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Wechselstromkompensations- oder Briickensehaltung.
Die Erfindung bezieht sich auf Weehselstromkompensations- oder BrÜekensehaltunpn, ins- besondere auf solche, die zum Messen komplexer Wechselstromgrossen dienen. Bei diesen Schaltungen sind zwei Abgleichrichtungen (entsprechend der reellen und imaginären Komponente) vorhanden, denen auch zwei diesen Richtungen zugeordnete Abgleiehmittel entsprechen. Diese Abgleiehmittel wurden bisher stets von Hand eingestellt. Diese Art der Messung ist aber verhältnismässig umständlich,
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bedarf.
Infolgedessen hat sich die Anwendung der Schaltungen bisher im wesentlichen auf Laboratorien beschränkt, insbesondere da bei den bisher für komplexe Kompensationsschaltungen verwendeten Elementen die selbsttätig arbeitende Schaltung sehr umständlich und empfindlich hätte gestaltet werden müssen.
Man hat vorgeschlagen, diese Schaltungen in der Handhabung zu vereinfachen und für betriebsmässige Messungen brauchbar zu machen durch derartige Bemessung der einzelnen Brückenelemente, dass man im Nullzweig der Brücke ein unmittelbar anzeigendes Ausschlagmessgerät anwenden kann.
Gegen diese Methode wird der Einwand erhoben, dass sie den wesentlichen Vorteil der BrÜckenschaltung, nämlich den vollständigen Abgleieh, aufgebe. Darin braucht ein Nachteil noch nicht gesehen zu werden.
Zweifellos muss aber bei der zuletzt erläuterten Methode ein verhältnismässig empfindliches Ausschlagmessgerät in der Messdiagonale angeordnet sein, so dass man ein solches Gerät im Betriebe immer noch mit besonderer Vorsieht behandeln muss. Abgesehen davon kann mit Hilfe der Ausschlagmethode unmittelbar auch nur ein einziger Wert gemessen werden. Sollen daneben auch noch andere Werte bestimmt werden, so bedarf es wieder besonderer Massnahmen, die an die Bedienung für ein Betriebsmessgerät unerwünschte Anforderungen stellen.
Ein von anderer Seite vorgeschlagenes Verfahren zur Schaffung eines komplexen Wechselstromkompensators mit direktem Zeigerausschlag besteht in der Verwendung von zwei Induktiondynamometern, deren Drehspuleinstellung so erfolgt, dass die zu messende Wechselspannung kompensiert wird. Dieses Verfahren ist aber nur in besonderen Fällen anwendbar und kann z. B. bei den üblichen Messungen in Verbindung mit üblichen Kompensations- oder Brückenschaltungen, bei denen die Ab- gleiehmittel aus stetig regelbaren Widerständen, Kapazitäten oder Induktivitäten bestehen, nicht benutzt werden. Gerade in diesem Zusammenhang aber ist heute die Verwendung eines komplexen Kompensators besonders erwünscht.
Aufgabe der Erfindung war es, die obengenannten Wechselstrommesssehaltungen mit Hilfe einfacher und betriebssicherer Elemente so auszugestalten, dass sie zu zuverlässigen und robusten Betriebsmessanordnungen werden, insbesondere einen sich selbsttätig abgleichenden Kompensator zu schaffen, der ohne weiteres auch von nicht geschultem Personal. z. B. in der Werkstatt, benutzt werden kann.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, dass als Nullinstrument ein gleichzeitig als Umkehrmotor wirkendes wattmetrisches Messgerät benutzt wird, das unter Vorsehaltung eines Verstärkers mit dem Nullzweig der Brücke verbunden ist. Mit Hilfe eines solchen Gerätes kann die Schaltung selbsttätig abgeglichen werden. so dass der idealen Forderung nach vollkommenem Abgleich der Brücke Genüge geleistet wird. ohne dass es dazu einer Mithilfe der menschlichen Hand bedarf.
