnet ist. Wenn angenommen wird, daß sich der Schleifer C anfänglich auf der Höhe eines der Hauptabgriffe des Potentiometers 1, beispielsweise des Abgriffs P₁' befindet, und man dem Schleifer dann eine Verschiebung Ay in Richtung auf den folgenden Hauptabgriff p₂ erteilt, die einem Bruchteil Ar des Widerstandes des zwischen den Klemmen P₁' und p₂ liegenden Potentiometerabschnittes entspricht, erfährt die an dem Schleifer C abgenommene Spannung eine Änderung Ax — Ar · i', wenn mit Ϊ der Strom bezeichnet wird, der durch den Abschnitt P₁ — p₂ des Potentiometers 1 fließt. Wenn mit r₁₂ der Widerstand dieses ganzen Abschnittes bezeichnet wird, läßt sich zeigen, daß

— ι.

Für den Fall, daß das Potentiometer 1 linear ist, läßt sich daraus ableiten, daß die Neigung -A des

Abschnittes P₁-P₂ der Kennlinie des Rechengeräts einen Wert hat, der dem Wert

4- fi +

»1.2

proportional ist, also einen konstanten Wert hat (da i auf einen konstanten Wert eingeregelt wird), der in einfacher Weise von dem Wert abhängt, auf den der Widerstand R₂ eingestellt worden ist.

Die Verwendung des auf diese Weise einjustierten Rechengeräts in Verbindung mit dem Meßgerät erfolgt in folgender Weise:

Der Umschalter 5 wird zunächst auf die Klemme 5" eingestellt, die mit dem negativen Pol der Spannungsquelle U₀ verbunden ist. Es erscheint dann am Ausgang d des Differenzverstärkers A eine Spannung, die der Amplitude der Spannung proportional ist, die am Schleifer C des Potentiometers 1 in der gerade eingenommenen Stellung abgenommen wird. Die elektrischen Verbindungen sind so getroffen, daß die Einwirkung dieser Ausgangsspannung des Differenzverstärkers A auf die Erregerwicklungen des Motors M die Wirkung hervorruft, daß die Welle des Motors über das Untersetzungsgetriebe D den Schleifer C in Richtung auf die Ursprungsklemme p₀ des

ίο Potentiometers 1 verschiebt. Der Motor M bleibt stehen, wenn der Schleifer C diese Ursprungsstellung erreicht, die dem Punkt des Potentiometers 1 entspricht, dessen Potential am kleinsten ist. Der Umschalter 5 wird dann auf die Klemme 5' umgeschaltet, der die elektrische Spannung χ zugeführt wird, deren Amplitude der vom Meßgerät gelieferten Information Z proportional ist. Es erscheint am Ausgang if des Differenzverstärkers A eine Spannung, die dem Wert χ proportional ist. Dadurch treibt der Motor M über das Untersetzungsgetriebe D den Schleifer C in einer solchen Richtung an, daß dieser sich von der Ursprungsklemme p₀ des Potentiometers entfernt und sich in bezug auf den Ursprung p₀ in eine Stellung bewegt, in der die am Potentiometer 1 durch den Schleifer abgegriffene Spannung genau gleich der Spannung χ ist. Die Stellung des Schleifers C in bezug auf den Punkt p₀ ergibt definitionsgemäß einen angenäherten Wert der Funktion y. Diese Größe y ist geometrischer Art (Strecke oder Drehwinkel, je nach Art des Potentiometers 1), doch kann man ihr eine entsprechende elektrische Größe zuordnen. Dies erfolgt mittels des Potentiometers 1', dessen Schleifer C" mit dem Schleifer C des Potentiometers 1 und somit mit dem Untersetzungsgetriebe D gekoppelt ist. Bei dem betrachteten Beispiel, bei dem den Klemmen des Potentiometers 1' eine konstante Spannung U₂ zugeführt wird, wird eine der Funktion y proportionale elektrische Größe durch die Potentialdifferenz zwischen dem SchleiferC" und einem der Enden des Potentiometers 1' geliefert.

