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Elektrische Meßeinrichtung Bei der Überwachung technischer Einrichtungen
ist es oft notwendig, zur Messung und Fernübertragung von auf mechanischem Wege
erfaßten Meßgrößen besondere elektrische Hilfseinrichtungen anzuwenden. Es eignen
sich hierzu Einrichtungen, bei denen ein oder mehrere Widerstände an der Meßstelle
durch das mechanische Gebergerät, z. B. Mengen-, Druck- oder Wasserstandsmesser,
entsprechend der zu übertragenden Meßgröße verändert werden und bei denen diese
Widerstände bzw. das Verhältnis zweier Widerstände an der Ablesestelle durch ein
als Empfangsgerät wirkendes elektrisches Anzeige- oder Schreibgerät gemessen werden.
Verwendet man zur Messung bzw. Registrierung der den Meßgrößen entsprechenden Widerstandswerte
einen sogenannten Quotientenmesser, so ergibt sich gegenüber den mit Brückenschaltung
arbeitenden Widerstandsmeßanordnungen der grundsätzliche Vorteil, daß .die Anzeige
des Empfangsgerätes von Spannungsschwankungen der Meßstromquelle unabhängig ist.
Aus diesem Grunde wird bei einigen der bekannten, auf der gekennzeichneten Widerstandsmethode
beruhenden lleßeinrichtungen ein Empfangsinstrument mit Gleichstrom-Kreuzspulinstrument
benutzt. Sollen derartige Meßanlägen, wie es heute mit Recht allgemein angestrebt
wird, an ein Wechselstromne z angeschlossen werden, so ist man gezwun=gen, Gleichrichter
vorzusehen, die stets eine Komplikation der Anlage bedeuten und mancherlei Nachteile
mit sich bringen. Es ist daher zweckmäßig, an Stelle des Gleichstrom-Kreuzspuhnstrumentes
einen Wechselstrom-Ouotientenmesser zu benutzen. Instrumente der Dreheisentype (Dreheisen-Ouotientenmesser)
sind für Wechselstrombetrieb besonders geeignet und haben außerdem den Vorzug, daß
sie keinerlei Stromzuführungen zum beweglichen Organ besitzen. Sehr unangenehm ist
aber im allgemeinen die schwierige Erzielung eines vorgeschriebenen Skalencharakters,
weil er sich kaum rechnerisch ermitteln läßt. Bei den oben gekennzeichneten Messungen
handelt es sich um die praktisch sehr wichtige Aufgabe, einen linearen Skalenverlauf
des als Empfangsgerät dienenden Quotientenmessers zu erzielen und somit (bei Schreibgeräten)
eine unverzerrte und genau planimetrierbare Eichteilung zu gewährleisten.
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Es ist ein Dreheisen-Ouotientenmesser besonderer Bauart bekannt geworden,
bei welchem das Dreheisen einen Ring darstellt, der an einer Stelle unterbrochen
ist und von zwei um goo gegeneinander versetzten Spulen umfaßt wird. Die äußeren
und inneren Umgrenzungslinien des Eisens stellen im allgemeinen Teile von konzentrischen
oder exzentrischen Kreisen dar, deren Mittelpunkte mit dem Drehpunkt zusammenfallen
bzw. gegen denselben gleichmäßig versetzt sind. In Abb. i ist der Aufbau eines solchen
Ouotientenmessers und eine vielfach gebräuchliche Schaltungsweise desselben schematisch
dargestellt. S1 und S, sind die beiden das Dreheisen D
umfassenden,
um go° gegeneinander versetzten Meßwerkspulen. F bezeichnet den vom Gebergerät,
z. B. Wassermesser, gesteuerten sogenannten Widerstandsfernsender, der meistens
kurz Fernsender genannt wird, und zwar stellt W die Wicklung der Widerstandswalze,
1T die Schleifbürste dar. 11-I bedeutet die Meßstromquelle. Jeder Zeigerstellung
des Gebergerätes ist eine bestimmte Stellung der Schleifbürste N und somit ein bestimmtes
Widerstandsverhältnis zugeordnet. Durch gleichmäßige Bewicklung der Widerstandswalze
läßt sich leicht erreichen, daß gleichen Drehwinkeln der Gebergerätachse gleiche
Widerstandswerte entsprechen (lineare Charakteristik des Fernsenders). Die Schleifbürste
N teilt den von ihr überstrichenen Bereich des Fernsenderwiderstandes W in zwei
Teilwiderstände R, und R_, deren veränderliches Verhältnis von dem als Empfangsgerät
dienenden Dreheisen-Ouotientenmesser erfaßt wird.
