Messwertuniformer mit einstellbarem Messbereich
Die Erfindung bezieht sich auf Messwertumformer, die, nach dem Kompensationsprinzip arbeitend, dazu dienen, Messwerte irgendwelcher physikalischer Grö ssen, z. B. die Messwerte von Spannungen, Strömen, Wirk- und Blindleistungen, Wasserständen usw., in die dem jeweiligen Betrag des Messwertes proportionale Stromstärke eines Gleichstromes umzuwandeln.
Die Umwandlung der Messwerte in einen entsprechenden Gleichstrom hat dabei den Vorteil, dass man den Gleichstrom über eine zweiadrige Leitung einer entfernten Messstelle zuleiten kann und dass dort der Messwert ohne Zusatzgeräte an einem Drehspulgerät ablesbar ist oder registriert werden kann. Ein nach dem Kompensationsprinzip arbeftender Messwertumformer enthält ein richtkraftloses Steuergerät, von dessen Stellung der Ausgangsgleichstrom eines Ver stärkers abhängt. Auf dieses Steuergerät wirken in entgegengesetzten Richtungen zwei Verstellkräfte ein: die eine Verstellkraft ist dem umzuformenden Messwert, die andere dem Ausgangsgleichstrom des Verstärkers proportional, und dieser stellt sich folglich stets so ein, dass seine Verstellkraft die von dem umzuformenden Messwert erzeugte kompensiert.
Der Ausgangsgleichstrom ist dadurch weitgehend unabhängig von den Widerstands änderungen im Fernmesskreis.
Derartige Messwertumformer werden im allgemeinen dem Nennwert der zu messenden Grösse angepasst, und zwar aus den gleichen Gründen, aus denen auch bei der direkten Messung das verwendete Messinstrument angepasst wird. So soll der'Anzeige- bereich des Messinstrumenbes möglichst voll ausgenutzt werden, weil sich ein zu kleiner Ausschl'ag nachteilig auf die Messgenauigkeit auswirkt. Anderseits muss aber auch verhindert werden, dass bei den höchsten zu erwartenden Messwerten der Messbereich des Messinstrumentes überschritten wird, weil dann der Messwert gar nicht mehr abgelesen werden könnte.
Bei der Anpassung wird ferner zweckmässig dafür gesorgt, dass der Vollausschlag des Messinstrumentes einem runden Messwert entspricht. Entspricht nun bei Verwendung eines Messwertumformers der Vollaus- schlag des Anzeigegerätes einem runden Wert des den Messwert übertragenden Gleichstroms, z. B. einer Gleichstromstärke von 5 rnA, so ist es wünschenswert, dass diese Stromstärke ihrerseits einem runden Betrag der umzuformenden Messgrösse entspricht, also z. B. bei einer Leistungsmessung einer Leistung von 120 MW.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet von Messwertumformern ist die Messung und Überwachung der Betriebsgrössen von Wechselsbromnetzen. In diesem Fall wird zur Erzeugung der dem umzuformenden Messwert proportionalen Verstellkraft, genauer gesagt eines Drehmomentes, häufig ein Ferraristriebwerk benutzt. Dann kann die Anpassung entweder durch Umschalten der Stromspulen des Triebwerkes, z. B. durch Reihen- oder Parallelschalten zweier Stromspulen, geschehen, oder es können den Stromspulen umschaltbare Stromwandler, z. B. mit den Obersetzungsver- hältnissen 400/5 A und 200/5 A, vorgeschaltet werden.
Auf diese Weise kann bei einem Netz, das anfänglich nur mit halber Last und später mit Vollast betrieben wird, durch entsprechende Schaltung der Stromspulen bzw. der Stromwandler der gleiche Zeigerausschlag des Anzeigegerätes erreicht werden. Das Instrument erhält damit mehrere Messkonstanten, oder es wird bei der Umschaltung seine Skala ausgewechselt.