Die Ordinate des Punktes C mit der Abszisse χ auf der kennlinie des Rechengeräts, die in Fig. 4 dargestellt ist, bildet nur einen angenäherten Wert der zu errechnenden FunktionF (X), also der zu bestimmenden Größe Y. Die erhaltene Annäherung ist um so besser, je größer die Zahl der Eichpunkte ist, je größer also die Zahl der durch einstellbare Widerstände verbundenen Hauptabgriffe des Potentiometers ist. Der dargestellte Fall mit drei Eichpunkten ermöglicht eine im allgemeinen sehr ausreichende Annäherung. Andererseits kann eine bessere Annäherung dadurch erhalten werden, daß jeder der geradlinigen Abschnitte P₁, p₂' usw. der Kennlinie des Rechengeräts durch einen Abschnitt einer Kurve höherer Ordnung ersetzt wird, die sich besser an den entsprechenden Abschnitt der Kurve Y=F(X) als der geradlinige Abschnitt anpaßt. Zur Erzielung dieses Ergebnisses genügt es, daß das Änderungsgesetz des Widerstandes entlang dem entsprechenden Abschnitt des Potentiometers 1 nicht linear, sondern von geeigneter Form ist, so daß sich der Widerstand zwischen dem Schleifer C des Potentiometers 1 und seinem Ursprungspunkt p₀ nach einer entsprechenden Funktion der Stellung y des Schleifers ändert, beispielsweise nach einer quadratischen, exponentiellen, sinusförmigen oder anderen Funktion. Gegebenenfalls kann diese Funktion für die

verschiedenen Abschnitte des Potentiometers, die jeweils durch zwei benachbarte Hauptabgriffe P₁, p₂ usw. begrenzt sind, verschieden sein.

Falls die Funktion Y zugleich mit der veränderlichen Größe X und der dazu proportionalen Spannung χ zu Null wird, gilt X₀ = 0. Der verstellbare Widerstand 2 muß dann auf den WertO eingestellt werden, was ohne Einwirkung des Servomechanismus A₀, M₀, D₀ möglich ist. In diesem Fall kann dieser Mechanismus entfallen. Andererseits können die Servomechanismen A₀, M₀, D₀; A₁, M₁, D₁; A₂, M₂, D₂; A₃, M₃, D₃ und gegebenenfalls A, M, D untereinander identisch sein. Da sie nicht gleichzeitig verwendet werden, ist es möglich, nur einen derartigen Servomechanismus vorzusehen und Einrichtungen hinzuzufügen, mit denen es möglich ist, die Welle des Übersetzungsgetriebes nacheinander auf die Einstellorgane der verschiedenen einstellbaren Widerstände 2, R₁, R₂, jR₃ und dann auf den Schleifer C des Potentiometers einwirken zu lassen.

Im folgenden wird eine Anordnung beschrieben, mit der ein angenäherter Wert der Funktion y in digitaler Form dadurch erhalten wird, daß der durch die Stellung des Schleifers C des Potentiometers 1 gelieferte Analogwert umgewandelt wird. Diese Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Analog-Digital-Umsetzer T, der eine Anzahl von elektrischen Impulsen liefert, die proportional dem Wert der analogen Größe ist. Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht dieser Umsetzer im wesentlichen aus einer gelochten Scheibe S, die in F i g. 3 in Vorderansicht dargestellt ist. Diese Scheibe wird durch die Welle des Motors M über ein Untersetzungsgetriebe D" so angetrieben, daß sie periodisch einen Lichtstrahl unterbricht, der auf eine Photozelle fällt. Die von dieser Photozelle erzeugten elektrischen Impulse werden durch eine Schaltung 6 bekannter Art geformt, die regelmäßige Impulszüge abgibt. Je nach der Polarität der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers A, die auf ein Umschaltrelais 7 einwirkt, werden diese Impulszüge entweder dem Aufzähleingang e oder dem Abzähleingang / eines an sich bekannten elektrischen Impulszählers 8 zugeführt. Es ist offensichtlich, daß die Zahl der elektrischen Impulse, die von der Photozelle des Umsetzers T abgegeben werden, der algebraischen Summe der Winkel proportional ist, um die die Lochscheibe S gedreht worden ist.

