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Elektrisches Messgerät.
Die Erfindung bezieht sich auf solche elektrische Messgerate. deren Angaben von der Stärke der die wirksamen Systeme durchfliessenden Ströme abhängt. die also streng genommen Stromzeiger sind, ob sie nun in deren Einheiten oder in anderen Bestimmungsstücken elektrischer Stromkreise geeicht werden.
Von derartigen Messgeräten für Wechselstrom weisen die in Spannungen oder Strömen
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eine im Anfang sehr enge, dann immer weiter werdende Teilung auf. Das ist belanglos in allen Fällen, in denen die Instrumente nur Spannungen oder Ströme in einem enger umgrenzten Bereich anzeigen sollen, also sich ständig auf die weitere Endteilung einstellen, wie es beispielsweise bei Schalttfelvoltmetern für Wechselstromnetze der Fall ist. Vielfach kommt es aber bei Messgeräten für höhere Spannungen oder Ströme auf die sehr kleinen Messströmen entsprechenden Angaben an. Es gibt z. B. eine Reihe von physikalischen und technischen Messungen und Schaltverfahren, bei denen die.
Ablesung einer Grösse oder die Vornahme von Schaltungen bei Verschwinden von Wechselspannungen oder Wechselströmen erfolgen muss : die grosse
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bei manchen Messungen, insbesondere solchen physikalischer Art, dadurch helfen, dass man Messgeräte verwendet, die von vornherein zur Anzeige und Messung geringer Spannungen oder kleinerer Ströme bestimmt sind. Das ist aber nur dann angängig, wenn die massgebenden Grössen der Strómkreise schon so weit auf das Verschwinden der Spannungen oder Ströme hin geregelt sind, dass nur noch niedrigere Spannungen am Messgerät auftreten können.
Für die grobe Ein-
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sonderes unempfindliches Messgerät vonnöten ; und das ist fast immer der Fall, da die einzustellenden Grössen selten von vornherein annähernd bekannt sind, wie beispielsweise bei dem unter dem Namen Dunkelschaltung bekannten Verfahren des Parallelschaltens von Wechselstromnetzen. Dieses Verfahren ist eine Xullmethode und als solche weit empfindlicher als das entsprechende Ausschlagsverfahren, die Hellschaltung. Bisher konnte man aber praktisch diesen grossen Vorteil der Synchronisier-Dunkelschaltung nicht ausnutzen, da es an für die volle Netzspannung bestimmten Spannungszeigern mit genügend hoher Anfangsempfindlichkeit fehlte.
Das gleiche gilt auch für alle anderen Mess- und Schaltverfahren, bei denen auf das Messgerät, mit dem das Verschwinden der Spannungen oder Ströme festgestellt werden soll, unter Umständen die volle Spannung der Stromquellen wirkt.
Aber nicht nur bei den sonst eine enge Anfangsteilung aufweisenden Wechselstrommess- geräten besteht eine besonderes Bedürfnis für die Erhöhung der Anfangsempfindlichkeit, sondern ebenso auch bei Gleichstrommessgeräten, deren Ausschlag für gewöhnlich proportional den das wirksame System durchfliessenden Messströmen ist. Denn die proportionale Teilung der in Spannungen und Strömen geeichten Gleichstrommessgeräte ist nicht die ideale ; sie erleichert nur das Ablesen.
Die durch Lagerreibung, Schätzungsfehler, Eichungsfehler u. dgl. begrenzte Ablesegenauigkeit ist als Strecke gemessen im grossen und ganzen unabhängig von der Ein- stellung des Messgerätes : wird also für alle Skalenwerte die gleiche prozentische Ablesegenauigkeit verlangt, so müssen die Teilstriche am Anfang weiter auseinander liegen als am Ende, genauer
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mit solcher Skalenteilung erspart man in vielen Fällen ein besonderes Messgerät für einen niedrigeren Messbereich.
Andererseits benötigt man unter Umständen Messgeräte, deren Anfangsteilung sehr eng zusammengedrängt, deren Teilung an der Gebrauchsstelle entsprechend höheren Werten der zu messenden Grösse dafür weit auseinandergezogen ist. Bisher behalf man sich hierbei mit Unterdrückung des Nullpunktes ; die das bewegliche System steuernde Feder wurde entsprechend
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unzuverlässig, um so mehr, als jegliche Kontrolle für die Unveränderhchkeit des Nullpunktes der Skalenteilung fehlt.
