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Schaltungsanordnung nach dem Kompensationsprinzip zur Messung kleiner
elektrischer Größen oder ein Drehmoment erzeugender Größen Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Messung kleiner elektrischer Größen oder ein Drehmoment
erzeugender Größen nach dem Stromkompensationsprinzip bzw. nach dem Gegendrehmomentprinzip,
bei der der Kompensationsstrom bzw. der Strom zur Erzeugung des Gegendrehmomentes
von einem durch induktive Beeinflussung, gegebenenfalls über einen Oszillator, gesteuerten
Verstärker geliefert wird, wobei die der Meßgröße entsprechende Steuerung des Verstärkers
von einer in einem Magnetfeld konstanter Größe richtkraftlos drehbaren Spule bewirkt
wird. Diese Spule wirkt im einen Falle als Nullinstrument, im anderen Falle zur
Erzeugung des Gegendrehmomentes.
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Eine bekanntgewordene Kompensationsschaltung verwendete eine Drehspule,
die mit einem Spiegel versehen war, welcher den aus einer punktförmigen Lichtquelle
kommenden Lichtstrahl auf eine Photozelle ablenkte, die ihrerseits einen Verstärker
steuerte.
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Dieser lieferte einen der Stellung des Spiegels proportionalen, leicht
meßbaren Strom. Sollte dieser Verstärker als Galvanometerverstärker verwendet werden,
dann wurde die Drehspule so geschaltet, daß sie von einem Strom durchflossen wurde,
der der Differenz zwischen der unbekannten, zu messenden Spannung und dem Spannungsabfall
an einem Widerstand entsprach, der von dem Strom aus dem Verstärker durchflossen
wurde.
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Wird die zu messende Spannung mit ex bezeichnet, der eben erwähnte
Widerstand (Kompensationswiderstand) mit R1 und der über diesen fließende, vom Verstärker
kommende Strom mit J, so wird das Produkt aus dem in der Drehspule fließenden Strom
und deren Widerstand gleich sein der Differenz exJ Rk: da diese Differenz sehr klein
gemacht werden kann, ist dann ex= J Rk bzw. J==RX d. h., J ist der zu messenden
Größe proportional.
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Diese Anordnung hatte den Nachteil, daß die Masse der Drehspule durch
den Spiegel stark vergrößert wurde und eine zusätzliche Lichtquelle mit entsprechender
optischer Einrichtung sowie eine Photozelle erforderlich waren, um den Verstärker
steuern zu können.
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Zur Verringerung dieses Aufwandes wurde bereits vorgeschlagen, an
Stelle der lichtelektrischen Stete rung von Verstärkern eine induktive Steuerung
derselben vorzunehmen.
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Hierzu wurde ein Röhrenoszillator verwendet, dessen Rückkopplung
mittels eines verschwenkbaren Metallplättchens verändert wurde. Dieses Plättchen
war zu diesem Zwecke starr mit einem Meßwertgeber, z. B. einem Dreh,spulmeßwerk,
verbunden. Als leicht meßbare Größe konnte in diesem Falle der Anodenstrom des Oszillators
verwendet werden, welcher sich in Abhängigkeit von der Stellung des Plättchens und
damit von der Größe der Rückkopplung änderte.
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Diese Einrichtung konnte auch als Meßwertumformer verwendet werden,
wenn mit dem Plättchen eine in einem Magnetfeld bewegliche Drehspule verbunden wurde,
die von dem vom Oszillator, gebtebenenfalls über einen Verstärker, gelieferten Gleichstrom
durchflossen wurde, der sich in Abhängigkeit von der Stellung des Meßwertgebers
und damit des Plättchens änderte. Das Meßwerk war hierbei ohne Rücrstellfedern ausgebildet,
da die Rückstellkraft von dem vom Verstärker gelieferten Gleichstrom erzeugt wurde.
Diese Anordnung konnte z. B. durch Messung dieses sich ändernden Gleichstromes zur
Fernmessung der das Meßwerk verändernden Größe verwendet werden.