Diese Mittel ermöglichen eine Anpassung an den jeweiligen Nennwert der zu messenden Grösse nur in groben Stufen. Bei Messwertumformern für nichtelektrische Messwerte ist eine entsprechende Möglichkeit der einfachen Messbereichumschaitung oft überhaupt nicht gegeben. Um in allen Fällen eine möglichst weitgehende Anpassung zu erreichen, müssen deshalb für ein und dieselbe Gattung von Messgrössen Messwertumformer mit unterschiedlichen Messbereichen zur Verfügung gehalten werden, und es entfällt damit die Möglichkeit, in Reserve gehaltene Messwertumformer an beliebiger Stelle einzusetzen oder gegen defekte auszutauschen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Messwertumformer zur Umformung der Messwerte in eine proportionale Gleichstromsbärke zu schaffen, der mit einfachen Mitteln und in weitem Bereich eine gegebenenfalls sogar stufenlose Anpassung an den jeweiligen Nennwert der zu messenden Grösse gestattet.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Anpassung des Messbereichs an den Nennwert des umzuformenden Messwertes eine aus Widerständen bestehende Stromteilerschaltung vorgesehen ist, durch welche der eine Verstellkraft erzeugende Gleichstrom als Teilstrom des in der Messleitung fliessenden Gleichstromes mit wählbarem oder einstellbarem Teilungsverhältnis von diesem abgezweigt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei angenommen ist, dass es sich um die Messung einer Btetriebs- grösse eines Wechselstromnetzes handle.
In der Zeichnung ist mit 1 das Triebmagnetsystem eines Ferraristriebwerkes bezeichnet, dem die zu messende Wechselgrösse zugeführt wird. An der Welle 2 der Triebwerkscheibe 3 des Ferraristriebwerkes ist ein Arm 4 befestigt, der an seinem Ende eine metallische Fahne 5 trägt. Diese Fahne 5 beeinflusst je nach ihrer Stellung durch Abschirmung des Magnetfeldes die Kopplung zwischen der Primärspule 6 und der Sekundärspule 7 eines Hochfrequenztransformators, dessen Primärspule 6 von einem Hochfrequenzgenerator 8 gespeist wird.
Die von der Stellung der Fahne 5 abhängige Sekundärspannung wird in einem Gleichrich- ter 9 gleichgerichtet und dem Eingang eines Versbär- kers - 10- zugeführt. Der einer nicht dargestellten Gleichstromquelle entnommene Ausgangsgleichstrom i des Verstärkers 10 wird über Messleitungen 11, 12 einem Anzeigegerät 13, vorzugsweise einem Dreh spulinstrument, zugeführt.
Auf der Welle 2 des Ferraristriebwerkes ist ausserdem noch eine Drehspule 14 befestigt, die sich zwischein den Polen eines Magneten 15 drehen kann.
Diese Drehspule 14 wird von dem Gleichrichter is durchflossen, der dem in den Messleitungen 11, 12 fliessenden Ausgangsgleichstrom i des Verstärkers 10 bei einer bestimmten Temperatur proportional ist.
Der Strom iS erzeugt in dem Drehspulsystem 14, 15 ein ihm proportionales Drehmoment M2, das dem der umzuformenden Messgrösse proportionalen, Drehmoment Ml entgegengerichtet ist. Solange also Ml und M2 dem Betrage nach gleich sind, bleibt die Welle 2 und mit ihr die Fahne 5 in der Stellung, die sie gerade haben, stehen. Andert sich dagegen infolge einer Änderung des zu messenden Wertes das Drehmoment Mt, so wird die Fahne 5 verstellt, und dadurch wird der Strom i8 im gleichen Sinne wie die zu messende Grösse geändert, bis das von ihm erzeugte Drehmoment M2 das geänderte Drehmoment Mj wieder kompensiert.
