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Kompensationsmeß- und -regeleinrichtung Die Erfindung betrifft einen
nach dem Prinzip der Stromwaagen arbeitenden Kompensationsempfänger mit einem Kompensationshebel,
der auf ein von der Meßgröße beaufschlagtes drehmomentlieferndes System, vorzugsweise
ein Tauchspulsystem, ein das Gegendrehmoment lieferndes Drehspulsystem und ein induktives
AbgrifEsystem einwirkt, dessen Verstärker das kompensierende Drehspulsystem beaufschlagt.
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Zur Messung von Gleichströmen sind ausschlagende Meßgeräte bekannt,
bei denen das Drehmoment eines Systems mit beweglicher Wicklung und Permanentmagnet
gegen eine rückdrehende Feder wirkt. Der Ausschlag des Systems ist ein Maß für den
Strom.
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Wird ein solches Meßsystem für Tintenschreiberverwendet, so tritt
ein von der Schreibfederreibung herrührender Fehler auf, der ungefähr 0,5 bis 1
°/o beträgt. Schreibende Meßgeräte dieser Art benötigen ein ziemliches Drehmoment
und damit einen relativ großen Meßstrom. Nachteilig ist ferner die oftmals zu große
Einstellzeit.
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Wenn ein Strom nicht nur gemessen und registriert, sondern auch in
einem Regler erfaßt werden soll, sind zusätzliche Einrichtungen zur Gewinnung der
Regelimpulse erforderlich, die sich wegen der geschilderten Nachteile nur schlecht
mit dem beschriebenen Meßsystem kombinieren lassen.
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Eine andere Möglichkeit zur Erfassung von Strömen und Spannungen
bieten die Kompensationsempfänger. Diese vergleichen beispielsweise eine zu messende
Spannung mit einer Gegenspannung, die an einem verstellbaren Widerstand auftritt.
Der Abgriff eines solchen Widerstandes muß durch einen Nachführmotor mit Verstärker
verstellt werden. Derartige Kompensationsempfänger sind zwar sehr genau, sie erfordern
jedoch einen ziemlich technischen Aufwand. Dabei ergeben sich so große Abmessungen,
daß diese Geräte für den Einbau in Schalttafeln oft nicht in Frage kommen, weil
man gerade hier immer mehr dazu übergeht, wegen der Vielzahl der unterzubringenden
Geräte Gehäuse mit kleinen genormten Abmessungen zu verwenden. Außer Potentiometern
sind bei Kompensatoren Konstantspannungsquellen erforderlich. Erschwerend kommt
hinzu, daß Gleit kontakte jeglicher Art korrosionsanfällig sind, so daß ihre Aufstellung
in Räumen mit aggressiver Atmosphäre zu Störungen Anlaß gibt.
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Es ist auch bereits eine Meßeinrichtung für kleine Gleichspannungen
vorgeschlagen worden, die sich des bekannten Prinzips der Stromwaage bedient. Der
Kompensationsstrom erzeugt eine Kraft, die einer Federkraft entgegenwirkt. Solange
der Kompensa-
tionsstrom kleiner oder größer als der Meßstrom ist, wird über eine
Verstärkereinrichtung ein Nachstellmotor betätigt, der über eine Gewindespindel
einen Zeiger verstellt und gleichzeitig die Spannung einer Feder verändert, die
am Kompensationsmeßwerk angreift. Der Strom in diesem Meßwerk wird über ein induktives
Abtastsystem jeweils so eingestellt, daß Kraftgleichgewicht herrscht. Bei dieser
Einrichtung werden zwar Gleitkontakte vermieden, jedoch ist der technische Aufwand
für den Nachstellmotor und die verschiedenen Verstärkereinrichtungen noch ziemlich
groß.