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Mit der in Abb. 1 .dargestellten Meßanordnung ist es, wie eingehende
experimentelle Untersuchungen ergeben haben, nicht möglich, den geforderten linearen
Skalenverlauf des Empfangsgerätes zu erzielen. Kurve a in Abb.2 zeigt die Einstellung
des Zeigers in Abhängigkeit von dem Teilwiderstande R1. Der Skalenverlauf ist keineswegs
linear. Versetzt man die beiden Spulen nicht um go°, sondern um 1So°, so erhöht
sich zwar die Verhältnisempfindlichkeit -des Dreheisen-Ouotientenmessers und somit
die einer bestimmten Schleifbürstenverstellung entsprechende Ausschlagänderung des
Zeigers; der Skalencharakter bleibt aber grundsätzlich der gleiche, d. h. die Skala
ist nach wie vor stark verzerrt (Kurve b in Abb. 2).
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Um den Skalenverlauf zu verbessern, kann man bekanntlich so vorgehen,
daß man die Gestalt des Dreheisens so lange verändert, bis die günstigste Skala
erscheint. Dies ist natürlich sehr umständlich und zeitraubend, zumal die jeweilig
erforderliche Formänderung des Dreheisens von den Betriebsbedingungen abhängig und
praktisch bei jedem Instrument eine andere ist. Dieses Vorgehen kann also für eine
fabrikationsmäßige Herstellung derartiger Meßeinrichtungen kaum in Frage kommen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine besonders zweckmäßige, mit einem
Dreheisen-Ouotientenmesser und einem oder mehreren Widerstandsfernsendern arbeitende
Meßeinrichtung, die grundsätzlich ohne besondere Formgebung oder nachträgliche Formänderung
des Dreheisens einen praktisch linearen Skalenverlauf gewährleistet. Erfindungsgemäß
werden die Spulen des Dreheisen-Ouotientenrnessers, der ein ringförmiges, lcreisförmig
begrenztes, an einer Stelle unterbrochenes Dreheisen erhält, um rSo° gegeneinander
versetzt und gleichzeitig die Schaltung der Meßeinrichtung in an sich bekannter
Weise derart gewählt, daß die Meßstromquelle in der zur Schleifbürste des Fernsenders
führenden Zuleitung liegt. Dadurch wird erreicht, daß,die größte Abweichung des
experimentell ermittelten Skalenverlaufs vom idealen linearen Skalenverlauf bei
einem gesamten Skalenwinkel von etwa 5o bis So Winkelgrad höchstenfalls etwa + 1-/,
bis 1 % .des gesamten Skalenwinkels beträgt.
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In Abb. 3 ist die Meßanordnung nach der Erfindung schematisch dargestellt.
S, und SZ sind die beiden das Dreheisen D umfassenden, um 1800 gegeneinander versetzten
Meßwerkspulen. F bezeichnet den vom Gebergerät, z. B. Manometer, gesteuerten Widerstandsfernsender,
und zwar stellt W die Wicklung der Widerstandswalze, 1" die Schleifbürste dar. 111
bedeutet die lleßstromquelle. Die Schleifbürste 1U teilt den von ihr überstrichenen
Bereich des Fernsenderwiderstandes in zwei Teile R, und R." deren veränderliches
Verhältnis von dem Dreheisen-O_uotientenmesser erfaßt wird. llit der in Abb. 3 wiedergegebenen
Meßanordnung ist es ohne jegliche Formänderung des Dreheisens möglich, den geforderten
linearen Skalenverlauf zu erzielen.
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Kurve a in Abb. .4 zeigt die Einstellung des Zeigers in Abhängigkeit
von dem Teilwiderstand R1 für den dem Erfindungsgegenstand entsprechenden Spezialfall,
daß' die beiden Meßwerkspulen um 1So° gegeneinander versetzt sind. Versetzt man
diese Spulen nicht um 18o°, sondern um go°, so verkleinert sich die Empfindlichkeit,
und es ergibt sich außerdem ein stark gekrümmter Skalenverlauf, der sogar Mehrdeutigkeiten
aufweist (Kurve b in Abb. 4). Es zeigt sich nämlich, .daß bei um c)o° versetzten
Spulen eine gewisse Zeigereinstellung, z. B. Einstellung auf Teilstrich 3o, bei
mehreren W iderstandswerten (R,;-o,5 und R,^2,5) auftritt. Ein derartiger Skalenverlauf
ist natürlich praktisch völlig unbrauchbar.