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Bei dieser Anordnung fieI zwar der Aufwand von Lichtquelle und Photozelle
weg, der Nachteil zusätzlicher Bauteile am beweglichen Organ blieb jedoch bestehen.
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Des weiteren ist auch ein mit Stromkompensation arbeitender Kompensator
bekanntgeworden, bei dem das richtkraftlose Drehspulnullinstrument mittels einer
sich in den einander entgegengesetzt gerichteten Wechselfeldern zweier Spulen bewegenden
Induktionsspule - einer sogenannten »Snchspule« - über einen wechselstromgespeisten
Röhrenverstärker nebstTrans-
formator und Gleichrichter den Kompensationsstrorn
regelte. Bei dieser Anordnung war aber die Spule des Nullinstrumentes mit der Suchspule
fest verbunden, wodurch sich die Masse des drehbaren Systems wesentlich erhöhte.
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Um nun auch diese Nachteile zu beseitigen, wird rorgeschlagen, bei
einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß eine feste, wechsel
stromdurchflossene Spule derart im Magnetfeld der drehbaren Spule anzuordnen, daß
zwischen den beiden Spulen eine der Stellung der Drehspule entsprechende, von der
Meßgröße abhängige Kopplung besteht, und den Verstärker durch die in der drehbaren
Spule induzierte Wechselspannung zu steuern.
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Zur genaueren Erklärung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese
in zwei Anwendungsbeispielen, deren Schaltung in der Zeichnung ersichtlich ist,
erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 die Schaltung eines Galvanometerverstärkers, welcher
mit der erfindungsgemäßen Spulenanordnung gesteuert wird, und Fig. 2 eine Anordnung
für Fernmessung der an ein Wattmetersystem angeschlossenen Leistung.
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Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 ist die bewegliche Spule L1 über den
Widerstand Rk an die zu messende Spannung ex gelegt. Über den Kondensator C1 ist
sie an das Steuergitter der Oszillatorröhre Rö geschaltet.
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Die feste Spule L2 steht mit dem Schwingkreis L3, C2 in Verbindung
und dient zur Rückkopplung. Der Verstärker ist mittels der Spule L4 an den Oszillator
gekoppelt. Er verstärkt die Schwankungen des Anodengleichstromes des Oszillators
und liefert einen Strom J, welcher durch das Instrnment A gemessen wird und über
den Widerstand Rk fließt.
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Die Anordnung der beiden Spulen L1, L2 ist hierbei so getroffen,
daß die bewegliche Spule auf ein Rähmchen aufgebracht ist und nach Art der Spule
eines Drehspulmeßwerkes in einem Magnetfeld, z. B. zwischen den beiden Polen eines
Permanentmagneten, drehbar gelagert ist. Die Spule L2 ist ebenfalls auf ein Rähmchen
gewickelt und ist unter einem geeigneten Winkel, beispielsweise unter einem Winkel
von 450 gegenüber der Nullage der bewegten Spule, fest in diesem Magnetfeld angeordnet.
Die Stromzuführung zur beweglichen Spule kann mittels Spiralfedern, Bändchen od.
dgl. erfolgen.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende: Ist die Spannung
ex gleich Null, so fließt über L1 kein Strom; die Spule L, befindet sich in der
Ausgangslage. Der Oszillator wird sich in einem bestimmten Schwingzustand befinden
und der Verstärker V so ausgelegt sein, daß er keinen Strom liefert: der Spannungsabfall
an Rk wird daher ebenfalls Null sein.
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Bei Ansteigen der Spannung ex wird ein Strom ig in Abhängigkeit von
ex,R. und dem Widerstand rg der Spule L1 über diese fließen und sie im Magnetfeld
ablenken. Durch diese Ablenkung von L1 gegenüber L2 ändert sich der Rückkopplungsfaktor
des Oszillators, so daß auch eine Änderung des Schwingstromes (Anodenstromes der
Röhre) sich ergeben wird. In Ahhängigleit von der nunmehrigen Größe dieses Stromes
wird der Verstärker einen Strom J liefern, welcher am Widerstand Rk einen Spannungsabfall
T Rk erzeugt und mittels des Instrumentes A leicht bemessen werden kann.