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Weiterhin ist ein Durchfiuß-Transmitter bekanntgeworden, bei dem
der Wirkdruck über eine Membran auf einen Kompensationshebel übertragen wird, auf
den mit Hilfe eines Tauchspulsystems ein Gegendrehmoment ausgeübt wird Das Tauchspulsystem
erhält seinen Strom von einem Verstärker, zu dessen Aussteuerung ein von dem Kompensationshebel
betätigtes induktives Abtastsystem dient. Die in einen Gleichstrom umgewandelte
Meßgröße wird durch ein im Kompensationsstromkreis liegendes zusätzliches Instrument
angezeigt. Nach dem gleichen Prinzip arbeitet ein bekannter Druckmeßumformer, der
ebenfalls aus einem Membrandruckmesser, einem Kompensationshebel, einem Tauchspulsystem,
einer induktiven Abtasteinrichtung, einem Verstärker und einem Anzeige- oder Registriergerät
besteht. Beide Konstruktionen unterscheiden sich lediglich dadurch, daß bei der
erstgenannten zusätzlich eine einstellbare Hebelübersetzung zwischen der Meßmembran
und dem eigentlichen Kompensationshebel vorgesehen ist.
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Für beide Umformer ist die Tatsache charakteristisch, da sie eine
von dem Anzeige- und Registriergerät getrennte Baueinheit darstellen, daß also ein
zusätzliches Registrier- oder Anzeigeinstrument erforderlich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompensationsmeß-
und -regeleinrichtung unter Verwendung eines einfachen Kompensationsempfängers zu
schaffen, die bei hoher Ansprechgenauigkeit und kleiner Einstellzeit direkt als
Registrier- oder Anzeigeinstrument ausgebildet und in kleine Normgehäuse eingebaut
werden kann. Dabei soll der Aufbau so beschaffen sein, daß mit dem Anzeigemeßwerk
ein zusätzliches Gerät zur Abgabe von Regelimpulsen kombiniert werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist die Kompensationsmeß-und -regeleinrichtung
dergestalt, daß die das Gegendrehmoment liefernde Drehspule 13 über ihre Rückstellfeder
18 an dem Kompensationshebel 6 angreift.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird an Hand
der Zeichnung erläutert.
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Der zu messende Gleichstrom wird über die Klemmenl und 2 einer Tauchspule3
zugeführt, die auf einem Spulenträger 4 befestigt ist. Die Spule 3 taucht in den
Ringspalt eines topfförmigen Magneten 5 ein.
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Der Spulenträger 4 ist mit einem Hebel6 verbunden, der in dem Punkt
7 drehbar gelagert ist. Am freien Ende des Hebels 6 befindet sich ein Anker8, der
sich zwischen zwei Induktivitäten 9 und 10 bewegt.
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Bei Drehung des Hebels wird die eine Induktivität vergrößert und die
andere verkleinert. Dieses induktive Abtastsystem ist mit einem Verstärkerll verbunden,
der die Induktivitätsänderungen gleichzeitig in einen Gleichstrom umwandelt. Dieser
Gleichstrom speist über das Leitungspaarl2 die Spule 13 eines Drehspulsystems. Dieses
System besitzt einen Innenkernmagnetenl4 und einen Rückschlußring 15. Die Drehspule
13 ist mit einem Zeiger 16 verbunden, dessen Stellung auf einer Skalal7 abgelesen
wird. Der Zeiger kann auch eine Schreibfeder tragen, die den Meßwert auf einen nicht
dargestellten Papierstreifen aufzeichnet. An der Drehspule 13 ist das innere Ende
einer Spiralfederl8 befestigt. Das äußere Ende dieser Feder greift an dem Hebel
6 an. Die Achse des Drehspulsystems wird in der eingezeichneten Stellung des Hebels
6 von diesem gerade verdeckt. Die Wirkungsweise der bis jetzt beschriebenen Einrichtung
ist folgende: Der zu messende Strom durchfließt die Tauchspule3 und erzeugt in ihr
eine Kraft, die als Drehmoment an dem Hebel6 wirksam wird. Wenn dieser Strom so
gepolt ist, daß sich beispielsweise der Hebel6 nach rechts bewegt, wird der ferromagnetische
Anker 8 dem Eisenkern der InduktivitätlO genähert. Die InduktivitätlO vergrößert
sich, während die Induktivität9 kleiner wird. Hierdurch wird der Verstärkerll so
ausgesteuert, daß die Drehspule 13 eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn ausführt.