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Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß die in Abb. 3 dargestellte,
an sich bekannte Quotientenmesserschaltung in Verbindung mit einem Dreheisen-Ouotientenmesser
mit ringförmigem. kreisförmig begrenztem, an einer Stelle unterbrochenem Eisenkern
benutzt wird, wobei die beiden Meßwerkgpulen dieses Dreheisen-Ouotientenmessers
um 1So° gegeneinander versetzt sind. Es ist keineswegs damit getan, eine dieser
beiden Maßnahmen allein anzuwenden, sondern die Kombination derselben ergibt den
oben gekennzeichneten großen technischen
Fortschritt, was aus den
Abb. a und q. hervoi-;@elit. Durch die Möglichkeit, von vornherein ohne irgendwelche
empirische Form-;inderun-en des kreisförmig begrenzten Dreheisens einen sehr angenähert
linearen Skalenverlauf zu erzielen, wird auch bei einer fabrikationsinäßigen Herstellung
derartiger Instruniente eine stets gleichmäßige Skalenteilung gewährleistet.
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Die durch die Erfindung gebrachte Lösung der Aufgabe, ohne Formänderung
des kreisförmig begrenzten Dreheisens einen linearen Skalenverlauf zu erhalten,
bietet die weitere \I("igliclikeit, eine meßtechnisch einwandfreie Einrichtung zur
Messung und Fernübertragutig der Summe, der Differenz oder des arithmetischen Mittels
mehrerer Meßgrößen aufzubauen. Diese Meßeinrichtung ist erfin-(Itttit;s,r.,emäß
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden um rSo° gegeneinander versetzten -Nlellwerkspulen
des Dreheisen-Ouotienteninessers in ebenso viele Teile unterteilt sind, als zu anessende
Größen (Summanden) vorlianden sind, daß die einander entsprechenden Teile beider
Spulen durch eine unmittelbare und eine einen Widerstandsfernsender entlialtende
Leitung verbunden sind und daß die unmittelbaren Verbindungsleitungen und die Schleifbürsten
der Widerstandsfernsender je durch Leitungen verbunden sind, von denen eine die
Stromquelle enthält.
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iti Abb.5 ist als Beispiel eine der Erfindung entsprechende Einrichtung
zur Messung und Registrierung der Summe zweier 1Ießgröl.len, z. B. Durchflußmengen,
dargestellt. Die Spulen S,_ und S_ des Dreheisen-Ouotientenniessers sind hier in
je zwei Teilwicklun-Ireil S,', S," und S.', S." unterteilt, die mit dem Dreheisen
eine gleichmäßige magnetische Verkettung aufweisen. Die beiden Spulen S, und S_
bestehen hier zweckmäßig aus zwei gegeileinander gut isolierten, gleichzeitig miteinander
aufgewickelten Drähten. Die einander entsprechenden Teilwicklungen beider Spulen
bilden in der aus Abb. 5 ersichtlichen Weise mit je einem Widerstandsfernsender
eine Stromverzweigung, und zwar ist den Teilspulen S,', S=' der erste
Fernsender 11', den Teilspulen S;', S_" der zweite Fernsender 1l'" zugeordnet. Die
Hilfswiderstände ry" rv" "N2, rv_ dienen zur Berücksichtigung der Grölienverhältnisse
der beiden Summalldenhöchstwerte.
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Diese Meßeinriclitung beruht darauf, daß die auf das Dreheisen D (Abb.
3) beiderseitig einwirkenden Amperewindungen derSpulenS, und S., dem arithmetischen
Mittel der Amperewindungen der betrettenden Teilspulen entsprechen. Versuchsmengen
haben praktisch bewiesen, daß diese @leßeitiriclitun" finit unterteilten, um rSo°
geg@ .-.emandcr versetzten '#\Ießwerkspulen des nreheisen-Ouotienteninessers die
Stimme, di, '-)ifferenz oder das arithmetische Mittel niehrercr Meßgrößen finit
großer Genauigkeit maßt. wobei die 2vIeßgenauigkeit von Größenunterschieden der
einzelnen Summanden unabhängig ist. Die Meßgenauigkeit eines jeden Sulnmänden ist
- im Gegensatz zu anderen bekannten Summenschaltungen - prozentual die gleiche,
da das Größenverhältnis der einzelnen Summanden nicht durch eine Veränderung der
Fernsenderwiderstände, sondern durch Hilfswiderstände (vgl. r,\", rvl, r*h." rv_
in Abb. 5) berücksichtigt wird. Die Summenschaltung nach Abb. 5 bietet außerdem
noch den Vorteil, daß Widerstandsfernsender normaler Forrn ohne Änderung verwendbar
sind. Dabei ist die Anzeige b7.-%v. Registrierung von den betriebsmäßig auftretenden
Spannungsschwankun -en der -#Ießstroniquelle 1I unabhän(Tig, was sich aus dein '-\lefIprinzip
ohne weiteres ergibt.