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Einrichtung zur Vat : ummessung mittels Wechselstrom.
Zur Messung von Widerstandsänderungen bedient man sich häufig der Brückenschaltung, weil dieselbe grosse Messgenauigkeit erlaubt. Wenn es sich um sehr kleine Widerstandsänderungen handelt, wie z. B. bei Temperaturmessungen mit der Widerstandsbrücke, so führte man diese Messungen möglichst mit Gleichstrom aus, weil man hiemit die grösste Messgenauigkeit erzielen konnte. Wo aber nur Wechselstrom zur Verfügung steht oder aus andern Gründen eine Wechselstrommessung erwünscht ist, musste man mit geringerer Empfindlichkeit rechnen oder Verbesserungen anbringen, die man bei technischen Messungen jedoch nicht brauehen kann.
Durch die Erfindung wird es möglich, bei Verwendung von Wechselstrom für die Speisung der Widerstandsbrücke eine praktisch genügende Genauigkeit an einem wenig empfindlichen Messgerät für Betriebsmessungen zu erzielen, ohne Verbesserungen anbringen zu müssen. Dies ist erwünscht bei technischen Vakuummessungen, wie sie in Grossgleichriehteranlagen erforderlich sind.
Auf solche bezieht sich die Erfindung. Erfindungsgemäss wird als Messgerät ein fremd erregtes Ferrodynamometer verwendet, d. h. ein an sich bekanntes Gerät, das aus einem Wechselstromelektromagneten und einer in eine Unterbrechungsstelle seines Eisenkreises eingefügten Drehspule mit Gegenfeder besteht. Dieses Gerät ist primär an das Wechselstromnetz angeschlossen, während es sekundär, d. h. mit seiner Drehspule, an zwei Diagonalpunkten einer Wheatstonesehen Brücke liegt, welche die der Änderung gemäss dem herrschenden Vakuum unterworfenen Widerstände enthält. Als weiteres Merkmal der Erfindung liegt an den beiden andern Diagonalpunkten der Brücke eine Selbstinduktion oder Kapazität.
Diese bewirkt, dass bei Unsymmetrie der Brücke in die Drehspule ein Strom solcher Phase geschickt wird, der mit dem Primärfeld des Gerätes ein Drehmoment erzeugt.
In der Zeichnung, die drei Ausführungsbeispiele für die Erfindung enthält, ist ein Hitzdrahtvakuummeter von bekanntem Prinzip dargestellt, nach welchem die Veränderlichkeit der Wärmeabgabe eines elektrisch geheizten Drahtes von grossem elektrischen Temperaturkoeffizienten mit den Schwankungen der Luftleere zur Messung und direkten Anzeige d es Vakuums benutzt wird. Darin bedeutet g das Anzeigegerät und m die Widerstandsbrücke, die beispielsweise aus zwei einander gegenüberliegenden, im Vakuum angeordneten Hitzdrähten a und c und zwei dazwischenliegenden Vergleichswiderständen b und d besteht.
Die Erregerspule e von g wird vom Wechselstromnetz t unmittelbar oder über einen Transformator und gegebenenfalls noch über einen nicht gezeichneten Vorschaltwiderstand gespeist, der zwecks Ausgleich der primären Spannungsschwankungen ein Eisendrahtwiderstand in Wasserstoffatmosphäre sein kann. DieDrehspulehvong, die auch (s. z. B. Fig. 5) als Kreuzspule ausgeführt sein kann, ist an zwei gegenüberliegende Ecken A und C des Widerstandsviereekes m angeschlossen ; in ihr wird durch Transformatorwirkung ein zusätzlicher Heizstrom für die Hitzdrähte a und c erzeugt.
Da die Brücke induktionsfrei ist und die Drehspule h ebenfalls praktisch verschwindend kleine Selbstinduktion besitzt, erzeugt dieser Zusatzstrom in dem Wechselfeld der Spule e kein Drehmoment, auch dann nicht, wenn die Zweige a und c der Brüeke ihren Widerstand - durch Wärmeschwankungen infolge Änderungen des Vakuums- ändern.
