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Selbsttätig arbeitende Spannungs- oder Stromkompensationseinrichtung
mit praktisch richtkraftlosem Nullinstrument
Zur leistungslosen Messung von Spannungen
und Strömen sind selbstabgleichende Kompensatoren verschiedenster Bauart bekanntgeworden.
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Als Spannungsmesser arbeiten sie meist in Lindeck-Rothe-Schaltung,
bei welcher der zu messenden Spannung eine gleich große Spannung entgegengeschaltet
wird. Die. gegengeschalttete Spannung wird von einem Kompensationsstrom an einem
Widerstand erzeugt, wobei in bekannter Weise der Strom selbsttätig so eingeregelt
wird, daß die gerade benötigte Kompensationsspannung auftritt.
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Eine der bekanntesten Einrichtungen dieser Art ist in Fig. I der
Zeichnung wiedergegeben. Von der Lichtquelle I fällt ein Lichtbündel 2 auf die Fotozelle
3, die aus der Batterie 4 gespeist wird. Bei Belichtung der Zelle 3 tritt am Widerstand
5 eine Spannung auf, die der Verstärkerröhre 6 als Gitterspannung zugeführt wird
und welche dadurch den Anodenstrom der Röhre steuert. Das Rohr 6 wird aus der Anodenbatterie
7 gespeist. Der von der Gitterspannung gesteuerte Anodenstrom verstellt dann beispielsweise
einen registrierenden Strommesser 8, ein Relais, eine Auslaßdrossel oder irgendwelche
andere Geräte. Wird z. B. die Meßenergie von einem Thermoelement Io geliefert, dessen
Spannung gemessen werden soll, so wird dessen Spannung über das Galvanometer II
der vom Anodenstrom im Widerstand 9 erzeugten Spannung entgegengeschaltet. Die vom
richtkraftlosen Galvanometer II betätigte Blende 12 wird dann so
lange
verstellt, bis das Galvanometer II stromlos ist, d. h die Spannung am Widerstand
g gleich der Spannung des Thermoelementes Io ist. Der Anodenstrom ist dann ein Maß
für die Spannung des Thermoelementes und kann z. B. durch einen Strommesser 8, der
unmittelbar in mV geeicht ist, gemessen werden.
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Der Kompensator stellt ein Zusatzgerät zwischen Meßobjekt und Anzeige-
oder Schreibgerät dar.
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Seine Aufgabe ist es, durch leistungslose Messung die Meßgenauigkeit
zu erhöhen wie auch den Anschluß von Meßwerken mit größerem Leistungsverbrauch,
die das Meßobjekt zu stark belasten würden, zu ermöglichen.
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Neben den selbstabgleichenden Kompensatoren, die mit Fotozellen arbeiten,
sind noch zahlreiche, nach anderen Prinzipien arbeitende, selbstabgleichende Kompensatoren
bekanntgeworden. Als Beispiele seien genannt: Die Bolometerbrücke, das induktive
System, das Audionsystem, bei welchem durch eine Zeigerfahne der Rückkopplungsgrad
eines Audions und damit sein Anodenstrom geändert wird, weiter pneumatisch arbeitende
Systeme usw.
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Wie Fig. 2 zeigt, wird die Kompensationseinrichtung I6 zwischen das
Meßobjekt 10 (z. B. Thermoelement) und die Anzeige- oder Schreibgeräte 8 geschaltet.
Die Teile der Kompensationseinrichtung sind dabei in der Regel in ein völlig geschlossenes
Gehäuse eingebaut. Es ist schwer, sich von außen ein Bild über das richtige Arbeiten
eines solchen Kompensators zu machen, was besonders dann nptwendig ist, wenn eine
Störung eintritt. Nicht ersichilich ist auch, ob einer der dem Verschleiß unterworfenen
Teile, wie z. B. Glühlampe, Fotozelle, Verstärkerröhre usw., nicht schon am Ende
ihrer Lebendauer sind.
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Bekanntgeworden ist ein Meß-, Anzeige- und Registriergerät, das unter
anderem ein Spannbandgalvanometer aufweist. DiesesGalvanometer besitzt eine Skala,
die ihren Nullpunkt in der Mitte hat.
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Während des Betriebes bewegt sich der Zeiger über den gesamten Bereich
der gleichmäßig eingeteilten Skala. Die Stellung des Galvanometerzeigers wird periodisch
durch eine treppenförmige Schablone abgetastet, die eine Kompensationsvorrichtung
aussteuert. Der Ausschlag des Galvanometerzeigers bestimmt den Grad der Aussteuerung
des Kompensators. Folglich kann die Zeigerstellung kein Kriterium für die ungestörte
Funktion des Kompensators sein. Beim Stromloswerden des Galvanometers stellt sich
der Zeiger auf den Nullpunkt ein, ohne daß man diese Störung erkennen kann. Der
Zeiger kann nämlich auch dann längere Zeit auf dem Nullpunkt stehenbleiben, wenn
sich die Meßgröße nicht verändert.
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Es ist ferner eine selbstabgleichende Brückenschaltung bekanntgeworden,
deren Instrument richtkraftlos ist oder eine geringe Richtkraft hat.
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Zur Rückstellung des Zeigers beim Ausbleiben der Spannung ist ein
von der Betriebsstromquelle aufgeladener Kondensator vorgesehen. Mit dieser Anordnung
wird lediglich der Spannungsausfall angezeigt, der jedoch nur einen von vielen möglichen
Fehlern darstellt.