Diese Winkel sind ihrerseits den Verstellungen des Schleifers C unter der Wirkung des Motors M proportional. Die Zahl der so ausgesandten Impulse wird der algebraischen Summe der zuvor von dem Zähler 8 empfangenen Impulse hinzugefügt oder davon abgezogen, je nach der Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers^. Der Impulszähler 8 wird jedesmal dann automatisch auf Null zurückgestellt, wenn der Schleifer C des Potentiometers 1 die Ursprungsklemme p₀ erreicht. Diese Nullstellung erfolgt durch Schließen des Kontaktes 9, 9', der mechanisch durch den Schleifer C am Ende seines Weges betätigt wird. Die beschriebene Ausführungsform des Analog-Digital-Umsetzers liefert drei verschiedene Werte des Umsetzerverhältnisses, d. h. der Zahl der Impulse, die für einen bestimmten Wert der umzusetzenden analogen Größe abgegeben werden. Diese drei Werte des Umsetzerverhältnisses stehen vorzugsweise in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, daß die Scheibe S mit drei ringförmigen Reihen von Löchern auf verschiedenen mittleren Durchmessern versehen wird, die zehn, fünf bzw. zwei Löcher enthalten. Jeder Lochreihe ist eine Lampe 10,10', 10" und eine Photozelle 11,11', 11" zugeordnet, wobei jedoch nur die Lampe, die dem gewählten Umsetzerverhältnis entspricht, über den Schalter 12 an Spannung gelegt wird.
Wie bereits zuvor erläutert wurde, ermöglicht es

ίο das erfindungsgemäße Analogrechengerät nach Einjustierung der Kennlinie, die von einer beliebigen Meßanordnung gelieferten Informationen unmittelbar und automatisch in einer automatischen Anlage beliebiger Art verfügbar zu machen, insbesondere in Geräten zur automatischen Durchführung von chemischen Operationen oder entsprechenden Operationen. Bei dieser Anwendung in völlig automatischen Anlagen kann die Einjustierung der Kennlinie gleichfalls automatisch erfolgen. Hierzu genügt es, daß die verschiedenen Kontakte der Steueranordnung, insbesondere die den Druckknöpfen F₁ bis P₉ entsprechenden Kontakte kurzzeitig automatisch geschlossen werden können. Diese Kontakte können insbesondere durch Relais gesteuert werden, denen die automatische Anlage die entsprechenden Befehle liefert. Das Ende jeder Arbeitsphase muß der automatischen Anlage angezeigt werden, beispielsweise durch das Schließen eines besonderen Stromkreises über ein verzögertes Relais, das durch das Anhalten des entsprechenden Motors am Ende der betreffenden Betriebsphase erregt wird.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Analogrechengerät zur Bestimmung angenäherter Werte einer Funktion, die durch eine unabhängig veränderliche Größe definiert ist, mit einem Potentiometer mit einem verstellbaren Schleifer und mehreren Hauptabgriffen, die Potentiometerabgriffe begrenzen, und mit einstellbaren Parallelwiderständen, die parallel zu diesen Abschnitten geschaltet sind, gekennzeichnet durch eine Speiseanordnung, welche die aus dem Potentiometer und den parallelen einstellbaren Widerständen gebildete Einrichtung mit einem konstanten elektrischen Strom versorgt und Einstelleinrichtungen, welche die parallelen Widerstände derart einjustieren, daß die Stellung des Schleifers in bezug auf einen der an den Enden des Potentiometers liegenden Hauptabgriffe, der als Ursprungsabgriff gewählt wird und für den die vom Schleifer auf dem Potentiometer abgegriffene Spannung proportional dem Ursprungswert der veränderlichen Größe ist, eine Größe liefert, die dem der Funktion entsprechenden angenäherten Wert proportional ist.

2. Rechengerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Potentiometerabschnitten Zwischenabgriffe vorgesehen sind, die den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordnet sind und die so angeordnet sind, daß sie bestimmten Werten der Funktion entsprechen, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen die einstellbaren Parallelwiderstände nacheinander, ausgehend von dem Ursprungshauptabgriff, in der Weise eingestellt werden können, daß an den Zwischenabgriffen Spannungen erscheinen, die den Werten der veränderlichen

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Größe proportional sind, für welche die Funktion vorbestimmte Werte hat, die den Zwischenabgriffen entsprechen.

3. Rechengerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Potentiometerabschnitt mehrere Zwischenabgriffe vorgesehen sind und daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen wahlweise jedem der einstellbaren Parallelwiderstände nur ein Zwischenabgriff des entsprechenden Abschnittes zugeordnet werden kann.

4. Rechengerät gemäß Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch verstellbare Regelorgane, die den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordnet sind und deren Stellungen die Werte der Widerstände bestimmen, und durch Servomechanismen, die nacheinander die Stellungen der Regelorgane in Abhängigkeit von Spannungen steuern, die den Werten der veränderlichen Größe proportional sind, für welche die Funktion die entsprechenden Werte hat, die den Zwischenabgriffen entsprechen, welche den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordnet sind, so daß die Spannungen, die an den Zwischenabgriffen erscheinen, gleich den proportionalen Spannungen zu werden suchen.

5. Rechengerät gemäß Ansprach 2 oder 3, gekennzeichnet durch verstellbare Regelorgane, die den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordnet sind und deren Stellungen die Werte der Widerstände bestimmen, und durch einen gemeinsamen Servomechanismus mit Einrichtungen zum aufeinanderfolgenden Ankuppeln des Servomechanismus an' die Regelorgane, wobei der Servomechanismus und die Kuppelvorrichtungen so ausgeführt sind, daß sie nacheinander die Stellungen der Regelorgane in Abhängigkeit von Spannungen steuern, die den Werten der veränderlichen Größe proportional sind, für die die Funktion die bestimmten Werte hat, welche den den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordneten Zwischenabgriffen entsprechen, so daß die an den Zwischenabgriffen erscheinenden Spannungen gleich den proportionalen Spannungen zu werden suchen.

6. Rechengerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen Servomechanismus, der die Stellung des Schleifers des Potentiometers in Abhängigkeit von einer Spannung, die der veränderlichen Größe proportional ist, derart steuert, daß die von dem Schleifer am Potentiometer abgegriffene Spannung dieser proportionalen Spannung gleich zu werden sucht.

7. Rechengerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Serienwiderstand, der an den Ursprungshaupt- 55: angriff angeschlossen ist und derart einjustiert ist, daß sich der Ursprungshauptabgriff anfänglich auf einer Spannung befindet, die proportional dem Wert der veränderlichen Größe ist, für den die Funktion den Wert Null hat.

8. Rechengerät gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch verstellbare Regelorgane, die den einstellbaren Serien- und Parallelwiderständen zugeordnet sind und deren Stellungen die Werte dieser Widerstände bestimmen, und durch Servomechanismen, die nacheinander die Stellungen der Regelorgane in Abhängigkeit von Spannungen steuern, die proportional den Werten der veränderliehen Größe sind, für welche die Funktion jeweils den Wert Null und die den Zwischenabgriffen, die den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordnet sind, entsprechenden Werte hat, so daß die Spannung, die an dem Ursprungshauptabgriff und an den Zwischenabgriffen erscheint, sich jeweils dem Wert der proportionalen Spannungen zu nähern sucht.