Auf diese Weise wird der Strom i, und damit der ihm proportionale Strom i in der Messleitung stets auf einen Wert eingeregelt, der zu dem Wert der zu messenden Grösse in einem ganz bestimmten Verhältnis steht.
Dieses Verhältnis lässt sich nun dadurch einstiel- len bzw. ändern, dass der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Spulenstrom is und dem Strom i in der Messleitung entsprechend gewählt wird. Dazu dient eine aus den Widerständen 16 und 17 bestehende Stromteilerschaltung. In dem Ausführungsbeispiel ist 17 ein fester Widerstand, während der Widerstand 16 mit einem verstellbaren Abgriff 18 versehen ist. Die beiden Widerstände 16 und 17 liegen, hintereinandergeschaltet, in dem Stromkreis, der auch die Drehspule 12 enthält. Zugleich liegen der Widerstand 17 und der durch den Abgriff 18 abgegriffene untere Teil des Widerstandes 16 auch in dem Stromkreis des Stromes i.
Bezeichnet man den Widerstandswert desjenigen Teiles des Widerstandes 16, der zwischen dem oberen Anschluss und dem Abgriff 18 liegt, mit Rl und den zwischen dem Abgriff 18 und dem unteren Anschluss des Widerstandes 17 liegenden Widerstandswert mit R2, so gilt, wenn Rs der Widerstandswert der Drehspule 12 ist, für den Zusammenhang zwischen dem Spulenstrom is und dem über das Messinstrument 11 fliessenden Strom i die Beziehung: is 1?0+41+RT
Da der Nenner des Bruches unabhängig von der Stellung des Abgriffs 18 konstant ist, ist is bei gegebenem Betrag von i dem Widerstandswert R direkt proportional. Damit ist auch das bei einem bestimmten Strom i erzeugte Kompensationsdrehmoment M2 proportional R2.
Durch Verstellen des Abgriffs 18 kann also bei verschiedenen Nennwerten der zu messenden Grösse das Anzeigegerät 13 auf Vollausschlag ge bracht, das heisst der Messwertumformer dem jeweiligen Nennwert angepasst werden. Bei entsprechender Ausbildung des Abgriffs 18 ist eine kontinuierliche Anpassung möglich.
Hat das Ferrarissystem zwei Stromspulen,, so kann zusätzlich durch deren Umschaltung von Parallel- auf ReiEenschaltung der Nennmesswert nochmals halbiert werden, ohne dass sich dabei das Drehmoment ändert.
Ist das von der Messgrösse gespeiste Messwerk wie in dem betrachteten Ausführungsbeispiel ein Ferrarismesswerk, so wird das von ihm erzeugte Drehmoment temperaturabhängig. Dieser Temperaturgang kann weitgehend ausgeglichen werden, wenn die Widerstände 16 bzw. 17 aus Widerstandsmaterial mit sehr kleinem oder sogar negativem TemperaturkoeffizienF ten hergestellt werden.
In dem Schaltschema der Zeichnung ist noch eine herausnehmbare Verbindung 19 vorgesehen. Diese dient dazu, eine Messung der Widerstandswerte Rt und R2 zu ermöglichen. Dadurch kann der Messwertumformer, wenn seine Messkonstante für den Höchstwert von R2 bekannt ist, ohne ihn direkt eichen zu müssen, von vornherein auf jeden gewünschten Nean- wert der Messgrösse eingestellt werden.
Der Widerstand Rl kann mit einer Skala ausgerüstet werden, deren Teilung unmittelbar mit den zugehörigen Nennwerten der zu messenden Grösse, bei Verwendung von Wandlern mit der auf deren Sekundärseite auftretenden Grösse, beschriftet werden.
Ein eventueller schlechter Kontakt des Abgriffs 18 verursacht keinen Messfehler; denn dieser Kon taktwidersband liegt ja im Ausgangskreis des Messwertumformers und wird deshalb automatisch auskompensiert. Die Kompensation des Temperaturfehlers ist nur von dem Verhältnis des konstanten Gesamtwiderstandes R1+R2 zum Spulenwiderstand Rs abhängig und wird durch Verschieben des Abgriffs 18 nicht verstimmt.
