CH386558A - Vielfachmessgerät - Google Patents

Description

  
 



  Vielfachmessgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein umschaltbares Vielfachmessgerät zur Spannungs-, Strom- und Widerstandsmessung, sowie zur direkt anzeigenden Messung der Frequenz, des Wirkstromes und des Wirkbzw. Blindfaktors.



   Die Schaltung eines Ausführungsbeispieles dieses neuen Gerätes ist in Figur 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.



   In seinen Hauptteilen besteht das Gerät aus dem Spannungswandler 1, den beiden Stromwandlern 2 und 3, dem Anzeigeinstrument 4, dem Vollweggleichrichter 5 und dem Gleichrichter 6, die über einen Schalter mit den Schaltebenen   S1    bis   SG    untereinander und mit den weiter unten noch näher erläuterten weiteren Bauelementen verbunden werden können.



   Ausserdem ist ein Druckschalter 7 mit den Kontakten K1 bis   Ka    vorhanden, auf dessen Wirkungsweise ebenfalls weiter unten noch näher eingegangen wird.



   Der Spannungswandler 1 besitzt mehrere Anzapfungen, die mit dem Schalter   S;    eingestellt werden können; in gleicher Weise ist die Primärseite des Stromwandlers 3 unterteilt und mit dem Schalter   S8    versehen.



   Der mit den Schaltebenen S, bis   S6    ausgerüstete Messarten-Wahlschalter hat 9 Stellungen, wobei die Stellung 1 und 2 zur Frequenzmessung, die Stellung 3 zur Spannungsmessung, die Stellung 4 zur Strommessung, die Stellungen 5 und 6 zur Wirkstrom- und Phasenwinkelmessung und die Stellungen 7 bis 9 zur Widerstandsmessung dienen.



   Die weitere Beschreibung des Gerätes soll nunmehr anhand der einzelnen durchführbaren Messmöglichkeiten erfolgen.



   In Stellung 3 des Wahlschalters dient das Gerät zur Spannungsmessung. Dabei wird die zu messende Spannung an die Eingangsklemmen des Spannungswandlers 1 gelegt; mit dem Schalter   S7    wird der entsprechende Bereich eingestellt. Von der Sekundärseite des Wandlers wird die Spannung einmal direkt dem Gleichrichter 5 zugeführt, zum anderen über die Schaltebene   Sl    und den Widerstand 8. Das Drehspulinstrument 4, das gemäss Figur 2 mit mehreren Skalen versehen ist, liegt einmal, wieder gemäss Figur 1, über die Schaltebene   S, direkt    am einen Pol des Gleichrichters 5 und mit seinem anderen Anschluss über den Schalter   SA,    den Vorwiderstand 9 und den Kontakt   K,    an dessen anderem Pol.

   Das Anzeigeinstrument misst dann den am Widerstand 10 auftretenden, der Messgrösse proportionalen Gleichspannungsabfall. Diese Messung kann auch durchgeführt werden, wenn gleichzeitig die Wandler 2 oder 3 zu einer Strommessung angeschlossen sind, da die Sekundärwicklung des Stromwandlers 3 gleichzeitig über die Schaltebene   SW    kurzgeschlossen ist.



   In Stellung 4 des Wahlschalters arbeitet das Gerät als Strommesser. Der Anschluss erfolgt entweder am Stromwandler 3 (bis 1,2 A) oder am Wandler 2 (bis 1,2 A X   1009.    In letzterem Falle arbeiten die Stromwandler 2 und 3 in Kaskade. Zur Gleichrichtung wird ebenfalls wieder der Gleichrichter 5 verwendet. Über die Schaltebenen SJ und   S3    liegt er an der Sekundärwicklung des Stromwandlers 3. Das Anzeigeinstrument 4 ist in gleicher Art wie bei der Spannungsmessung über die Schaltebenen S4 und   SÖ    mit dem Gleichrichter 5 verbunden. Wiederum wird der Gleichspannungsabfall am Widerstand 10 über den Vorwiderstand 9 gemessen, wobei letzterer so dimensioniert ist, dass das Instrument bei der jeweiligen, die Primärwicklung des Stromwandlers durchfliessenden Nennstromstärke, Vollausschlag anzeigt.



