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Einrichtung zur elektrischen Fernanzeige, Fernaufzeiehnung oder bzw. und zur Fernzählung von
Messwerten mit induktivem Wechselstromgeber.
Die bekannten Einrichtungen zur elektrischen Fernmessung und Fernzählung von Messwerten mit induktivem Weehselstromgeber arbeiten in der Weise, dass die von einem magnetischen Wechselfeld in einer in diesem Feld angeordneten Drehspule induzierte Wechselspannung, die proportional der Messgrösse ist, entweder mit einem Aussehlaginstrument, z. B. einem Drehspulgalvanometer mit vorgeschaltetem mechanischem Gleichrichter, oder mit einer auf einem Kompensationsveriahren beruhenden Anordnung, z. B. einem selbsttätig schreibenden Potentiometer, gemessen und zur Anzeige, Aufzeichnung oder Zählung benutzt wird. Bei solchen Einrichtungen kommt es vor allem darauf an, dass die Einstellung des Geberinstrumentes, z.
B. eines elektrischen Messgerätes, Manometers oder einer Ringwaage, durch die mit seinem beweglichen Organ mechanisch gekuppelte Drehspule des induktiven Wechselstromgebers möglichst wenig beeinflusst wird, dass also auf dieses Geberinstrument keine störende Rückwirkung stattfindet.
Während bei denjenigen Anordnungen, bei denen die in der Drehspule induzierte EMK durch Kompensation gemessen wird, bei denen somit die Drehspule bei abgeglichener Anordnung vollständig stromlos ist, eine derartige Rückwirkung überhaupt nicht auftreten kann, ist bei allen bisher bekannten Einrichtungen, bei denen in der Drehspule ein von der Messgrösse abhängiger Wechselstrom fliesst, eine mehr oder weniger grosse Rückwirkung vorhanden, welche die Anwendungsmöglichkeit dieser Enrichtungen sehr beschränkt hat. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Drehspule, z. B. zwecks Speisung eines spannungsunabhängigen Induktionszählers zur Fernzählung von Durchflussmengen, eine verhältnismässig grosse Energie entnommen werden muss.
Aber auch bei sehr geringer Energieentnahme aus der Drehspule können unangenehme Rückwirkungserscheinungen auftreten, wenn das Drehmoment des die Drehspule steuernden Geberinstrumentes klein ist und z. B. nur etwa 0'1-1 gctn beträgt.
Die Erfindung ermöglicht nun, auch in denjenigen Fällen, in denen der Drehspule des induktiven Wechselstromgebers eine verhältnismässig grosse Energie entnommen werden muss, die erwähnte Rückwirkungerscheinung auf das diese Drehspule steuernde Geberinstrument grundsätzlich zu vermeiden und die an sich bekannten, mit induktivem Wechselstromgeber arbeitenden Fernmess- und Fernzähleinrichtungen auch in Verbindung mit solchen Geberinstrumenten anzuwenden, die nur ein kleines Drehmoment von etwa 0'1 bis 1 gem entwickeln.
Dieser für viele Gebiete der Messtechnik bedeutsame Fortschritt wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der an die Drehspule des induktiven Wechselstromgebers angeschlossen Stromkreis (Messkreis) durch besondere Bemessung der in ihm enthaltenen ohmschen, induktiven und kapazitiven Widerstände so abgeglichen ist, dass die Phasenverschiebung zwischen dem im
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fliessenden Induktionsstrom 90"beträgt. Dadurch wird erreicht, dass die Drehspule, auch wenn sie von einem verhältnismässig starken, zur Fernmessung oder Fernzählung dienenden Strome durchflossen wird, mit dem Feld im Luftspalt überhaupt kein Drehmoment erzeugen kann, das die Einstellung des die Spule steuernden Geberinstrumentes störend beeinflussen könnte.
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Wenn, wie dies bei den bisher bekannten Einrichtungen mit induktivem Weehselstromgeber der Fall ist, der an die Drehspule angeschlossene Messkreis induktiv ausgebildet ist, so sucht sich die Drehspule bekanntlich immer in ihre Mittellage (Symmetriestellung) einzustellen, d. h. in diejenige Lage. in welcher ihre Achse (im physikalischen Sinne) senkrecht steht auf der resultierenden Richtung des die Drehspule durchsetzenden magnetischen Flusses. Die Drehspule übt dann auf das bewegliche Organ des Geberinstrumentes ein Drehmoment aus, sobald sie aus ihrer oben definierten Mittellage abgelenkt wird, u. zw. ist dieses störende Drehmoment proportional dem jeweiligen Ablenkungswinkel der Drehspule aus ihrer Mittellage.
