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Voltmeter
Gegenstand der Erfindung ist ein Voltmeter einfacher Bauart zur Messung von Spannungen in der Grö- ssenordnung von 1 bis 1000 Volt, bei welchem die Anzeige des Messwertes durch ein Zählwerk erfolgt.
Zur Spannungsmessung werden derzeit Voltmeter verschiedener Bauart benützt, insbesondere solche, bei denen die Grösse der zu messenden Spannung an einer Skala des Messgerätes abgelesen wird. Die einzelnen Messbereiche werden durch Messbereich-Umschalter gewählt und die Ablesung geschieht an einer oder mehreren Skalen. Die abgelesene Angabe muss in der Regel mit der betreffenden Messbereich-Kon- stante multipliziert werden, wodurch sehr häufig Grössenordnungsfehler und Irrtümer entstehen können.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind auch einige Voltmeter mit Zählwerkanzeige kommerziell ausgeführt worden, deren übersichtliche Beschreibung in der Fachzeitschrift Funk-Technik Jhg. 1957, Nr. 8, S. 236, enthalten ist.
Diese bekannten Einrichtungen sind meist ziemlich kompliziert im Aufbau und gegen Störungen anfällig. Vereinfachte Ausführungen hingegen sind zu ungenau, so dass sich die Verwendung von Voltmetern mit Anzeige der gemessenen Grösse durch ein Zählwerk, insbesondere durch ein Rollenzählwerk, das zur Verfolgung der Messgrösse nach beiden Richtungen drehbar ist, bis jetzt nicht durchsetzen konnte.
Das erfindungsgemässe Voltmeter, bei welchem die Anzeige der Messwerte ebenfalls durch ein Zählwerk erfolgt, vermeidet die Nachteile der bekannten Anordnungen. Dies ist dadurch möglich, dass eine an sich bekannte integrierende Regeleinrichtung verwendet wird, die einen Servomotor steuert, mit dessen Hilfe der Schleifer eines Potentiometers zwecks Spannungsvergleich mit einer Normalspannung verstellbar ist.
Insbesondere ist das erfindungsgemässe Voltmeter dadurch gekennzeichnet, dass die zur Steuerung des Servomotors dienende Regeleinrichtung ein nach dem Vergleichsprinzip arbeitender RelaisIntegrationsregler ist, der zwei Integrationskondensatoren enthält, von denen der eine durch die konstante Normalspannung und der andere durch die Summe aus der zu messenden Spannung und der zwischen Fusspunkt und Schleifer auftretenden Teilspannung des an der Normalspannung liegenden Potentiometers aufgeladen wird, wobei der mit dem Schleifer über eine Getriebeübersetzung gekuppelte Servomotor durch die Regeleinrichtung gesteuert wird, dass die Spannung an den beiden Integrationskondensatoren gleich ist und der Servomotor ausserdem ein in zwei Drehrichtungen verstellbares, dekadisches Zählwerk antreibt,
dessen Einstellung auf diese Weise an die Stellung des Potentiometerschleifers gebunden ist.
Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Zeichnung näher erklärt werden, in welcher Fig. 1 das prinzipielle Schaltbild des erfindungsgemässen Voltmeters veranschaulicht, während in Fig. 2 die Anordnung des Gerätes für automatische Messbereichumschaltung dargestellt ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung besteht aus der Spannungsquelle l, die eine stabilisierte Normalspannung En liefert. In dem Schaltbild ist der Einfachheit halber die Spannungskonstanthaltung mittels üblicher Stabilisatorröhren 3 und dem Widerstand 2 gezeigt. In der Praxis wird für diesen Zweck jedoch besser ein elektronischer Stabilisator verwendet. Die stabilisierte Spannung En wird über einen weiteren Widerstand 4 und einen Regelwiderstand 5 dem Messpotentiometer 6 zugeführt. Der Widerstand 5 dient zur Messbereicheinstellung während der Eichung des Gerätes. Der Schleifer 7 des Potentiometers 6 ist über ein Getriebe 9 mechanisch mit dem Servomotor 8 gekuppelt, der in beide Drehrichtungen laufen kann.
Die Getriebeübersetzung 9 ist mechanisch auch mit dem Zählwerk 10 gekuppelt, wodurch die Einstellung des Zählwerkes an die Stellung des Potentiometerschiebers 7 gebunden ist. Das Zählwerk 10 gibt direkt den Wert der zu messenden Spannung an. Die Spannung Ea zwischen dem Schleifer 7 des Potentiometers 6
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und dem unteren Ende 18 des Potentiometers 6 wird zu der zu messenden Spannung Ex addiert, die an den Klemmen 19,20 liegt, wobei die Polarität dieser beiden Spannungen das gleiche Vorzeichen hat. Durch die Summe der Spannungen Ba und Ex wird über den Widerstand 14 der Integrationskondensator 16 der an sich bekannten Regeleinrichtung 17 geladen. Die Vergleichsspannung En hingegen ladet über den Widerstand 13 den Integrationskondensator 15 auf.