   Zur Widerstandsmessung werden je nach dem Messbereich die Schalterstellungen 7, 8 oder 9 benutzt. Die Messung selbst erfolgt nach dem Prinzip  der Durchgangsmessung. Der zu messende Widerstand wird an die mit Q bezeichneten Klemmen angeschlossen. Dabei ist eine dieser Klemmen direkt mit dem Messinstrument 4 verbunden. Die andere Klemme führt über die Batterie 11 und einen Vorwiderstand 12 zum anderen Pol des Messinstrumentes. Direkt parallel zum Messinstrument 4 liegt eine Widerstandskombination, die aus den Einzelwidersänden 13, 14 und 15 besteht, wobei der Widerstand 15 regelbar ist. Die Bereichswahlwiderstände 16 bis 18 liegen parallel zum Widerstand 12 und der bereits erwähnten Widerstandskombination 13 bis 15.

   Der Regelwiderstand 15 ist so bemessen, dass er sowohl zur Voreinstellung einer Strombezugsgrösse, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird, als auch zur elektrischen Nullpunktskorrektur des Messinstrumentes bei der Widerstandsmessung dienen kann.



   Durch Drücken der Schalttaste 7 überbrückt der Kontakt   K1    die mit Q bezeichneten Klemmen, so dass bei der Nullpunktkorrektur kein äusserer Kurzschluss an diesen Klemmen erforderlich ist.



   Die Schaltung des Gerätes und die Zuordnung der einzelnen Kontakte der Schaltebenen   St    bis   S6    ist so gewählt, dass sich die bei den einzelnen Messarten eingeschalteten Bauelemente nicht gegenseitig beeinflussen. So kann beispielsweise eine Widerstandsmessung vorgenommen werden, ohne dass die Leitungen zum Strom- oder Spannungswandler abgeklemmt werden müssen; auch wird beispielsweise die Batterie 11 nicht belastet, wenn zur Voreinstellung der bereits erwähnten und später noch näher erläuterten Strombezugsgrösse bei Schalterstellung 4 der Druckschalter 7 betätigt wird.



   Die Frequenzmessung beruht im Prinzip auf einer Strommessung über einen frequenzabhängigen Widerstand. Dieser frequenzabhängige Widerstand wird dabei für den unteren Messbereich (Schalterstellung 2, 40... 400 Hz) aus dem Widerstand 19 und den mit ihm in Serie liegenden Induktivitäten 20 und 21 und für den höherfrequenten Messbereich (Schalterstellung 1, 400...4000 Hz) aus der Induktivität 21, dem dazu parallel liegenden Widerstand 22 und dem Serienwiderstand 23 gebildet.



   Zur Frequenzmessung selbst wird der Wahlschalter zuerst in Stellung 3 (Spannungsmessung) gebracht; sodann wird mit Hilfe des Schalters   S;    der passende Spannungsmessbereich ausgewählt. Sodann wird die Schalttaste 7 gedrückt. Der vom Gleichrichter 5 erzeugte Mess-Gleichstrom fliesst jetzt nicht mehr über den Festwiderstand 9, sondern wird durch den umgelegten Kontakt   K3    über die Schaltebene S, und die Widerstandskombination 14 und 15 zum einen Anschluss des Messinstrumentes 4 geführt. Mit dem veränderlichen Widerstand 15 wird dann der Messwerkzeiger auf den Ausgangspunkt der Frequenzskala, beispielsweise 40 Hz, eingestellt. Nach Umschaltung des Wahlschalters auf Stellung 1 oder 2 kann die anliegende Frequenz am Messinstrument direkt abgelesen werden.



