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Einrichtung zum Messen des Gangfehlers von Elektrizitätszählern Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand eine bequem und ohne
die Möglichkeit von Irrtümern bedienbare Zählerprüfeinrichtung zu schaffen, die
es gestattet, die Ermittlung des Gangfehlers mit der für eine amtliche Beglaubigung
geforderten sehr hohen Genauigkeit vorzunehmen.
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Die hier gestellte Aufgabe, einen vorhandenen Gangfehler des Prüflings
objektiv zahlenmäßig zu bestimmen, ist streng zu trennen von der Aufgabe, festzustellen,
ob überhaupt ein Gangfehler vorhanden ist, und auf Grund dieser Feststellung den
Prüfling so lange zu justieren, bis der Gangfehler verschwunden oder auf einen festgelegten
Betrag herabgesetzt ist.
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Eine bekannte Prüfeinrichtung, die dem letzteren Zweck dient, arbeitet
in der Weise, daß von dem Prüfling und von einem Normalzähler je ein Sonnenrad eines
Differentialgetriebes angetrieben wird, dessen mit einem Zeiger verbundene Planetenradwelle
stillsteht, wenn der Prüfling gangfehlerfrei ist, während der Zeiger bei Vorhandensein
eines Gangfehlers in der einen oder anderen Richtung wandert. Um die Zähler mechanisch
nicht zu belasten, erfolgt der Antrieb der Sonnenräder des Differentialgetriebes
durch die Zählerläufer nicht unmittelbar. Beide Zähler sind vielmehr mit Impulsgebern
ausgerüstet, deren Impulse Schrittschaltwerke, Hilfsmotoren od. dgl. betätigen,
die dann ihrerseits die Sonnenräder antreiben.
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Um die Konstante des Normalzählers der des Prüflings anpassen zu können,
ist zwischen den Impulsgeber des Normalzählers und den Antriebsmotor für das zugehörige
Sonnenrad noch ein Impulszahlwandler mit einstellbarem Übersetzungsverhältnis geschaltet.
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Zur zahlenmäßigen Ermittlung eines etwa vorhandenen Gangfehlers des
Prüflings benutzt man meist ebenfalls einen Normalzähler, der gewöhnlich als Eichzähler
bezeichnet wird. Hier hat man, sofern man ein Prüfverfahren mit Zählen und Abstoppen
von Ankerumläufen benutzt, den Eichzähler auch schon so ausgebildet, daß es möglich
ist, den Gangfehler unmittelbar, d. h. ohne irgendwelche Rechnung oder Benutzung
von Tabellen abzulesen. Man hat zu diesem Zweck den Eichzähler, dessen Belastung
entsprechend dem sogenannten Gleichlastverfahren bei allen Messungen praktisch konstant
ist und jeweils in einem definierten Verhältnis zu der Belastung des Prüflings steht,
mit geometrisch gestuften Gangfehlerskalen ausgerüstet, die es gestatten, den wahren
Fehlerwert eines Prüflings beliebiger Zählerkonstante, mit einem vertretbaren Zusatzfehler
behaftet, direkt abzulesen.
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Ein Mangel dieser Methode besteht darin, daß der
Eichzähler zu Beginn
der Messung eingeschaltet und an ihrem Ende wieder ausgeschaltet werden muß, wobei
außer dem Zusatzfehler durch Anlauf und Auslauf des Läufers der Erwärmungszustand
im Spannungspfad je nach Dauer der Ausschaltpausen verschieden ist. Außerdem kann
es vorkommen, daß versehentlich eine falsche Fehlerskala benutzt wird.
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Es sind auch schon Zählerprüfeinrichtungen zur Bestimmung des Gangfehlers
durch Vergleich mit einem Eichzähler bekannt geworden, bei denen der Gangfehler
an einem Zählwerk unmittelbar ablesbar ist, ohne daß der Prüfling oder der Eichzähler
dabei mechanisch belastet wird. Auch hier geben die Zähler Impulse ab, die durch
fotoelektrische Abtastung von auf dem Rand der Zählerscheibe angebrachten Marken
gewonnen werden. Bei einer bekannten Anordnung dieserArt ist auf der Zählerscheibe
des Prüflings eine Teilung angebracht, die bei lichtelektrischer Abtastung Impulse
liefert, deren Anzahl ein Maß für den von dem Prüflingsläufer zurückgelegten Winkelweg
ist. Die Scheibe des Eichzählers weist jedoch nur eine einzige Marke auf, und die
Messung erfolgt jedesmal in der Weise, daß festgestellt wird, wie viele Impulse
während eines oder mehrerer voller Umdrehungen des Eichzählers von dem Prüfling
abgegeben werden.