Infolge der Verwendung eines Verstärkers, der an sich, wie sich aus der Radiopraxis ergeben hat, ein
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robustes Betriebselement bildet, kann ein robustes wattmetrisches Messgerät Anwendung finden, so dass auf empfindliche Messinstrumente überhaupt verzichtet werden kann. Der abzulesende oder aufzuzeichnende Wert schliesslich wird wiedergegeben durch die Stellung desjenigen Organes, vorzugsweise eines Gleitkontaktes, das zum Abgleieh der Brücke dient. Dieses Organ kann wahlweise einen auf einer Skala spielenden Zeiger oder auch einen Schreibstift tragen.
Von besonderer Bedeutung für die praktische Durchführung der Erfindung ist, dass geeignete wattmetrische Messgeräte nicht erst geschaffen zu werden brauchen, sondern als wattmetrische Zähler in bewährten Konstruktionen zu billigen Preisen zur Verfügung stehen. Besonders zweckmässig ist
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man die Einstellzeit entsprechend bemisst. Weiterhin haben sie den Vorteil, dass das Drehmoment bei Annäherung an den Nullwert ständig abnimmt, so dass Pendelungen auch bei kurzen Einstellzeiten noch leicht vermieden werden können. Schliesslich kann man in besonderen Fällen die ohnedies vorhandene Dämpfung noch zum Unterdrücken von Pendelungen benutzen.
Handelt es sich um einen komplexen Wechselstromkompensator, so wird den beiden Abgleiehrichtungen, die der rellen und imaginären Komponente entsprechen, je ein fremderregtes gleichzeitig als phasenabhängiger Nullindikator und Umkehrmotor wirkendes Induktionszählermesswerk zugeordnet, das zur Beeinflussung der als Abgleichmittel verwendeten stetig regelbaren Widerstände, Kapazitäten oder Induktivitäten dient.
Da bei konvergenzgerechter Phaseneinstellung der die beiden Richtvektoren darstellenden Erregerfelder der Induktionszählermesswerke ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Drehrichtung des Ankers und der zum konvergenten Abgleieh notwendigen Abgleichrichtung vorhanden ist, so erfolgt die Beeinflussung der Abgleichmittel stets im Sinne der angestrebten Kompensationseinstellung. Die Zähler können somit in fester Schaltung mit der Kompensationsanordnung verbunden sein, so dass Schaltkontakte vollständig entbehrlich werden.
Zwecks Erzielung einer ausreichend hohen Messempfindlichkeit werden die beiden Zählermesswerke über einen zweckmässig gemeinsamen Röhrenverstärker mit dem Nullzweig der Kompensationsoder Brückenschaltung verbunden. Die von dem Zähleranker gesteuerten Glieder der Abgleichmittel, z. B. Schleifkontakte, sind mit den Zeigern von Anzeigeinstrumenten oder mit SChreibvorrichtungen von Tintenschreibern mechanisch gekuppelt, so dass eine fortlaufende Anzeige oder Aufzeichnung der Messwerte ermöglicht ist.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Dabei ist Fig. 1 ein Schaltschema eines selbsttätigen komplexen Kompensators zum Messen der beiden Komponenten, einer beliebigen Wechselspannung und Fig. 2 das zugehörige Vektordiagramm.
Die Fig. 3 und 4 zeigen in zwei Ausführungsbeispielen die Anwendung der Erfindung zur Bestimmung des Verlustwinkels und der Kapazität von Kondensatoren od. dgl.
In Fig. 1 ist mit M das Messobjekt bezeichnet. Ux ist die zu bestimmende Messspannung. Ph ist ein Phasenschieber. R1 und R2 sind zwei Sehleifdrahtwiderstände, Al und J die Anker zweier Zähler. 8'1 und S'2 sind die Spannungswieklungen und 8"1 und 8"2 sind die Stromwicklungen der Zähler. Mit V ist ein Verstärker mit der Eingangsspannung U bezeichnet, R und Rc sind feste Ohmsche Widerstände. C ist eine Kapazität. T ist ein Transformator und Kl und jE's sind Kontaktarme, die
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den Wechselspannung Ux dienen zwei auf den Schleifdrähten R1 bzw. R2 abgegriffene um 90 gegeneinander phasenverschobene Vergleiehsspannungen UNI und UN.