   Zur Phasenwinkelmessung in den Schalterstellungen 5 und 6 dient die Gleichrichterschaltung 6 nach Art eines Ringmodulators, die sowohl mit aufgezwungenem Steuerstrom als auch mit aufgezwungenem Messtrom arbeitet. Sie bildet die Vektorsumme und Vektordifferenz aus Strom und Spannung. Durch Zusammenwirken dieser Vektoren ergeben sich Messwerte proportional dem Wirkstrom J.   cos.    Zur cos   cp- und    sin   Messung    kann mit Hilfe des Drehpotentiometer 15 der Strom eliminiert werden. Die Spannung dient lediglich als Steuergrösse und geht als solche nicht in die Messungen ein.



   Zur Messung selbst werden Spannung und Strom angeschlossen. Die Sekundärspannung des Wandlers 1 erzeugt über den Widerstand 24 einen Steuerstrom, der über die beiden gleich grossen Widerstände 25 und 26 symmetrisch in die   Ringmodulatorschaltung    6 eingespeist wird. Der Sekundärstrom des Wandlers 3 bewirkt an den Widerständen 25 und 26 einen Gleichspannungsabfall, der dem Produkt   J. . cos    proportional ist und der über die Schaltebenen S, und   Sd    und die Widerstandskombination 14 und 15 vom Messwerk erfasst wird. Der Widerstand 14 dient hier zum Feinabgleich dieser Widerstandskombination.



   In den Zuleitungen vom Stromwandler 3 zum   Ringmodulator    6 liegen die Widerstände 27 und 28.



  Diese Widerstände dienen dazu, die bei der Strom Voreinstellung in Schaltstellung 4 und bei der anschliessenden Phasenwinkelmessung in den Stellungen 5 und 6 an den Stromeingangsklemmen erscheinenden Eingangswiderstände des Gerätes einander anzugleichen. Dies ist deswegen erforderlich, weil die Widerstände der Gleichrichter 6 infolge der Vorsteuerung durch die Steuerspannung wesentlich niedriger sind als die Widerstände der Elemente des bei der Strom-Voreinstellung wirksamen Graetzgleichrichters 5. Ungleiche Eingangswiderstände an den Strom-Eingangsklemmen würden aber zu Fehlern bei der Winkelmessung führen, wenn das Gerät in einen Kreis eingeschaltet wird, in dem ein nicht aufgezwungener Strom fliesst.



   Bei der Messung des Wirkstromes   J. cos cp    (Schalterstellung 5 und 6) ist der Gesamtwiderstand der Kombination 14 und 15 durch den letzteren so einregelbar, dass er gleich dem Wert des Widerstandes 9 wird. Zur Messung des Wirkstromes ist also nur erforderlich, den Widerstand 15 auf seinen Höchstwert d.h. auf den Endanschlag des Potentiometers einzustellen.



   Bei der cos   rp- bzw.    sin   Messung    ist der Strom aus dem Produkt J. cos   g    durch eine Strom-Voreinstellung zu eliminieren. Dazu wird in Schalterstellung 4 der Widerstand 15 so verstellt, dass das Instrument 4   Endausschlag    anzeigt. Die Umschaltung auf die Schalterstellung 5 oder 6 ergibt dann die direkte cos   cp- bzw.    sin   p      -Anzeige.   



   Die Schalterstellungen 5 und 6 unterscheiden sich dadurch, dass lediglich das Messwerk umgepolt wird;  es ist daher nicht erforderlich, bei Spannung- und Stromanschluss auf die richtige Polung der Eingangsgrössen zu achten.



   Da die Skalen gemäss Abbildung 2 für die Phasenwinkelmessung bei kapazitiven und induktiven Werten die gleichen sind, muss durch einen Test das kapazitive oder induktive Verhalten festgestellt werden. Dazu wird in der Schalterstellung 5 oder 6 die Schalttaste 7 gedrückt. Dadurch schaltet der Kontakt   K.    den Kondensator 29 und den mit ihm in Serie liegenden ohmschen Widerstand 30 parallel zur Steuerstromquelle.