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Auf eine fehlerfreie Reproduktion des Winkelweges des Prüflings durch
die gezählten Impulse kann man sich jedoch nicht verlassen. Für die Fotozelle steht
nur das diffuse, von der Läuferscheibe des Prüflings
reflektierte
Licht zur Verfügung. -Schon bei einem fabrikneuen Prüfling können hier durch schlechten
Druck der Markierungen und durch unrunden Lauf der Scheibe Fehler auftreten. Es
werden aber auch Zähler geprüft, die schon jahrelang in Betrieb gewesen sind. Dann
können Verschmutzungen des Scheibenrandes und der Glasscheibe in der Zählerkappe
eine einwandfreie Impulsgabe unmöglich machen.
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Ferner ändert sich bei der bekannten Einrichtung mit der Frequenz
der Impulse auch die Steilheit ihrer Kurvenstirn etwa proportional mit der Belastung
des Prüflings. Bei Großbereichszählern mit 500 /o Grenzlast können sich diese Werte
zwischen kleiner Last und Grenzlast im Verhältnis 1 : 100 ändern, und dadurch wird
die Zählung der Impulse durch das Zählwerk sehr unsicher.
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Schließlich bilden die bei Zählern üblicherweise vorgesehene Hemmfahne,
die auch »Leerlaufhäkchend genannt wird, sowie bei der Fertigung billiger Gebrauchszähler
unvermeidbare Umstände, wie Eiseneinschlüsse in der Läuferscheibe, unterschiedliche
Dicke oder Dichte der Scheibe u. ä., die Ursache dafür, daß der Zähler trotz genau
konstanter Belastung nicht mit konstanter Winkelgeschwindigkeit läuft.
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Dann ist aber, selbst bei- einwandfreier Abtastung der Scheibenmarkierungen,
die Zahl der abgegebenen Impulse zwar ein Maß für den zurückgelegten Winkelweg,
dieser ist aber kein genaues Maß mehr für die durchgeflossene Arbeitsmenge. Besonders
störend ist das bei kleinen Drehzahlen, wo das Schwungmoment der Läuferscheibe .keinen
ausgleichenden Einfluß mehr ausüben kann.
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Diese Nachteile werden bei einer anderen bekannten Zählerprüfeinrichtung
vermieden, bei der die von dem Zählwerk gezählten Impulse nicht von dem Prüfling,
sondern von einem Impulsgeber des Eichzählers geliefert werden. Die Läuferscheibe
des Prüflings besitzt nur eine einzige, lichtelektrisch abgetastete Marke, so daß
bei jedem Umlauf ein Impuls entsteht. Hierdurch wird ein in der Verbindung zwischen
dem Impulsgeber des Eichzählers und dem Zählwerk liegender Schalter in Form eines
Relais kontaktes derart gesteuert, daß das Zählwerk jeweils nur für eine oder mehrere
volle Umdrehungen des Prüflingsläufers mit dem Impulsgeber des Eichzählers verbunden
ist. Das Zählwerk zählt also die Impulse, die der Eichzähler während einer bestimmten
Anzahl von vollen Umdrehungen des Prüflingsläufers abgibt. Bei Gangfehlerfreiheit
des Prüflings entfallen auf eine Prüflingsumdrehung eine ganz bestimmte bekannte
Zahl von Impulsen, und die Abweichung der Zählwerksanzeige von dieser Sollzahl ist
somit ein Maß für den Gangfehler des Prüflings.
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Von dieser bekannten Maßnahme macht auch die vorliegende Erfindung
Gebrauch. Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung gestattet es die Prüfeinrichtung
gemäß der Erfindung aber durch eine besondere Ausbildung des Zählgerätes, den Gangfehler,
ohne irgendeine Rechnung durchführen zu müssen, direkt zahlenmäßig und vorzeichengerecht
abzulesen, so daß auch in dieser Hinsicht Irrtümer ausgeschlossen sind und durch
eine gegebenenfalls mit dem Zählgerät gekuppelte Druckvorrichtung der Zahlenwert
des Gangfehlers dokumentarisch festgehalten werden kann.