Measured value uniform with adjustable measuring range
The invention relates to measuring transducers which, working according to the compensation principle, serve to convert measured values of any physical quantities, e.g. B. to convert the measured values of voltages, currents, active and reactive powers, water levels, etc., into the amperage of a direct current proportional to the respective amount of the measured value.
Converting the measured values into a corresponding direct current has the advantage that the direct current can be fed to a remote measuring point via a two-wire line and that the measured value can be read or registered there without additional devices on a moving coil device. A measuring transducer that works according to the compensation principle contains a control device without directional force, on the position of which the output direct current of an amplifier depends. Two adjustment forces act on this control unit in opposite directions: one adjustment force is proportional to the measured value to be converted, the other is proportional to the output direct current of the amplifier, and the amplifier therefore always adjusts itself so that its adjustment force compensates for that generated by the measured value to be converted.
The output direct current is therefore largely independent of the changes in resistance in the remote measuring circuit.
Such measuring transducers are generally adapted to the nominal value of the variable to be measured, for the same reasons for which the measuring instrument used is also adapted for direct measurement. The display area of the measuring instrument should be used as fully as possible, because too small a deflection has a disadvantageous effect on the measuring accuracy. On the other hand, however, it must also be prevented that the measuring range of the measuring instrument is exceeded with the highest expected measured values, because then the measured value could no longer be read at all.
During the adjustment, it is also expediently ensured that the full deflection of the measuring instrument corresponds to a round measured value. If, when using a transducer, the full scale of the display device corresponds to a round value of the direct current transmitting the measured value, e.g. B. a direct current strength of 5 rnA, so it is desirable that this current strength in turn corresponds to a round amount of the measured variable to be transformed, so z. B. with a power measurement of a power of 120 MW.
A preferred area of application for transducers is the measurement and monitoring of the operating parameters of alternating bromine networks. In this case, a Ferrari engine is often used to generate the adjusting force proportional to the measured value to be converted, more precisely a torque. Then the adjustment can either by switching the power coils of the engine, e.g. B. by series or parallel connection of two current coils, or it can be the current coils switchable current transformers, z. B. with the gear ratios 400/5 A and 200/5 A, can be connected upstream.
In this way, the same pointer deflection of the display device can be achieved in a network that is initially only operated at half load and later at full load by switching the current coils or the current transformers accordingly. The instrument thus receives several measuring constants, or its scale is exchanged when switching.
These means allow an adjustment to the respective nominal value of the quantity to be measured only in rough steps. In the case of transducers for non-electrical measured values, a corresponding possibility of simply switching the measuring range is often not available at all. In order to achieve the greatest possible adaptation in all cases, measuring transducers with different measuring ranges must therefore be available for one and the same type of measured variable, and the possibility of using reserve measuring transducers at any point or replacing them with defective ones is eliminated.
The invention is therefore based on the object of creating a measuring transducer that works according to the compensation principle for converting the measured values into a proportional direct current amplitude, which, with simple means and in a wide range, allows even continuous adaptation to the respective nominal value of the variable to be measured.
This object is achieved according to the invention in that a current divider circuit consisting of resistors is provided to adapt the measuring range to the nominal value of the measured value to be converted, through which the direct current generating an adjusting force is provided as a partial current of the direct current flowing in the measuring line with a selectable or adjustable division ratio of this is branched off.
In the drawing, an exemplary embodiment of the invention is shown schematically, it being assumed that it is a matter of measuring an operating variable of an alternating current network.