Die bisher verwandten Mittel zur Beeinflussung des Skalenverlaufes in dem jeweils ge- wünschten Sinne sind entweder nicht besonders wirksam oder unzuverlässig. Nur in'be- schränktem Umfange und in gewissen Fällen i. ; t die Skalenteilung durch Formgebung der wirk-
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wendung von Kurvenscheiben oder von zusätzlichen Richtkräften. Denn hiebei geschieht die Empfindlichkeitssteigerung auf Kosten der Messgenauigkeit, da die mechanischen und sonstigen Apparatefehler mit vergrössert werden.
Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, die gewünschte Beeinflussung des Skalenverlaufes, das Zusammendrängen und Auseinanderziehen der Teilung an bestimmten Stellen der Skala dadurch herbeizuführen, dass die in dem wirksamen Leiter des Messgerätes selbst herrschende Stromstärke in entsprechender Abhängigkeit von den zu messenden Grössen eines Stromkreises (wie z. B. Strom, Spannung, Leistung) geregelt wird..
Dies geschieht'erfindungs- gemäss durch Verwendung von Vorsl1alt- bzw. Abzweigwiderständen, deren Widerstandsbetrag von dem sie durchfliessenden Strom stark und in eindeutiger Weise derart abhängt, dass einem bestimmten Stromwert immer nur ein Spannungswert entspricht und umgekehrt, während bisher konstante Widerstände mit besonders geringem Temperaturkoeffizienten angewendet wurden. Als solche Widerstände sollen in den einzelnen Teilen der Messschaltung Leiterj1"verwendet werden, die bei Durchgang der betriebsmässigen Ströme auf hohe Temperaturen erhitzt werden, vorzugsweise Metall- und Kohlenfadenlampen.
Beispielsweise werden Spannungsmesser mit hoher Anfangsempfindlichkeit, die aber gleichwohl bis zu den höchsten zu messenden Spannungen hinaufreichende, gut ablesbare Teilungen aufweisen, dadurch hergestellt, dass dem wirksamen Leiter eines stromverbrauchenden elektrischen Messgerätes, etwa eines Spannungszeigers der üblichen Bauart, eine oder im Bedarfsfalle mehrere Metallfadenlampen, heispielsweise Wolframlampen, vorgeschaltet werden, deren Gesamtwiderstand für sehr geringe Stromstärken verhältnismässig klein ist, aber mit zunehmendem Strom rasch und stetig wächst und schliesslich dann, wenn an der Reihenschaltung von Lampen und wirksamem Leiter die höchste zu messende Spannung liegt, einen derart hohen Wert annimmt,
dass der das Messgerät durchfliessende Strom dessen Endausschlag'ent- spricht. Die l\1etaUfadenlampen können hell glühen oder mit fast normaler Helligkeit brennen, und es ist dann ihr Widerstand ein sehr grosses Vielfaches des Kaltwiderstandes, besonders, wenn man gasgefüllte Wolframlampen vorsieht. Die Wirkung der mit wachsender, an der Reihenschaltung liegender Spannung immer stärker werdenden Verschiedenheit der Spannungsver- teilung auf Messgerät und Lampen kann auch dadurch unterstützt werden, dass zu dem Mess-
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von Nebenschlüssen, die aus Kohlenfadenlampen aufgebaut werden.
Ferner wird die Anfangsteilung von Spannungszeigern stark zusammengedrängt durch
Vorschalten von einer oder mehreren Kohlenfadenlampen vor das Messsystem. Dann wird die Wirkung noch verstärkt durch Parallelschalten von Metallfadenlampen zu dem Messsystem.
Sehr häufig lassen sich bei entsprechendem Bau der Messgeräte die üblichen im Handel allerorts erhältlichen Lampen verwenden, jedoch lassen sich ebenso leicht und billig eigens für die Messzwecke Lampen aus besonders dünnem Draht herstellen. Zweckmässig verwendet man zum Anschluss die Swan-Fassung, um wechselnde Übergangswiderstände, wie sie bei EdisonFassungen durch Lockern des Schraubgewindes entstehen können, zu vermeiden. Von den Metallfadenlampen zeigen die besten Ergebnisse die gasgefüllten Wolframlampen. Verwendet man solche als Vorschaltwiderstände für Spannungszeiger, so ergibt sich eine doppelt so weite Anfahgsteilung wie bei Verwendung gewöhnlicher Metallfadenlampen.