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Die Erfindung benutzt ein Zählgerät, das im Prinzip beim Fortschalten
im Sinne abnehmender Zahlen
nach Durchlaufen der Zahl Null wieder aufwärts zählt,
wobei auf irgendeine Weise erkennbar gemacht wird, auf welcher Seite der Zahl Null
sich die gerade angezeigte Zahl befindet. Es werden also in voneinander unterscheidbarer
Weise sowohl positive als auch negative Zahlenwerte angezeigt. Zählgeräte, die nach
diesem Prinzip arbeiten, sind für andere Zwecke bereits benutzt worden.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen des Gangfehlers
von Elektrizitätszählern durch Vergleich ihres Winkelweges mit dem eines Eichzählers,
bei der jeder der beiden Zähler mittels eines mit ihm verbundenen Impulsgebers Impulse
abgibt, deren Zahl seinem Winkelweg verhältnisgleich ist, und ein Zählgerät vorgesehen
ist, welches die auf eine bestimmte Zahl von Impulsen des einen Zählers entfallende
Zahl der von dem anderen Zähler abgegebenen Impulse zählt. Sie geht aus von der
Vereinigung von zwei an sich bekannten Prinzipien, von denen sich das eine auf die
Bildung einer die Ermittlung des Gangfehlers erlaubenden 'Impulszahl und das andere
auf das zur Auswertung dieser Impulszahl dienende Zählgerät bezieht, das allerdings
noch in einer besonderen Weise betrieben werden muß, um das gewünschte Ziel zu erreichen.
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Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, daß in an sich bekannter
Weise im Eingang des Zählgerätes ein Schalter vorgesehen ist, der durch die Impulse
des Prüflings derart gesteuert wird, daß er bei jeder Messung das Zählgerät für
eine ganze Zahl von vollen Umdrehungen des Prüflingsläufers mit dem Impulsgeber
des Eichzählers verbindet, und daß das Zählgerät so beschaffen ist, daß seine Anzeige,
ausgehend von der auf eine Zehnerpotenz, z. B. auf 104, festgelegten Zahl der bei
Gangfehlerfreiheit des Prüflings auf dessen vorgegebene Umdrehungszahl entfallenden
Impulse des Eichzählers, beim Zählen dieser Impulse zunächst bis auf Null abnimmt
und anschließend unter Kenntlichmachungen der geänderten Zählrichtung wieder zunimmt.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Der Eichzähler 1 besteht aus einem Wechselstrom-Präzisionszähler
mit hohem spezifischem Drehmoment, der zweckmäßig ohne Zählwerk und ohne Leerlaufhäkchen
betrieben wird und bei dem der vom Läufergewicht herrührende Druck auf das Lager
in bekannter Weise mittels magnetischer Aufhängung des Läufers vermindert sein kann.
Sein Spannungspfad 11 ist mit dem der Prüflinge20, vorzugsweise ohne Spannungswandler,
nach Fig. 2 parallel geschaltet. Sein Strompfadl2 ist in der von Zählerprüfeinrichtungen
in sogenannter Gieichlastschaltung her bekannten Art sekundär an einen nicht darge
stellten primär umschaltbaren Stromwandler höchster Genauigkeit derart angeschlossen,
daß für alle Nennstromstärken und Laststufen der gleiche sekundäre Sollstrom, vorzugsweise
5 oder 1 A auftritt.
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Die Läuferscheibe 13 des Eichzählers ist mit einer Teilung bzw. Markierung
versehen, die es ermöglicht, mittels des angebauten, aus der Lichtquelle 2 und der
Fotozelle 3 bestehenden fotoelektrischen Fühlers den Winkelweg des Läufers in Form
einer entsprechenden Anzahl elektrischer Impulse zu erfassen. Durch einen Schalter
4, der in bekannter Weise durch einen auf den Durchgang der Nullmarke der Ankerscheibe
des Prüflings reagierenden Lichtfühler in Verbindung mit einem einstellbaren Abzählgerät
für die Prüflingsumdrehungszahl
gesteuert wird, können die nachgeordneten
Apparate des Impulspfades ein- und ausgeschaltet werden.