Es empfiehlt sieh, im Sinne der Erfindung in den an die Drehspule des induktiven Wechselstromgebers angeschlossenen Messkreis einen Kondensator in besonderer Weise einzuschalten, dessen Kapazität so bemessen ist, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Feld im Luftspalt und dem in der Drehspule fliessenden Induktionsstrom 900 beträgt. Die Drehspule entwickelt dann in ihrem ganzen Drehbereich (Messbereich) grundsäztlich kein eigenes Drehmoment, so dass die Einstellung des Geberinstrumentes im ganzen Messbereich überhaupt nicht beeinflusst werden kann.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist die Anwendung der Erfindung an Hand zweier Ausführungbeispiele erläutert.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung handelt es sich um die Aufgabe, mit Hilfe eines induktiven Wechselstromgebers einen der jeweiligen Zeigereinstellung des Geberinstrumentes M entsprechenden Gleichstrom Je zou erzeugen, der über zwei Fernleitungen F auf drei Anzeige-, Schreib-und Zählgeräte A, S und Z übertragen wird, die beispielsweise hintereinander geschaltet sind. Mittels der bekannten, aus Drosselspule Lu (, Kondensator Cl, und Transformator TK bestehenden Spannungskonstanthaltungsvorrichtung K wird aus der z.
B. um etwa ¯ 10-20% schweankenden Netzspannung U eine
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Vorwiderstand RG nebst Parallelkondensator Ce der Erregerwicklung eines Schwingkontaktgleich- riehters G zugeführt wird, dessen Sehwingkontakt mit den Fernleitungen F, dem Justierwiderstand Ri- und den Messgeräten A, S und Z in Reihe geschaltet ist. Die Grösse von RG und Ce, wird so bemessen, dass die Schaltzeit des Gleichrichters G mit dem Nulldurchgang des Stromes JF genau zusammenfällt, so dass an A, S und Z maximale Wirkung auftritt.
Der in der den feststehenden inneren Eisenkern E2 umsehliessenden Drehspule W2 induzierte Wechselstrom J, der dem Ablenkungswinkel #035 der Drehspule aus ihrer Mittellage verhältnisgleich ist, weil der Luftspalt zwischen Ei und E ; ; homogen ist, wird über Vorwiderstand R nebst ParallelkondensatorC dem Widerstand RN zugeführt, an dessen Klemmen die dem Induktionsstrom J proportionale und somit dem Winkel or. verhältnisgleiche Wechselspannung UF auftritt. Diese Wechselspannung erzeugt durch die Wirkung des Schwingkontaktgleichrichters G den ihr proportionalen, auf die Empfängerinstrumente A, S und Z wirkenden Gleichstrom JF.
Ist I = 0, so ist auch J F = 0, und die Drehspulinstrumente A, S zeigen auf den in ihrer Skalenmitte liegenden Nullpunkt, während der GleichstromAmperestundenzähler Z stillsteht. Bei x = 45 hat JF seinen positiven bzw. negativen Höchstwert, und die Instrumente A, S reagieren hierauf mit positivem bzw. negativem Maximalausschlag, während der Zähler Z nach rechts oder links mit maximaler Drehzahl läuft. Eine derartige Einrichtung eignet sich beispielsweise für Leistungsmessungen mit wechselndem Vorzeichen der übertragenen Leistungsgrössen (Abgabe und Bezug), wenn das Geberinstrument durch ein Wattmeter mit in der Skalenmitte liegendem Nullpunkt gebildet wird.
Gemäss der Erfindung ist nun der im Messkreis der Drehspule W2 liegende Kondensator C vorgesehen, dessen Kapazität so bemessen ist, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Feld im Luftspalt und dem die Drehspule durchfliessenden Induktionsstrom J möglichst genau 90Q beträgt. Bezeichnet Ltrdie Induktivität der Drehspule, so ist die Bedingung der 90 -Phasenverschiebung zwischen Luftspaltfeld und Induktionsstrom J erfüllt, wenn . C= ; r gemacht wird. In diesem Falle kann die Drehspule W2 überhaupt kein eigenes Drehmoment entwickeln und infolgedessen auf die Einstellung des Geberinstrumentes M, z. B. einem Wattmeter, keine störende Rückwirkung ausüben.
