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Anordnung zur Kompensation des Temperaturfehlers und des
Anwärmfehlers elektrischer Messgeräte
Zur Kompensation des allgemeinen Temperaturfehlers elektrischer Messgeräte im Beharrungszustand ist es bekannt (deutsche Patentschrift Nr. 196662), einen oder mehrere temperaturabhängige Kompensa- tionswiderstände einzubauen, die dieselbe Temperatur haben wie die temperaturabhängigen Teile (Spule,
Federn usw.). Eine einheitliche Temperatur herrscht aber im Inneren eines Messgerätes nur bei konstanter
Raumtemperatur und bei vernachlässigbarer Eigenerwärmung.
Für Messgeräte mit hohem Eigenverbrauch ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Kompensationswiderständen den gleichen Temperaturgang infolge ihrer Eigenerwärmung zu geben oder die Kompensationswiderstände in der Nähe der sich erwärmenden Spu- len anzubringen oder schliesslich die sich erwärmenden Spulen selbst als Kompensationswiderstände zu verwenden (deutsche Patentschrift Nr. 833220).
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass auf diese Weise keine vollständige Kompensation des
Temperaturfehlers auch während der Anwärmung oder im Temperaturübergang möglich ist, da ausser der
Erregerspule zumindest noch die Drehmomentfeder temperaturabhängig und mit einer andern thermischen
Zeitkonstanten behaftet ist. Sobald aber mindestens zwei mit verschiedenen thermischen Zeitkonstanten behaftete Bauelemente für die Messung bestimmend sind, gelingt es nicht, mit nur einem kompensierenden Ele- ment den veiller auch während der Anwärmperiode oder im Temperaturubergang zu kompensieren.
Zur
Kompensation des Temperaturfehlers und des Anwärmfehlers elektrischer Messgeräte sind erfindungsgemäss zur Beseitigung der Messfehler im stationären Zustand und während des Temperaturüberganges und der Anwärmung infolge der verschiedenen thermischen Zeitkonstanten und der verschiedenen Endtemperaturen der wesentlichen Bauelemente jedem für die Bildung des Messwertes massgebenden Bauelement ein eigenes Temperaturkompensationselement mit jeweils gleichem Temperaturgang wie das fehlerverursachende Bauelement zuzuordnen.
Die Notwendigkeithiezu zeigt das in Fig. 1 dargestellte Diagramm für den Temperaturfehler in Zeitabhängigkeit. Darin ist 3 der Temperaturfehler des unkompensierten Gerätes infolge einer sprunghaften Änderung der Raumtemperatur im Zeiptunkt 0. Dieser Temperaturfehler 3 des Gerätes ergibt sich als Summe des annähernd nach einer e-Potenz verlaufenden Temperaturfehlers 2 durch die Feder und des gleichfalls annähernd nach einer e- Potenz, aber mit anderer Zeitkonstante verlaufenden Temperaturfehlers 1 durch die Drehspule. Der gesamte Temperaturfehler 3 des unkompensierten Gerätes hat einen von einer einfachen e-Potenz abweichenden Charakter und kann daher auch nicht durch ein einzelnes, sich erwärmendes oder abkühlendes Kompensationselement ausgeglichen werden.
Infolge der kürzeren Zeitkonstanten zeigt die Fig. 2 noch deutlicher, dass der Anwärmfehler 6 des Gerätes als Summe des Anwärmfehlers 5 durch die Feder und des Anwärmfehlers 4 durch die Drehspule von einer einfachen e- Pvtenz abweicht. Er kann kurzzeitig sogar wesentlich grösser werden als er sich im stationären Zustand einstellt, wodurch eine beträchtliche Unsicherheit der Messungen entstehen kann. Dazu kommt noch, dass der Temperaturfehler 3 und der Anwärmfehler 6 des Gerätes sogar verschiedene Vorzeichen besitzen können, wenn Feder und Spule durch die Eigenerwärmung oder durch die Erwärmung vom Feld verschiedene Endtemperaturen bekommen.
In diesen Fällen war von den bisher bekannten Fehlerkompensationsmethoden keine Verbesserung zu erwarten, da der Temperaturfehler nur auf Kosten des Anwärmfehlers oder umgekehrt vermindert werden konnte.
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Um diese Zusammenhänge der Fehlerkompensation zu beherrschen, ist es erfindungsgemäss nur not- wendig, den Spulenfehler für sich z. B. durch einen NTC-Widerstand, der unmittelbar bei der Spule montiert ist und selbst nur eine sehr kleine Wärmeträgheit besitzt, zu kompensieren und ebenso den Federfehler für sich z. B. durch einen NTC-Widerstand in der Nähe der Feder zu kompensieren. An Stelle der NTC-Widerstände könnten in einer geänderten Schaltung auch Kupfer- oder Nickelwiderstände verwendet werden. Ebenso könnten die einzelnen Zeitkonstanten der Fehler infolge des Temperaturganges der Bauelemente durch gleiche Zeitkonstanten der kompensierenden Elemente einzeln nachgebildet werden.
Schliesslich könnten auch einzelne geeignete Bauelemente selbst auch als kompensierende Elemente herangezogen werden.
Eine praktische Durchführung der erfindungsgemässen Kompensation zeigt das Schaltbild der Fig. 3 für den Spannungspfad eines Wattmeters. Die Widerstandsänderung des NTC-Widerstandes Rz kompensiert die Widerstandsänderung der Drehspule. Dieser Halbleiterwiderstand mit stark negativem Temperaturkoeffizienten ist so wie die Drehspule zwischen den Feldern des Wattmeters montiert. Die Änderung des Dreh- momentes der Federmit der Temperatur der Feder wird durch die Wirkung des in der Nähe der Feder montierten NTC-Widerstandes R kompensiert. Der Widerstand R10 wird zum Teil aus Kupfer aufgebaut, so dass der Widerstand zwischen den Spannungsklemmen konstant bleibt. Die andern Widerstände sind Fixwiderstände.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Kompensation des Temperaturfehlers und des Anwärmfehlers elektrischer Messgeräte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beseitigung der Messfehler im stationären Zustand und während des Temperaturüberganges und der Anwärmung infolge der verschiedenen thermischen Zeitkonstanten und der verschiedenen Endtemperaturen der wesentlichen Bauelemente jedem für die Bildung des Messwertes massgebenden Bauelement, ein eigenes Temperaturkompensationselement mit jeweils gleichem Temperaturgang wie das fehlerverursachende Bauelement zugeordnet ist.