Wenn beide an die Integrationskreise gelegten Spannungen gleich sind, bleibt die Regeleinrichtung in Ruhe. Falls aber zwischen den beiden Spannungen eine Differenz besteht, wird in der Regeleinrichtung der Regelvorgang ausgelöst und dadurch der Servomotor 8 in Bewegung gesetzt. Die Drehrichtung des Servomotors 8 ist dabei derart gewählt, dass sich der Potentiometerschleifer 7 so über den Potentiometerwiderstand bewegt, dass sich die Summe der zu messenden Span-
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vor sich, bis die Summe dieser beiden Spannungen der Normalspannung gerade gleich ist.
Zur automatischen Messbereich-Umschaltung kann die erfindungsgemässe Einrichtung z. B. nach dem in Fig. 2 dargestellten Schaltungsschema ausgelegt werden. In der Reihe mit dem Potentiometer 6 ist der Widerstand 21 geschaltet, der mittels des Kontaktes 22 kurzgeschlossen werden kann. Der Kontakt 22 wird dabei entweder mechanisch oder elektrisch vom Anschlag 23 oder von Kontakten 24 betätigt, die an beiden Enden des Potentiometers 6 angebracht und vom Potentiometerschleifer 7 in seinen Endstellungen betätigbar sind. Die in Fig. 2 als Beispiel dargestellte Einrichtung zeigt eine Kombination der mechanischen und der elektrischen Betätigung des Kontaktes 22, wobei am oberen Ende des Potentiometers sich ein elektrischer Kontakt 24 befindet, während am unteren Ende ein mechanischer Anschlag 23 angeordnet ist.
Der untere Anschlag 23 ist mittels der Stange 28 und des Hebels 29 mechanisch mit dem Kontakt 22 verbunden. Bei der Messung kleiner Spannungen liegt der Widerstand 21 in Reihe mit dem Potentiometer 6, wodurch die Spannung am Potentiometer 6 entsprechend erniedrigt wird. Der an dem oberen Ende 27 des Potentiometers 6 angebrachte Kontakt 24 liegt zusammen mit der Batterie 32 in dem Stromkreis des Elektromagneten 25. Sobald der Stromkreis über 32, 24,25 geschlossen wird, zieht der Elektromagnet 25 seinen Anker, der mit der Sperrklinke 26 verbunden ist, an. Die Sperrklinke 26 gibt das linke Ende des Hebels 29 frei, so dass die Spiralfeder 31 den Kontakt 22 öffnen kann. Die Bewegung des Dezimalpunktanzeigers 33 am Zählwerk 10 ist an die Lage des Kontaktes 22 gebunden.
Die automatische Messbereich-Umschaltung arbeitet wie folgt : Falls an die Klemmen 19,20 des Gerätes eine kleine Spannung gelegt wird, bewegt sich der Schieber 7 bis in die oberste Lage, wo sein Daumen 30 gegen den Kontakt 24 stösst, wodurch mittels des Elektromagneten 25 die Sperrklinke 26 betätigt wird. Der Hebel 29 wird freigegeben und die Spiralfeder 31 bewirkt die Öffnung des Kontaktes 22 und somit auch die Einschaltung des Widerstandes 21 in den Stromkreis des Potentiometers 6. Dadurch verkleinert sich das Potentialgefälle an dem Potentiometer 6 auf ein Zehntel des ursprünglichen Wertes, was die entsprechende Verkleinerung des Messbereiches auf ein Zehntel zur Folge hat. Die übrigen neun Zehntel des gesamten Spannungsgefälles werden nun in dem Widerstand 21 verbraucht.
Wenn dagegen die an die Eingangsklemmen 19,20 angelegte Spannung Ex grösser als das an dem Potentiometer 6 herrschende Potentialgefälle ist, bewirkt der Servometer 8 die Verschiebung des Schleifers 7 bis in die unterste Lage 18, in welcher der Daumen 30 gegen den Anschlag 23 stösst, wodurch vermittels der Stange 28 und des Hebels 29 der Kontakt 22 geschlossen wird. Dadurch wird der Widerstand 21 kurzgeschlossen und die gesamte Zusatzspannung Ea an das Potentiometer 6 gelegt, so dass der Messbereich beispielsweise zehnmal vergrössert wird.
Wenn Wechselspannungen gemessen werden sollen, müssen natürlich diese Spannungen erst gleichgerichtet bzw. durch ein entsprechendes Korrektionsglied zur Messung des effektiven Wertes geschwächt werden. Die dazu nötigen Schaltungen sind wohl bekannt und brauchen deswegen nicht näher beschrieben werden.
Das erfindungsgemässe Gerät eignet sich besonders zur Messung von Gleich- oder Wechselspannungen in dem Bereich von 1 bis 1000 Volt. Sein Vorteil gegenüber den bisher benützten Messgeräten besteht in der Ausscheidung der Ablese- sowie Rechenfehler. Die Bedienung des Gerätes kann einem ungeübten Arbeiter anvertraut werden. Da die Ausmasse der Zählwerkskala praktisch nicht begrenzt sind, können die Messwerte auch von grosser Entfernung verlässlich abgelesen werden. Das Gerät eignet sich sehr gut auch für Serienmessungen, z. B. bei der Kontrolle bestimmter Erzeugnisse, es kann aber auch vorteilhaft als eingebautes Schalttafelinstrument verwendet werden.
In der weiteren Entwicklung wird die erfindungsgemässe Messeinrichtung als Bauteil in automatischen Kontrollstrecken Anwendung finden, insbesondere zum graphischen oder numerischen Registrieren bei der Massenfertigung.