Die zur Erfüllung dieser Bedingung erforderliche Grösse von R und C kann bei der neuen Einrichtung in einfachster Weise dadurch experimentell ermittelt werden, dass man die Drehspule zunächst durch Abtrennen des Messkreises R, G, RN vollkommen stromlos macht und das Geberinstrument M auf seinen (positiven oder negativen) Maximalausschlag bringt (Maximum des Winkels or.), der genau abgelesen wird. Hierauf wird der Messkreis R, C, mit der Drehspule 1 verbunden, und es werden dann
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von M ist dann unabhängig davon, ob W2 offen (Drehspule stromlos) oder an den Messkreis R, G, Rs angeschlossen ist (Drehspule vom Induktionsstrom J durchflossen).
Wenn auch bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung der in der Drehspule W2 fliessende Induktionsstrom J im allgemeinen nur sehr klein zu sein braucht, um eine ausreichende Empfindlichkeit der Messung zu erzielen, so bringt die Anwendung der Erfindung doch aus dem Grunde einen besonderen Vorteil,
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weil das vom Geberinstrument M (z. B. Wattmeter) entwickelte Drehmoment an sich schon sehr klein ist und jedenfalls ein zusätzliches, durch die Drehspule W2 hervorgerufenes Drehmoment nicht vertragen könnte.
Fig. 2 zeigt als zweites Beispiel eine Einrichtung zur elektrischen Fernzählung von Durchflussmengen bei wechselnder Strömungsrichtung (Vorwärts- und Rückwärtsströmung). An der Wechsel-
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gebildet. Die Drehachse der Ringwaage ist mit der Drehachse der den feststehenden inneren Eisenkern E2 umschliessenden Drehspule W2 mechanisch gekuppelt, so dass der in Fig. 2 dargestellte Ablen-
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strom J gleich Null (d. h. #2 = 0), und die Zählerscheibe steht still. Bei #035 = ¯ 45 (Höchstwert der Vorwärts- bzw. Rückwärtsströmung) hat J seinen positiven bzw. negativen Höchstwert, und die Zählerseheibe läuft dann nach rechts oder links mit maximaler Drehzahl.
Der der Drehspule W2 entnommene Induktionsstrom J muss aber verhältnismässig stark sein, um eine genügend hohe Scheibendrehzahl und insbesondere ein ausreichend grosses Drehmoment des Zählers zu erreichen. Hiedurch kann, insbesondere bei kleinen Messbereichen der Ringwaage, eine beträchtliche Rückwirkung der Drehspule auf die Ringwaage auftreten, wodurch die Messergebnisse ganz erheblich gefälscht werden können.
Die Erfindung bietet nun die wertvolle Möglichkeit, durch Einschalten eines Kondensators C
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instrument Mi auch dann zu vermeiden, wenn, wie bei der Fernzähleinrichtung nach Fig. 2, der Drehspule ein verhältnismässig starker Strom entnommen werden muss.
Auch bei dieser Einrichtung wird die Kapazität C so bemessen, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Feld im Luftspalt und dem in der Drehspule fliessenden Induktionsstrom J möglichst genau 900 beträgt. Bezeichnet Lw die Induktivität der Drehspule W2 und Ls die Induktivität der Stromwicklung S'a, so ist diese Bedingung der 90 -Phasenversehiebung zwischen Luftspaltfeld und
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spule W2 überhaupt kein eigenes Drehmoment entwickeln und infolgedessen auf die Einstellung des Geberinstrumentes Mi keine störende Rückwirkung ausüben, u. zw. auch dann nicht, wenn der Drehspule ein verhältnismässig starker Strom entnommen wird.
Die Erfüllung der durch den obigen Formelausdruck gegebenen Grundbedingung kann in der bereits oben beschriebenen Weise auf experimentellem Wege erfolgen, indem die Grösse der Kapazität C so lange abgeglichen wird, bis das Geberinstrument Mi beim An- und Abschalten des Messkreises RV, F2, C, S2 den gleichen Ausschlag zeigt, d. h. bis überhaupt keine Rückwirkung mehr vorhanden ist. Es empfiehlt sich daher, die Schaltungsteile C bei Fig. 2 ebenso wie Rund C gemäss Fig. 1 regelbar auszubilden, um im Bedarfsfalle auch eine Nachjustierung in bequemer Weise vornehmen zu können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur elektrischen Fernanzeige, Fernaufzeichnung oder bzw. und zur Fernzählung von Messwerten mit induktivem Weehselstromgeber, dadurch gekennzeichnet, dass die ohmschen, induktiven und kapazitiven Widerstände in dem an die Drehspule (W2) des induktiven Wechselstromgebers
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900 beträgt.