In the drawing, 1 denotes the drive magnet system of a Ferrari engine, to which the variable to be measured is fed. An arm 4 is attached to the shaft 2 of the engine disk 3 of the Ferrari engine and carries a metallic flag 5 at its end. Depending on its position, this flag 5 influences the coupling between the primary coil 6 and the secondary coil 7 of a high-frequency transformer, the primary coil 6 of which is fed by a high-frequency generator 8, by shielding the magnetic field.
The secondary voltage, which depends on the position of the flag 5, is rectified in a rectifier 9 and fed to the input of an amplifier 10. The output direct current i of the amplifier 10 taken from a direct current source (not shown) is fed to a display device 13, preferably a rotating coil instrument, via measuring lines 11, 12.
A rotating coil 14, which can rotate between the poles of a magnet 15, is also attached to the shaft 2 of the Ferrari engine.
This rotating coil 14 is flowed through by the rectifier is, which is proportional to the output direct current i of the amplifier 10 flowing in the measuring lines 11, 12 at a certain temperature.
The current iS generates a torque M2 proportional to it in the moving coil system 14, 15, which is opposite to the torque M1 proportional to the measured variable to be converted. So as long as Ml and M2 are equal in terms of amount, the shaft 2 and with it the flag 5 remain in the position they currently have. If, on the other hand, the torque Mt changes as a result of a change in the value to be measured, the flag 5 is adjusted and the current i8 is thereby changed in the same way as the variable to be measured until the torque M2 generated by it compensates for the changed torque Mj again .
In this way, the current i, and thus the current i proportional to it in the measuring line, is always adjusted to a value that has a very specific relationship to the value of the variable to be measured.
This ratio can now be adjusted or changed in that the proportionality factor between the coil current is and the current i in the measuring line is selected accordingly. A current divider circuit consisting of resistors 16 and 17 is used for this purpose. In the exemplary embodiment, 17 is a fixed resistor, while the resistor 16 is provided with an adjustable tap 18. The two resistors 16 and 17 are connected in series, in the circuit which also contains the moving coil 12. At the same time, the resistor 17 and the lower part of the resistor 16 tapped by the tap 18 are also in the circuit of the current i.
If the resistance value of that part of the resistor 16 which lies between the upper connection and the tap 18 is denoted by Rl and the resistance value between the tap 18 and the lower connection of the resistor 17 is denoted by R2, then the following applies if Rs is the resistance value of the moving coil 12, for the relationship between the coil current is and the current i flowing through the measuring instrument 11, the relationship is: is 1? 0 + 41 + RT
Since the denominator of the fraction is constant regardless of the position of the tap 18, is is directly proportional to the resistance value R for a given amount of i. The compensation torque M2 generated for a specific current i is thus also proportional to R2.
By adjusting the tap 18, for different nominal values of the variable to be measured, the display device 13 can be brought to full deflection, that is to say the transducer can be adapted to the respective nominal value. With an appropriate design of the tap 18, continuous adjustment is possible.
If the Ferrari system has two current coils, the nominal measured value can also be halved by switching them over from parallel to series connection without changing the torque.
If the measuring mechanism fed by the measured variable is a Ferrari measuring mechanism, as in the exemplary embodiment under consideration, the torque it generates is temperature-dependent. This temperature variation can be largely compensated if the resistors 16 and 17 are made of resistance material with a very small or even negative temperature coefficient.
In the circuit diagram of the drawing, a removable connection 19 is also provided. This is used to enable the resistance values Rt and R2 to be measured. As a result, if its measuring constant for the maximum value of R2 is known, without having to calibrate it directly, the transducer can be set to any desired nean value of the measured variable from the start.
The resistor Rl can be equipped with a scale, the graduation of which is directly labeled with the associated nominal values of the variable to be measured, if converters are used with the variable occurring on their secondary side.
A possible bad contact of the tap 18 does not cause a measurement error; because this contact resistance is in the output circuit of the transducer and is therefore automatically compensated. The compensation of the temperature error is only dependent on the ratio of the constant total resistance R1 + R2 to the coil resistance Rs and is not detuned by moving the tap 18.