   Die vorteilhafte Arbeitsweise dieser Parallelschaltung beruht darauf, dass bei niedrigen Frequenzen als Bürde hauptsächlich der Kondensator wirksam ist und eine Verdrehung des Kapp'schen Kurzschlussdreiecks des Spannungswandler-Diagramms bewirkt, so dass die Spannung ihrer ursprünglichen Phasenlage um einige Winkelgrade nacheilt. Um diese künstliche induktive Phasenverschiebung innerhalb des Gerätes werden kapazitive Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung vergrössert, induktive hingegen verkleinert. Entsprechend verkleinert bzw. vergrössert sich beim Test der angezeigte cos    < F    -Wert. Bei höheren Frequenzen hat die Serienschaltung überwiegend ohmschen Charakter, so dass hier die Steuerspannung vergrössert wird. Durch diese beiden Funktionsmechanismen bleibt die Wirkung des Phasenwinkeltests innerhalb eines sehr weiten Frequenzbereiches erhalten.

   Wie leicht einzusehen ist, werden die Brückenverhältnisse hierdurch nicht geändert.



   Letztendlich sei noch erwähnt, dass der Kondensator 31 in bekannter Weise zum Kurzschliessen von Oberwellen dient, die in der Messchaltung dadurch entstehen, dass der am Ausgang erscheinende Gleichtrom-Messwert die Form pulsierender und am Anfang und Ende der Steuerhalbwelle scharf abgehackter Kurvenzüge hat.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vielfachmessgerät mit einer Graetzbrücke, einer als Ringmodul ator geschalteten Gleichrichterbrücke und einem veränderbaren Instrumenten-Vor- oder Nebenwiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Umschalteinrichtung neben Strom und Spannung in einem Frequenzbereich auch die Grössen J. cos sp, cos cm, sin cp, die Frequenz und ohmsche Widerstände mit einem einzigen Messwerk direkt anzeigend gemessen werden können.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der veränderbare Vor- oder Nebenwiderstand (15) zusammen mit einem Tastschalter (7) zur Voreinstellung auf einen festen Messwerksvorwiderstand zur J. cos (p- Messung, zur Voreinstellung einer festen Strombezugsgrösse zur cos cp- Mes- sung, zur Voreinstellung einer festen Spannungsbe- zugsgrösse zur Frequenzmessung und zur Voreinstellung einer festen internen Batterie (11) entnommenen Gleichspannung dient.

   2. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur weitgehend frequenzunabb än- gigen Prüfung der Art des Phasenwinkels durch den Tastschalter (7) allein parallel zur Sekundärwicklung eines Spannungswandlers (1) ein Kondensator (29) eingeschaltet wird, mit dem ein ohmscher Widerstand (30) in Serie liegt.

   3. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Regulierwiderstand (15) ein Festwiderstand (14) liegt, der so bemessen ist, dass diese Widerstandskombination gleich ist dem Widerstandswert des bei der Strommessung eingeschalteten Messwerk-Vorwiderstandes (9).

   4. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitungen zwischen den Sekundäranschlüssen eines Stromwandlers (3) und den entsprechenden Diagonalpunkten des Ringmodulators (6) ohmsche Widerstände (27, 28) liegen, deren Wert der Differenz der bei der Strom-Voreinstellung und der Phasenwinkelmessung an den Strom Eingangsklemmen auftretenden Eingangswiderstände des Messgerätes entspricht.

   5. Messgerät nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in der anderen Diagonale des Ringmodulators (6) liegenden gleich grossen Widerstände (25, 26) zusammen den gleichen Wert besitzen, wie der Diagonalwiderstand (10) im Ausgang der Graetzbrücke (5).

   6. Messgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Frequenzmessung in den Eingang der Graetzbrücke wahlweise eine oder beide von zwei in Serie liegenden niederohmigen Drosseln (20, 21) einschaltbar sind, wobei jeweils feste Widerstände den Drosseln parallel und vorgeschaltet sind, und zwar derart, dass die gleiche Skalencharakteristik bei den beiden Frequenzmessbereichen erhalten wird.