Da jssi an den induktions-und kapazitätsfreien Ohmschen Widerstand R angeschlossen und R2 mit einem Vorwiderstand Re nebst Parallelkondensator C in den Sekundärkreis der Induktivität T1 eingefügt ist, haben die in Ri und R2 fliessenden Ströme, die mit JR1 und JR2 bezeichnet werden sollen, eine Phasenverschiebung von 90
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hintereinander geschaltet und über den wechselstromgespeisten Röhrenverstärker V mit dem zweckmässig geerdeten Kompensationskreis verbunden sind, so dass sie von einem der Eingangsspannung U des Verstärkers V proportionalen Ausgangsstrom durchflossen werden.
In der Fig. 2 ist zum besseren Verständnis das Vektordiagramm der im Nullzweig wirksamen Kompensationsspannungen und der in den beiden Zählermesswerken auftretenden Triebflüsse ('1, #"1, #'2 und #"2 dargestellt, wobei die Flüsse zu denjenigen Kreisen gehören, die von den mit dem gleichen Index versehenen Wicklungen S umgeben sind. Wenn die Messanordnung noch nicht abge- glichen ist, liegt am Verstärker V die Eingangsspannung U, die durch die geometrische Differenz der
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Hieraus folgt, dass Di der reellen Komponente U1 und D2 der imaginären Komponente U3 in bezug auf Grösse und Richtung entspricht.
Die Drehrichtungen der beiden Ankerscheiben A1, A2 werden
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jeweiligen Abweichung vom Kompensationszustand, proportional. Je näher jKi bzw. K, an die Kompensationseinstellung herankommt, desto langsamer läuft ii bzw. A2, ein Überschwingen oder ein Pendeln der mit K1 und K2 gekuppelten Anzeige- oder Schreibvorrichtungen ist daher ausgeschlossen. Die Anordnung kann so bemessen werden. dass die Einstellzeit dieser Vorrichtungen nur etwa 2 see beträgt.
Der Erfindungsgegenstand kann überall dort verwendet werden, wo eine Kompensation komplexer Wechselstromgrössen zweckmässig angewendet wird. So kann man z. B. den Kompensator in Brüekenschaltungen verwenden, indem man, statt die Brücke abzugleichen, die an der Messdiagonale der Brücke liegende Spannung bzw. den über die Messdiagonale fliessenden Ausgleichstrom kompensiert.
Die Anordnung gemäss der Erfindung kann z. B. zum Messen des Wirk-und Blindwiderstandes von Spulenanordnungen od. dgl. verwendet werden. Von besonderer Bedeutung ist aber die Anwendung für die Prüfung von kondensatorartigen Messobjekten zur vollautomatischen Aufzeichnung der Kapazität und des Verlustfaktors von Kondensatoren, Kabeln, Hochspannungsgeräten u. dgl. durch schreibende Messgeräte mit Tintenschrift und grosser Einstellgeschwindigkeit.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele dieser Art schematisch dargestellt. In beiden Figuren ist mit TA ein Hochspannungstransformator bezeichnet, der die Speisespannung Uh für die Brücke liefert. Zur Einstellung einer gewünschten Brückenspeisespannung kann ein zwischen das Netz und den Transformator geschalteter Regeltransformator benutzt werden. Es kann aber auch der Transformator Th als Regeltransformator ausgebildet sein. Cx ist die zu messende Kapazität
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sind Schleifdrähte, auf denen Gleitkontakte jK'i und Ks verstellbar angeordnet sind. Die Drähte D1 und D2 sind kreisförmig gestaltet, so dass die Kontakte K'1 und K'2 durch eine Drehbewegung verstellt werden können.