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Durch diese Drehung wird die Feder 18 stärker gespannt. Ihr äußeres
Ende versucht also den Hebel 6 nach links zu ziehen. Dieser nach links gerichteten
Kraft wirkt die Kraft der Spule entgegen, die den Hebel nach rechts zieht. So lange
wie diese beiden Kräfte nicht gleich groß sind, bewegt sich der Hebel 6.
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Über das induktive Abgriffsystem 8, 9, 10 wird der Strom in der Spule
13 so lange verändert, bis das Gleichgewicht hergestellt ist. Wenn sich jetzt der
Strom in der Spule 3 vergrößert, muß im gleichen Maße der Strom in der Spule 13
zunehmen, damit das Gleichgewicht erhalten bleibt. Die Ausschläge der Spule 13 sind
ein sehr genaues Maß für die Größe des Stromes in der Spule3. Die Einrichtung ist
so aufgebaut, daß der Hebel 6 nur sehr kleine Bewegungen ausführt, während die Spule
13 erheblich grö-
ßere Ausschläge erzeugt. Da die Spule 3 und der Anker 8 an einem
wesentlich längeren Hebelarm angreifen als die Feder 18, genügen bereits sehr kleine
Kräfte und Ströme in der Spule3, während an der Spule 13 ein sehr großes Verstellmoment
zur Verfügung steht. Das Gerät hat daher eine sehr kleine Einstellzeit. Ein wesentlicher
Vorteil besteht auch darin, daß die Schreibfederreibung praktisch nicht als Fehler
in die Messung eingeht, weil die Kennlinie der Kompensationseinrichtung ohne weiteres
ausreichend steil gemacht werden kann. Je nach Richtung des angreifenden Reibungsmomentes
wird dabei der Strom in der Drehspule 13 etwas zu groß oder zu klein eingestellt.
Die erzielbare Genauigkeit der Registrierung beträgt etwa 2 bis 3 Promille und liegt
damit wesentlich über der Genauigkeit eines üblichen Drehspulschreibers. Derartige
Genauigkeiten waren seither nur mit wesentlich größerem Aufwand erreichbar.
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In der Zeichnung ist weiterhin eine Schwenkspule 19 dargestellt,
die über einen Hebel 20 mit der Drehspule 13 verbunden ist. Die Schwenkspule bewegt
sich im Luftspalt eines Eisenkerns 21, dessen Mittelschenkel eine wechselstromdurchflossene
Spule 22 trägt. Je nach Stellung der Schwenkspule 19 wird in ihr eine Wechselspannung
induziert, die in dem Verstärker 23 verstärkt wird. In der Mittelstellung der Schwenkspule
ist die Wechselspannung gleich Null. Die bei Abweichung nach der einen Seite entstehende
Wechselspannung ist um 1800 gegenüber derjenigen Wechselspannung phasenverschoben,
die beim Ausschwenken nach der anderen Seite entsteht. An den Klemmen 24 und 25
des Verstärkers 23 können Regelimpulse abgenommen werden. Der Sollwert des angeschlossenen
Reglers wird in an sich bekannter Weise dadurch verstellt, daß man den Eisenkern
21 um die Drehachse der Spule 13, die gleichzeitig Schwenkachse der Spule 19 ist,
verdreht. Der gesamte Kompensationsempfänger einschließlich des Schwenkspulsystems
19, 20, 21, 22 kann in einem genormten Schreibergehäuse von recht kleinen Abmessungen
-beispielsweise 144x 144 mm - untergebracht werden. Die Erfindung ermöglicht also
den Bau einer Kompensationsmeß- und -regeleinrichtung unter Verwendung eines Kompensationsempfängers,
die sehr gut für den Schalttafeleinbau geeignet ist. Zweckmäßigerweise wird man
das Schwenkspulsystem so anbringen, daß der Sollwert des Reglers von der Vorderseite
des Gehäuses her eingestellt werden kann, während andere Verstellmöglichkeiten (z.
B. Änderung des Proportionalbereiches oder Einbau einer zusätzlichen Rückführung)
von der Rückseite des Gehäuses her gegeben sind. Die Änderung des Proportionalbereiches
am Schwenkspulsystem erfolgt durch entsprechende Einstellung der die Spule 22 speisenden
Wechselspannung. Hierfür kann ein Potentiometer eingebaut sein.