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Die Erfindung betrifft eine selbsttätig arbeitende Spannungs- oder
Stromkompensationseinrichtung nach demLindeck-Rothe-Verfahren mit einem Nullinstrument
mit einer gegenüber den Meßclrehmomenten geringen Richtkraft. Gemäß der Erfindung
trägt der sich bei der Nompensation selbsttätig verstellende Teil einen von außen
sichtbaren Kontrollzeiger, der sich über einer den schmalen Betriebsbereich und
Fehlerbereich aufweisenden Anzeigefläche bewegt.
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Das Prinzip der Erfindung wird am Beispiel des Fotozellenkompensators
gemäß Fig. 1 erläutert.
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Zum Zweck der Anzeige trägt die am Galvanometer 11 befestigte Fahne
I2 eine in einen Zeiger auslaufende Verlängerung. Dieser Koiitrollzeiger spielt,
wie es Fig. 3 zeigt, vor einer Betriebsmarke I5 ein. Das Galvanometer hat nur eine
ganz geringe Richtkraft. Durch Wahl der Lichtstärke der Glühlampe I, der Empfindlichkeit
der Fotozelle 3 und der Verstärkung der Röhre 6 ist es jedoch möglich, den Anodenstrom
der Röhre schon mit sehr kleinen Verstellungen derZeigerfahne, z. B. mit solcher
von + 0,5 mm, auszusteuern, so daß praktisch im ganzen Arbeitsbereich des Kompensators
der Zeiger den Bereich der dick ausgezogenen Marke 15 nicht verläßt.
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Wenn das Galvanometer durch einen Fehler stromlos wird, wird es durch
die geringe Richtkraft ausgelenkt, so daß der Zeiger von der Marke abweicht und
den. Störungszustand anzeigt. Der durch diese Richtkraft entstehende geringe Fehler
läßt sich zum größten Teil durch Eineichen beseitigen. Wenn dagegen die Netzspannung
ausfällt und am Meßelement eine geringe Spannung vorhanden ist, erhält das Galvanometer
einen solchen Strom, daß der Zeiger in die eine oder andere Endlage auswandert.
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Ist durch die im vorhergehenden angegebene Auslegung der Kompensationseinrichtung
dafür gesorgt, daß die betriebsmäßigen Zeigerbewegungen so klein sind, daß der Zeiger
dabei nicht die breit ausgeftihrte Kontrollmarke 14 verläßt, so werden durch die
Zeigerausschläge, die über den betriebsmäßigen Zeigerausschlag hinausgehen, d. h.
wenn der Zeiger die Kontrollmarke verläßt, vorhandene Störungen anzeigt. Brennt
z. B. die Glühlampe durch, so erhält die Verstärkerröhre keine ausreichend hohe
negative Gittervorspannung. Der Anodenstrom wächst stark an, die Spannung am Kompensationswiderstand
überwiegt die Meßlspannung, der Kontrollzeiger geht bis zu einem, z. B. dem linken
Anschlag. Ein Nachlassen der Empfindlichkeit der Fotozelle ist ebenfalls an einem
starken Abweichen des Kontrollzeigers nach links von der Kontrollmarke zu erkennen.
Nimmt die Emission der Verstärkerröhre so weit ab, daß der zur Kompensation benötigte
Strom nicht mehr erreicht wird, so überwiegt die Meßspannung, der Kontrollzeiger
stellt sich rechts von der Kontrollmarke Dieselbe Einstellung erfolgt beim Ausbleiben
der Netzspannung. Liegt eine Unterbrechung im Meßkreis vor, so wird das Galvanometer
stromlos.
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Durch die oben beschriebene künstliche Vorspannung des Systems stellt
sich der Zeiger auch in diesem Fall neben die Betriebsmarke. Alle die oben beschriebenen
Störungen werden also durch eine Abweichung zwischen Kontrollzeiger und Betriebsmarke
angezeigt. Ein einziger Blick genügt, um zu sehen, ob der Kompensator richtig arbeitet.
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Läßt die Empfindlichkeit der Verstärkerröhre der Glühlampe oder der
Fotozelle nach, so ist, um wieder auf den benötigten Kompensationsstrom zu kommen,
jetzt ein vergrößerter Weg der Fahne 12 erforderlich. Bei stärkerem Nachlassen der
Röhrenemission wird schließllich der benötigte Fahnenweg so groß, daß der Zeiger
die Marke 14 verläßt und dadurch anzeigt, daß die Röhre verbraucht ist und erneuert
werden muß. Erst durch diesen Kontrollzeiger wird der Kompensator zu einem Betriebsmeßgerät,
weil sein richtiges Arbeiten jederzeit erkennbar ist und man nicht erst dann, wenn
schon wertvolles Gut verdorben ist, feststellen muß, daß eine Störung am Kompensator
vorlag, der die Temperaturanzeige fälschte.
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Im vorhergehenden wurde als Ausfürungsbeispiel ein Fotozellenkonipensator
beschrieben.
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Das Prinzip des Kontrollzeigers mit Betriebsmarke und künstlicher
Vorspannung läßt sich aber grundsätzlich bei allen selbstabgleichenden Kompensatoren
verwenden. Statt eines körperlichen Zeigers kann auch ein Lichtzeiger verwendet
werden.