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In dem Impulspfad gestattet ein Impulsvervielfacher 5, die Zahl der
von dem Lichtfühler 3 gelieferten Impulse in einem einstellbaren Verhältnis, beispielsweise
drei-, vier- oder fünfmal zu vervielfachen.
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Außerdem durchlaufen die Impulse noch einen Impulsuntersetzer 6, der
je nach Einstellung entweder jeden oder nur jeden zweiten Impuls durchläßt.
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Mit 7 ist ein vorzugsweise elektronisches Zählgerät bezeichnet, das
die von dem Lichtfühler 3 gelieferten, gegebenenfalls in ihrer Zahl über- oder untersetzten
Impulse zählt, solange der Schalter 4 geschlossen ist.
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Das Zählgerät 7 ist in sich so geschaltet, daß bei ankommenden Impulsen
zunächst die auf der linken Seite des Anzeigeteils liegenden, beispielsweise vier
Dekaden rückwärts, d. h. jede von 9 abwärts bis 0 durchlaufen wird, derart, daß
die angezeigte Zahl stetig von 9999 bis 0000 abnimmt. Die rechts davon liegenden,
z. B. drei Dekaden werden alsdann anschließend vorwärts, d. h. von 0 nach 9 aufwärts
durchlaufen, so daß die angezeigte Zahl, während die Anzeige links unverändert 0000
beträgt, von 000 bis 999 stetig ansteigen kann. In Fig. 1 ist dieser Vorgang durch
ab- bzw. aufwärts gerichtete Pfeile an den einzelnen Dekaden des Zählgerätes 7 symbolisch
angedeutet. Ungeachtet der Zählerkonstante und des eingestellten Belastungspunktes
für den Prüfling wird jede Gangfehlermessung in der weiter unten noch näher beschriebenen
Weise so durchgeführt, daß der Sollzahl der Läuferumdrehungen des Prüflings beispielsweise
10 000 dem Zählgerät zugeführte Impulse entsprechen. Wird diese Zahl vor Beginn
der Messung auf der linken Dekadenseite vorgegeben und wird dann der Schalter 4
geschlossen, bis der Prüfling die entsprechenden Umläufe gemacht hat, so würde am
Schluß das Zählgerät 7 die Zahl 0 anzeigen, wenn Soll- und Istzahl der Prüflingsumdrehungen
übereinstimmen, d. h. der Fehler des Prüflings Null ist.
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Weist der Prüfling 20 jedoch einen Plusfehler auf, so hat das Zählgerät
7 noch nicht alle Sollimpulse vom Eichzähler 1 her erhalten, wenn der Schalter 4
es bereits wieder ausschaltet. Es bleibt also auf den linken, rückwärts durchlaufenen
Dekaden ein Restbetrag übrig, der somit den Plusfehler des Prüflings darstellt.
Ist der Prüfling dagegen mit einem Minusfehler behaftet, so erhält in analoger Weise
das Zählgerät bis zum Öffnen des Schalters 4 zu viele Impulse.
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Der Überschuß an Impulsen erscheint auf den rechten, vorwärts durchlaufenen
Dekaden und bezeichnet so einen Minusfehler des Prüflings.
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Die Aufteilung der Dekaden des Zählgeräts in eine vorwärts und eine
rückwärts zu durchlaufende Dekadengruppe kann auch dadurch ersetzt werden, daß eine
einzige Dekadengruppe zunächst rückwärts durchlaufen wird und daß sodann, wenn die
Anzeige Null erreicht ist, ein Umschalter betätigt wird, der bewirkt, daß die gleichen
Dekaden, jedoch diesmal im Aufwärtssinne, d. h. von 0 nach 9 nochmals durchlaufen
werden. Ein Schauzeichen, durch diesen Umschalter betätigt, zeigt an, ob die angezeigte
Impulszahl positiv oder negativ zu bewerten ist.