Schickt man nun gemäss Fig. 1 durch die Brücke einen Strom 1s in der Richtung BD, so heizt dieser einerseits die Widerstände a und c und überlagert sich dem genannten Zusatzstrom, ohne bei abgegliehener Brücke an den Punkten A und C einen Spannungsunterschied hervorzurufen. Sind dagegen die Widerstände der Brücke - infolge Vakuumänderungen bzw. Erwärmung der Zweige a, c -, nicht
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mehr abgeglichen, so sind die Spannungsabfälle in den Zweigen a und e verschieden von jenen in den Zweigen b und d. Infolgedessen flie#t ein zusätzlicher Strom durch die Spule h, g.
Wenn dieser Strom gegen die Netzspannung keine Phasenverschiebung hat, so ist er gegen das von der Spule e erzeugte Feld um 900 verschoben und erzeugt daher kein Drehmoment. Um aber ein solches und damit einen Ausschlag der Spule k gegen die Kraft der Feder i zu erhalten, fügt man in den bei B und D angeschlossenen Hilfsstromkreis eine, gegebenenfalls einstellbare, Drosselspule k ein.
In Fig. 2 ist die Wirkungsweise der Schaltung durch ein Vektordiagramm erläutert. Die Netzspannung E ruft in der Primärspule e einen um fast 90 nacheilenden Magnetisierungsstrom Im hervor,
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Spule A. Gleichzeitig ist die Brücke bei B und D über die Drosselspule k an die Netzspannung E angeschlossen, so dass in der Richtung von B und D ein gegen die Spannung E nacheilend phasenverschobener Heizstrom 18 fliesst. Wenn bei Erwärmung der Brückenzweige a und c die Brücke unsymmetrisch wird, fliesst ein Teil 18 dieses Stromes Is' durch die Spule h und setzt sich hier mit dem Zusatzstrom 11 zu einem Strom 1 zusammen.
Jene Komponente I2 von I, die mit dem Feld dz in Phase ist, erzeugt ein Drehmoment in der Spule h, die soweit ausschlägt, bis das Gegenmoment der Feder i dem Drehmoment von h das Gleichgewicht hält.
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dem Feld (b und dem Strom 12 entspricht. In der Spule h selbst fliesst, wie aus dem Diagramm Fig. 4 hervorgeht, der resultierende Strom I.
Nach Fig. 5 ist die Brücke nur einfach gespeist, u. zw. von der Spule 11 aus, so dass hier zwischen Anzeigegerät und Brücke nur zwei Leitungsdrähte erforderlich sind. Bei abgeglichenen Brückenzweigen fliesst lediglich der Wattstrom 11 von A nach C. Dieser allein heizt hier die Brücke. Entsteht nun durch Vakuumänderung in den Zweigen a und c zwischen den Punkten B und D ein Spannungsuntersehied, so fliesst ein Ausgleichstrom 12'durch die an diesen Punkten angeschlossene Drosselspule o und gibt dem Heizstrom eine induktive Komponente I2. Diese Komponente erzeugt mit dem Feld (P ein Drehmoment in der Spule h. Diese Schaltung wird ebenfalls durch Fig. 4 veranschaulicht.
Statt der Drosselspulen/e in Fig. 1 und o in Fig. 5 könnten auch Kondensatoren verwendet werden, denn ein gegen das Feld (D um 1800 verschobener Strom erzeugt mit ihm das gleiche Drehmoment wie ein Strom, der mit ihm in Phase ist.
Die Stärke des Stromes 12 ist bei allen Ausführungsbeispielen von der Brückenverstimmung und diese wiederum ist von Vakuum abhängig, da die beiden im Vakuum angeordneten Brüekenwiderstände a und c bei zunehmender Verdünnung des wärmeableitenden Gases wärmer werden und ihren Widerstand erhöhen. Das Drehmoment der Spule h aber ist, da das Feld # konstant ist, eine direkte Funktion des Stromes 12 und damit des zu messenden Vakuums.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Vakuummessung mittels Wechselstrom, bei der die vom Vakuum beeinflussten Heizwiderstände mindestens einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke bilden, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei diagonale Eckpunkte der Brücke die Drehspule eines wechselstromgespeisten Ferrodynamometers mit mechanischer Richtkraft angeschlossen ist, während der äussere Stromkreis der andern Brückendiagonale eine Selbstinduktion oder Kapazität enthält.