Die Drehbewegung wird auf sie übertragen mit Hilfe von schematisch dargestellten Sehneckenantrieben von zwei Wechselstrominduktionszählern Mi und M2. Die Wicklungen der Span- nungseisen beider Zähler sind über einen Phasenschieber Ph'an das Netz angeschlossen. Dabei ist die Verbindung der Wicklungen mit dem Phasenschieber so gewählt, dass die Spannungen beider Wiek- lungen um 900 gegeneinander in der Phase verschoben sind. Mit V' ist ein Verstärker bezeichnet. In den Ausgangskreis des Verstärkers sind in Reihe die beiden Stromwicklungen der Zähler MI und M2 geschaltet.
Neben den oben angegebenen Teilen enthält die Anordnung gemäss Fig. 4 noch einen Spannungswandler Tn, der in bekannter Weise ermöglicht, den einen Teil der Brückenschaltung mit niederer Spannung Un zu betreiben, so dass eine billige Normalkapazität und niedrige Ohmsche Widerstände verwendet werden können.
Die Wirkungsweise beider Schaltungen ergibt sieh aus folgender Überlegung :
Die Kondensatoren Cx,Cn und die Ohmsehen Widerstände R3 einerseits und R4, R5 anderseits, bilden die bekannte Kondensatormessbrücke. Der veränderliche Ohmsche Widerstand Dus liegt in Reihe mit der Normalkapazität Cm. Seine Grösse bildet demnach bei abgeglichener Brücke ein Mass für den Verlustwinkel des zu prüfenden ondensators Cx unter der Voraussetzung, dass der Normalkondensator Cn
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verlustfrei ist.
Der veränderliche Widerstand Di liegt parallel zu dem BrÜekenwiderstand R4'Er kann demnach zum Abgleichen der Brücke bei der Kapazitätsmessung benutzt werden, so dass seine Grösse ein Mass für die Abweichung des Kapazitätswertes des zu prüfenden Kondensators von dem Wert der Normalkapazität bildet. Der Widerstand Rider in Reihe mit dem veränderlichen Widerstand Da gezeichnet ist, hat lediglich den Zweck, die Empfindlichkeit der Anzeige zu erhöhen, wenn nämlich die Abweichungen der Kapazitätswerte von einem vorgeschriebenen Normalwert sieh innerhalb sehr enger Grenzen halten und mit grosser Genauigkeit festgestellt werden sollen.
Durch Einstellung des Phasenschiebers Ph'kann erreicht werden, dass der Zähler Mi auf die Blindkomponente des in der Messdiagonale fliessenden Ausgleichstromes, der Zähler M2 dagegen auf die Wirkkomponente des Ausgleichstromes anspricht. Die richtige Einstellung ist in einfacher Weise daran zu erkennen, dass bei abgeglichener Brücke und richtiger Stellung des Phasenschiebers der Zähler Mi nicht ansprechen darf bei einer Änderung des Widerstandes D2 und dass umgekehrt der Zähler M2 nicht ansprechen darf bei einer Änderung des Widerstandes Di.
Auf Grund der obenstehenden Überlegungen dürfte ohne weiteres klar sein, dass man den Weg des Kontaktes X'i auf dem Widerstandsdraht Di nach Werten von A C, d. h. nach Abweichungen der zu messenden Kapazität von der Normalkapazität und den Weg des Kontaktes auf dem Wider-
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entweder eine Ableseskala vorgesehen sein oder man kann die Bewegung des Kontaktes unmittelbar auf einen Schreibstift übertragen und so von der Beobachtung des das Gerät bedienenden Personals unabhängig werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wechselstromkompensations- oder Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass ein gleichzeitig als Nullinstrument und Umkehrmotor wirkendes wattmetrisehes Messgerät unter Vorsehaltung eines Verstärkers mit dem Nullzweig der Schaltung verbunden ist.