Das rührt daher, dass in diesen Lampen der Glühdraht ohne Gefahr der Zerstäubung wesentlich höhere Temperaturen erreicht, also die Charakteristik der Lampe, d. h. die Schaulinie, die die Abhängigkeit der an der Lampe angelegten Klemmenspannung von dem die Lampe durchfliessenden Strom darstellt, sehr steil ansteigt. Es gibt nun auch Widerstände, bei denen die Steigung dieser Schaulinie so stark wird, dass sie parallel der Ordinate, an der die Spannungen aufgetragen sind, verläuft oder gar rückwärts umbiegt. Der Zusammenhang zwischen Klemmenspannung und Stromstärke ist dann nicht mehr eindeutig. Solche Widerstände sind für vorliegenden Zweck nicht verwendbar.
Beispielsweise können die in Wasserstoff eingebetteten, zum Regeln von Stromkreisen häufig verwendeten Eisendrahtwiderstände, die sogenannten Variatoren, nicht als Vorschaltwiderstände für Spannungsanzeiger dienen, denn sie halten den Strom auf einem von der Abmessung des Drahtes u. dgl. gegebenen bestimmten Wert, heben also die Abhängigkeit der Einstellung des Messgerätes von der zu messenden Grösse und damit die Skala auf. Eisendrahtwiderstände lassen sich, wie man bereits vorgeschlagen hat, nur in solchen Fällen verwenden, in denen der Ausschlag des Instrumentes nicht nur von der Stärke des in dem wirksamen Leiter fliessenden Stromes abhängt, sondern noch von anderen Bestimmungsstücken des Stromkreises. z. B. der Frequenz.
Dann dient der Eisendrahtwiderstand dazu. die eine Abhängigkeit, die
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von der Stromstärke. auszuschalten und damit ein wesentlich nur von der anderen Grösse he- einflusstes Messgerät zu schaffen. Es ist nun noch allerdings eine Verwendung von Eisendraht-
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sich zunächst zu Messung niedrigerer Spannungen dienenden Spannungszeiger schalten. Die Wirkung wäre dann die, dass der das Messgerät durchfliessende Strom begrenzt, also von'einem bestimmten Spannungswerte ab, beispielsweise bis zur zu messenden höchsten Spannung der Betriebsspannung, die Skala des Messgerätes unterdrückt wird.
Ein Spannungszeiger. dem ein Variator vorgeschaltet ist. erreicht bereits für einen weit unterhalb der Betriebsspannung liegenden Spannungswert angenähert den vollen Ausschlag. der sich dann für die Spannungswerte z. B. bis zur vollen Betriehsspannung fast nicht ändert. Solange ein solcher Spannungszeiger also den Endausschlag zeigt. lässt sich schwer oder überhaupt nicht erkennen, welche Spannung an seinen Klemmen liegt. Beispielsweise ist bei Verwendung des Instrumentes für
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kreises auf Verschwinden einer Spannung hin entfernt ist. Um das zu erkennen, wäre, wie bereits erwähnt, noch ein besonderes, unempfindlicheres Instrument erforderlich für den Bereich von der Betriebsspannung herab bis zu der Spannung, für die das verwendete Messgerät gerade den vollen Ausschlag erreicht.
Beispielsweise wäre die Reihenschaltung eines Vaniators und eines zur Messung niedrigerer Spannungen bestimmten Spannungsanzeigers als Nullvoltmeter für das Parallelschalten von Generatoren nicht verwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE:
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oder parallel-oder vor-und parallelgeschalteten Widerständen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Widerstände ganz oder teilweise aus Leitern bestehen. deren Widerstand sich bei Erwärmung stark und in für den Messbereich eindeutiger Weise ändert und die so bemessen sind, dass sie beim Durchgang der höheren Werte des betriebsmässigen Stromes zunehmend auf hohe Temperatur erhitzt werden, zum Zwecke, die Skala des Messbereiches an bestimmten Stellen
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