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An Hand des in Fig. 2 dargestellten Beispiels sei ~tie il~irlçungsweise
der Erfindung in Verwendung als ÄIewertumformer erläutert. W sei ein Meßwerk, in
ileum die zu messende Größe ein von ihrer Größe ablii:r!,gig-s Drehmoment verursacht,
z. B. zur Messung
von Leistungen ein Wattmetermeßwerk üblicher Bauart ohne Rückstellfeder.
Ein solches Meßwerk enthält einen drehbaren Teil, beim Wattmeter eine Drehspule,
welcher drehbare Teil mit der Spule L1 mechanisch verbunden ist. Die Spulen L1 und
L2 befinden sich wieder in einem Magnetfeld. Die feste Spule L2 ist als Teil der
Schwingkreisinduktivität eines Röhrenoszillators Osz geschaltet oder bildet die
ganze Induktivität desselben. Die Änderungen des Anodenstromes dieses Oszillators
steuern den Verstärker V, dessen Ausgangsstrom J durch die bewegliche Spule L1 fließt.
und zwar in einer solchen Stromrichtung, daß das durch das Zusammenwirken von Magnetfeld
und Strom in der Spule L1 erzeugte Drehmoment dem Drehmoment in W entgegenwirkt.
Die ganze Anordnung ist im Gleichgewicht, wenn der Strom 1 die entsprechende Größe
besitzt. Da gemäß der Erfindung der vom Vierpol gelieferte Gleichstrom 1 von der
Stellung der beweglichen Spule L1 in bezug auf die feste Spule L2 abhängt, so wird
L1 die Stellung annehmen, bei der der Vierpol den Strom liefert, bei dem das in
W erzeugte Drehmoment dem in L1 erzeigten gleich ist. Der Strom J ist dann proportional
der zu messenden Größe und wird mittels des Meßinstruments A bestimmt. Dieses Meßinstrument
kann von W räumlich entfernt sein, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
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Ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten, können verschiedene
Abänderungen in der Ausführungsart des Erfindungsgegenstandes vorgenommen werden.
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So können die beiden Spulen in der Ausgangsstellung einen anderen
Winkel als 450 miteinander einschließen. Es ist auch möglich, an Stelle des Feldes
eines permanenten Magneten, in welchem sich die beiden Spulen beEnden, ein durch
Gleichstrom erzeugtes Feld an dessen Stelle zu benutzen. Auch ist es denkbar, die
Spule L2, an Stelle sie mit einem Röhrenoszillator zu verbinden, mit einem Wechselstrom
aus einer beliebigen Stromquelle, z. B. aus dem Leitungsnetz, zu speisen und die
Veränderung der Kopplung zwischen den beiden Spulen zur Steuerung eines Verstärkers
zu benutzen.
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PSTENTBNSPROCHE: 1. SchaItungsanordnung zur Messung kleiner elektrischer
Größen oder ein Drehmoment erzeugender Größen nach dem Gegendrehmomentprinzip bzw.
dem Stromkompensationsprinzip, bei der der Kompensationsstrom bzw. der das Gegendrehmoment
erzeugende Strom von einem durch induktive Beeinflussung, gegebenenfalls über einen
Oszillator, gesteuerten Verstärker geliefert wird, wobei die der Meßgröße entsprechende
Steuerung des Verstärkers von einer in einem Magnetfeld konstanter Größe richtkraftlos
drehbar angeordneten Spule bewirkt wird, die in einem Fall als Nullinstrument, im
anderen Fall Gegendrehmoment erzeugend wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste
wechselstromdurchflossene Spule derart im Magnetfeld der drehbaren Spule angeordnet
ist, daß zwischen beiden Spulen einc der Stellung der Drehspule entsprechende, von
de, Meßgröße abhängige Kopplung besteht, und daß die in der Drehspule induzierte
Wechselspannung den Verstärker steuert.