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Ein wichtiger Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht noch
darin, daß bei einer Sollzahl von beispielsweise 10 000 Impulsen der Wert jedes
Impulses 0,01 O/o des Sollwertes beträgt. Da für kleine
Fehlerwerte, wie sie an Elektrizitätszählern
normalerweise auftreten, die Differenz Sollimpulse minus Istimpulse durch die konstante
Zahl der Sollimpulse geteilt werden kann, ohne einen merkbaren Rechenfehler zu machen
- bei einem Gangfehler von 3 O/o beträgt er beispielsweise erst 0,9 O/o -, kann
die am Zählgerät 7 angezeigte Zahl unmittelbar als Gangfehlerwert, in der Einheit
10-4 ausgedrückt, angesehen und, wenn gewünscht, durch Betätigen eines Druckknopfes
9 mittels eines Druckapparates 8 urkundlich festgelegt werden. Letzterer kann dabei
so eingerichtet sein, daß er gleichzeitig und selbsttätig ein Kennzeichen mitdruckt,
das beispielsweise der am Schaltpult der Zählerprüfeinrichtung für den Prüfling
eingestellten Laststufe entspricht. Dies kann in der Weise bewirkt werden, daß eine
entsprechende Steuerleitung für den Druck apparat 8 über Hilfskontakte geschleift
ist, die an der Einstelleinrichtung für die Laststufe des Prüflings angeordnet sind.
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Der Impulsuntersetzer 6 ist vorgesehen, damit keine Verdoppelung
der Prüfzeit bei Prüfpunkten mit dem Leistungsfaktor cos ? = 0,5 eintritt. Er wirkt
in der Weise, daß er bei der für Messungen mit cos f = 1 vorgesehenen Einstellung
nur jeden zweiten Impuls, bei der für Messungen mit cos w = 0,5 dagegen alle Impulse
durchläßt. Zu dem gleichen Zweck kann er auch als Impulsverdoppler ausgebildet werden,
der bei cos Sg = 1 alle Impulse durchläßt und sie bei Messungen mit cos 9 = 0,5
verdoppelt. Um eine selbsttätig richtige Einstellung dieses Impulsuntersetzers bzw.
-verdopplers 6 zu bewirken, kann er auch mechanisch oder über einen elektrischen
Steuerpfad mit dem - nicht gezeichneten - Einstellorgan für den Leistungsfaktor
auf der Prüftafel verbunden sein.
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Die Konstantenanpassung der Prüfeinrichtung an den Prüfling geschieht
durch zwei verschiedene Organe. Eine grobe Anpassung erfolgt durch den bereits oben
erwähnten Impulsvervielfacher 5. Wenn dieser beispielsweise die hineingeleiteten
Impulse je nach Einstellung mit drei, vier oder fünf vervielfältigen kann, so braucht
ein zusätzlicher Apparat zur Einstellung der Konstanten (Läuferumdrehungen je kWh)
des Eichzählers 1 selbst nur noch etwa einen Bereich von 204/o (+ 10 0/o) zu erfassen,
was ohne merkbare Zusatzfehler möglich ist.
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Dieser Apparat besteht nach Fig. 2 aus einem mit Anzapfungen versehenen
Zusatzwandler 10 im Spannungspfad 11 des Prüfzählers 1, der es gestattet, positive
oder negative Zusatzspannungen der Grund- bzw.
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Nennspannung, die am Prüfling 20 wirksam ist, hinzuzufügen. Die Erfahrung
zeigt, daß in Anbetracht der genormten Konstantenreihe für Elektrizitätszähler eine
Anzahl von fünf bis sechs Stufen ausreicht, so daß man die entsprechenden Anschlüsse
solide und praktisch ohne irgendwelche tJbergangswiderstände ausführen kann.
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Sofern der verwendete Präzisionszähler bis zu einer Spannungsabweichung
von + 10 4/o etwa den gleichen Zusatzfehler bei Nennstrom, cos = 1 und cos = 0,5
aufweist, kann man diesen als Korrektion sogleich in die Abgriffe mit eineichen.
Will man den gleichen Zusatzwandler 10 für verschiedene Prüfzähler mit ungleichen
Spannungszusatzfehlern verwenden, so kann man zweckmäßigerweise in der Primärwicklung
dieses Zusatzwandlers einige Abgleichwindungen vorsehen. Da der Zusatzwandler nur
maximal ein Zehntel der gesamten am Prüfzähler wirksamen Spannung liefert, kann
sein Fehler auch
nur entsprechend in Erscheinung treten. Es ist
demnach nicht erforderlich, dieses Gerät besonders genau zu justieren.