9. Rechengerät gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch verstellbare Regelorgane, die den einstellbaren Serien- und Parallelwiderständen zugeordnet sind und deren Stellungen die Werte dieser Widerstände bestimmen, und durch einen gemeinsamen Servomechanismus mit Koppelvorrichtungen, mit denen der Servomechanismus nacheinander mit den Regelorganen gekoppelt werden kann, wobei der Servomechanismus und die Koppelvorrichtungen so ausgeführt sind, daß sie nacheinander die Stellungen der Regelorgane in Abhängigkeit von Spannungen steuern, die den Werten der veränderlichen Größe proportional sind, für welche die Funktion jeweils den Wert Null bzw. die den Zwischenabgriffen, welche den einstellbaren Parallelwiderständen zugeordnet sind, entsprechenden Werte hat, so daß die an dem Ursprungshauptabgriff und an den Zwischenabgriffen erscheinenden Spannungen sich jeweils den Werten der proportionalen Spannungen anzunähern suchen.

10. Rechengerät gemäß Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Koppelvorrichtungen vorgesehen sind, mit denen der gemeinsame Servomechanismus nach dem Ankoppeln an die Regelorgane auch mit dem Schleifer des Potentiometers gekoppelt werden kann, und daß der Servomechanismus und die Koppelvorrichtungen so ausgeführt sind, daß sie nach der Einstellung der Regelorgane die Stellung des Schleifers in Abhängigkeit von einer Spannung, die der veränderlichen Größe proportional ist, derart steuern, daß die von dem Schleifer an dem Potentiometer abgegriffene Spannung gleich der proportionalen Spannung zu werden sucht.

11. Rechengerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Festwiderstand und einen verstellbaren Widerstand, die in Serie mit dem Potentiometer an den Klemmen einer Gleichspannungsquelle liegen, ein verstellbares Regelorgan, das dem verstellbaren Widerstand zugeordnet ist und dessen Stellung den Wert des Widerstandes bestimmt, und durch einen Servomechanismus, der unter Steuerung einer Normspannung und einer an den Klemmen des Festwiderstandes abgegriffenen Spannung die Stellung des Regelorgans derart steuert, daß die am Festwiderstand abgegriffene Spannung der Normspannung gleich zu werden sucht.

12. Rechengerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine drehbar gelagerte Scheibe, die Löcher aufweist, die in wenigstens einem konzentrisch zur Drehachse liegenden Kreis verteilt sind, eine kinematische Verbindung, welche die Scheibe mit dem Schleifer des Potentiometers derart verbindet, daß jede Verschiebung des Schleifers einer proportionalen Drehung der Scheibe entspricht, wenigstens eine Lichtquelle und eine Photozelle,

die so angeordnet sind, daß der Vorbeigang der Löcher vor der Photozelle die Bildung einer Impulsfolge in einem elektrischen Kreis bewirkt, und durch eine Zählvorrichtung, welche die Impulse aufzählt oder abzählt, je nachdem, ob sich die Scheibe in der einen oder in der anderen Richtung dreht.

13. Rechengerät gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher in mehreren Kreisen so angeordnet sind, daß jeder Kreis eine andere Zahl von Löchern enthält, daß ebenso viele Lichtquellen und Photozellen wie Löcher-

kreise auf der Scheibe vorhanden sind und daß ein Schalter vorgesehen ist, mit dem wahlweise jeweils eine der Lichtquellen in Betrieb gesetzt werden kann.
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In Betracht gezogene Druckschriften:
Electronic Engineering, September 1957, S. 434 bis 439;

G. A. Korn und Th. M. Korn, »Electronic ίο Analog Computers«, McGraw-Hill Book Comp. Inc., New York — Toronto — London, 1956, S. 321 bis 327.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen