DE1147312B

DE1147312B - Electrical measuring device with several measuring ranges and overload protection relay

Info

Publication number: DE1147312B
Application number: DEG32258A
Authority: DE
Inventors: Franz Stoeckl; Dipl-Ing Ludwig Zwicker
Original assignee: C P GOERZ ELECTRO AG
Current assignee: C P GOERZ ELECTRO AG
Priority date: 1961-04-06
Filing date: 1961-05-12
Publication date: 1963-04-18

Description

Elektrische Meßeinrichtung mit mehreren Meßbereichen und Uberlastungs-Schutzrelais Die Erfindung betrifft eine elektrische Meßeinrichtung mit mehr als einem Meßbereich und mit einem oder mehreren Überlastungsschutzrelais. Die Meßeinrichtung eignet sich zur Messung von Gleich-und/oder Wechselstrom. Electrical measuring device with several measuring ranges and overload protection relay The invention relates to an electrical measuring device with more than one measuring range and with one or more overload protection relays. The measuring device is suitable to measure direct and / or alternating current.

Ziel der Erfindung ist es, die optimale Anpassung der Ansprechempfindlichkeit des Überlastungsschutzrelais an die jeweiligen Meßbedingungen in einer Weise zu erzielen, welche weder die Empfindlichkeit des Meßwerkes noch seinen Widerstand in ungünstiger Weise beeinflußt. The aim of the invention is to optimally adapt the response sensitivity of the overload protection relay to the respective measuring conditions in a way achieve which neither the sensitivity of the measuring mechanism nor its resistance adversely affected.

Bei einer der bekannten Ausführungsformen einer Überlastungsschutzeinrichtung für elektrische Meßeinrichtungen, insbesondere für Vielfachmeßgeräte, ist ein Relais in den Meßwerkkreis eingeschaltet. In one of the known embodiments of an overload protection device for electrical measuring devices, especially for multimeters, is a relay switched into the measuring circuit.

Dieses Relais liegt entweder direkt oder über Schaltungselemente wie Widerstände, Halbleiter od. dgl. parallel zum Meßwerk oder ist in Serie zum Meßwerk in den Meßwerkstromkreis eingeschaltet. Bei geringfügiger Überschreitung des Meßwerknennstromes spricht das Relais an, öffnet und/oder schließt Kontakte, welche den Gesamtstrom unterbrechen bzw. den Eingang der Meßeinrichtung kurzschließen. Diese Anordnung kann auch durch andere Schutzelemente wie Schmelzsicherungen, Dioden, Glimmlampen usw. erweitert werden.This relay is either directly or via circuit elements such as Resistors, semiconductors or the like parallel to the measuring mechanism or in series with the measuring mechanism switched into the measuring mechanism circuit. If the nominal current of the measuring mechanism is exceeded slightly the relay responds, opens and / or closes contacts that control the total current interrupt or short-circuit the input of the measuring device. This arrangement can also be achieved by other protective elements such as fuses, diodes, glow lamps etc. can be expanded.

Bei der obenerwähnten Schaltungsanordnung muß das Relais sehr empfindlich sein, damit es bei geringfügiger Überschreitung des Meßwerknennstromes anspricht. Die Ansprechempfindlichkeit des Relais ergibt sich aus dessen Konstruktion und außerdem aus den zur Verfügung stehenden Amperewindungen der Wicklung, gleichgültig, ob es sich um ein Drehspulrelais, ein Haltemagnetsystem oder um eine andere Ausführungsform handelt. Die durchweg kleinen Nennströme des Meßwerkes von einigen RA bis mA bedingen eine hochohmige Relaiswicklung. Es wird dadurch der Leistungsbedarf des eigentlichen Meßorgans (bestehend aus Meßwerk und Relais) vergrößert und durch den hohen Temperaturkoeffizienten der Relaiswicklung, welche zweckmäßigerweise aus Kupfer besteht, die Temperaturabhängigkeit des Meßorgans ebenfalls ungünstig beeinflußt. With the circuit arrangement mentioned above, the relay must be very sensitive so that it responds if the rated measuring current is slightly exceeded. The response sensitivity of the relay results from its construction and also from the available ampere-turns of the winding, regardless of whether it is be a moving coil relay, a holding magnet system or another embodiment acts. The consistently low nominal currents of the measuring mechanism of a few RA to mA a high-resistance relay winding. It thereby becomes the power requirement of the actual Measuring element (consisting of measuring mechanism and relay) enlarged and due to the high temperature coefficient the relay winding, which is expediently made of copper, the temperature dependence of the measuring element is also adversely affected.

Es ist weiter bekanntgeworden, einem Galvanometer ein Schutzrelais zuzuordnen, welches in einem eigenen, vom Galvanometer getrennten Stromkreis liegt. Der Stromkreis des Galvanometers umfaßte dieses selbst, einen vom Relais betätigten Ausschaltkontakt und eine Drossel sowie einem dem Galvanometer und dieser Drossel parallel geschalteten Kondensator. Ein anderer Stromkreis umfaßte eine über einen Vorwiderstand an die Klemmen gelegte Grätz- Gleichrichterschaltung, in deren Gleichstromseite die Wicklung des Schutzrelais lag, das den im Galvanometerkreis angeordneten Kontakt beim Auftreten einer zu hohen Spannung öffnete. Der Aufwand bei dieser Einrichtung war naturgemäß hoch; es mußte ein sehr empfindliches Relais verwendet werden und daher war auch die Gleichrichterschaltung erforderlich, um Unabhängigkeit von der Stromrichtung zu erzielen. Die Möglichkeit, ein solches Gerät für mehrere Meßbereiche unter Anpassung an diese geeignet zu machen, bestand nicht. It has also become known that a galvanometer is a protective relay which is in its own circuit, separate from the galvanometer. The galvanometer's circuit included this itself, one actuated by the relay Switch-off contact and a choke as well as a galvanometer and this choke capacitor connected in parallel. Another circuit included one over one Series resistor connected to the terminals Rectifier circuit, in its direct current side the winding of the protective relay, which was the contact arranged in the galvanometer circuit opened when too high a voltage occurred. The effort involved in this facility was naturally high; a very sensitive relay had to be used and therefore the rectifier circuit was also required in order to be independent of the Achieve current direction. The possibility of such a device for several measuring ranges To make it suitable by adapting to this did not exist.

Zur Erreichung dieses Zieles unter Vermeidung der Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen wird erfindungsgemäß bei einer Meßeinrichtung der eingangs angegebenen Art die Relaiswicklung oder die Relaiswicklungen in an sich bekannter Weise in einen vom Meßwerkstromkreis getrennten Stromkreis gelegt, und es werden Einrichtungen zur Änderung der Schaltung des oder der Relaisstromkreise in Abhängigkeit von der Meßbereichwahl zur Erzielung der Anpassung der Ansprechempfindlichkeit des oder der Relais an den gewählten Meßbereich vorgesehen. To achieve this goal while avoiding the disadvantages of the previous known devices is according to the invention in a measuring device of the initially specified type the relay winding or the relay windings in a per se known Way placed in a circuit separate from the measuring circuit, and there will be Means for changing the circuit of the relay circuit or circuits as a function from the selection of the measuring range to the adaptation of the response sensitivity of the or the relay is provided for the selected measuring range.

Durch diese Ausbildung einer Meßeinrichtung ergibt sich der Vorteil, daß nicht nur das Meßwerk des Gerätes für sich, sondern die ganze, die Meßeinrichtung bildende Schaltung gegen Überlastung sicher geschützt wird. Die zu dieser Schaltung gehörenden Widerstände (Vor- und Nebenwiderstände) oder sonstigen Schaltelemente brauchen in keiner Weise überdimensioniert zu werden, wie dies bei den bisher bekannten Meßeinrichtungen häufig der Fall war, da sie keiner Überlastung unterworfen werden können, nachdem infolge der erfindungsgemäß vorgenommenen Anpassung der Ansprechempfindlichkeit des Relais an die einzelnen Meßbereiche schon beim Erreichen oder geringfügigen Überschreiten der vorgegebenen Belastungsgrenze in jedem dieser Bereiche die Abschaltung erfolgt. This design of a measuring device results in the advantage that not only the measuring mechanism of the device for itself, but the whole, the measuring device forming circuit is safely protected against overload. The about this circuit associated resistors (series and shunt resistors) or other Switching elements do not need to be oversized in any way, as is the case with the previously known Measuring devices was often the case, since they are not subjected to overload can after as a result of the adaptation of the responsiveness made according to the invention of the relay to the individual measuring ranges as soon as they are reached or slightly If the specified load limit is exceeded in each of these areas, the shutdown he follows.

Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 die Schaltung eines direktzeigenden Ohmmeters, bei welchem die an sich bekannte Art der Anordnung eines Schutzrelais getroffen ist; Fig. 2 zeigt die Schaltung eines Mehrbereich-Meßinstrumentes mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Schutzrelais; Fig. 3 zeigt die Schaltung eines Vielfachspannungsmessers mit einer anderen Art der Anordnung des Schutzrelais, und in Fig. 4 ist die Schaltung des Relais stromkreises eines Outputmeters dargestellt; Fig. 5 zeigt eine der möglichen Ausführungsvarianten der Anordnung des Schutzrelais bei einem Vielfach-Wechselstrom-Amperemeter. Further features of the invention are explained with reference to the drawing. 1 shows the circuit of a direct-pointing ohmmeter in which the per se known type of arrangement of a protective relay is made; Fig. 2 shows the circuit of a multi-range measuring instrument with the inventive Arrangement of protection relay; Fig. 3 shows the circuit of a multiple voltmeter with another way of arranging the protective relay, and in Fig. 4 the circuit is the relay circuit of an output meter shown; Fig. 5 shows one of the possible Variants of the arrangement of the protective relay in a multiple alternating current ammeter.

Die Möglichkeit, mit einem Schutzrelais mehrere Meßkreise abzusichern, wird an einem cosnu-Messer im Blockschema nach Fig. 6 gezeigt. The possibility of protecting several measuring circuits with one protective relay, is shown on a cosnu knife in the block diagram of FIG.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist das Relais R in Serie zum Meßwerk M geschaltet. Die Ansprechempfindlichkeit ist für alle drei dargestellten Bereiche, die mit den Schalterstellungen al bis a3 gewählt werden können, konstant. Die Meßbereiche werden durch verschiedene Nebenwiderstände nl bis n3 zum Meßwerkkreis gebildet. Für die Messung hoher Widerstände wird n hochohmig sein, wodurch bei Überlastung nach Anschluß einer äußeren Spannung die thermische Beanspruchung der Bauelemente begrenzt ist. Bei einem Meßbereich für niedere Widerstände muß der Nebenwiderstand entsprechend klein gewählt werden, so daß im Falle einer Überlastung die Leistung in diesem Widerstand weit über die zulässige Grenze ansteigen kann. Es wäre also zweckmäßig, den Überlastungsschutz für den niederohmigen Meßbereich empfindlicher auszuführen, was aber durch den begrenzten Widerstand für M und R nicht möglicht ist. In the circuit shown in Fig. 1, the relay R is in series with the Measuring mechanism M switched. The responsiveness is shown for all three Areas that can be selected with switch positions a1 to a3 are constant. The measuring ranges become the measuring circuit through various shunt resistors nl to n3 educated. For the measurement of high resistances, n will be high-resistance, which means that in the event of an overload after connecting an external voltage, the thermal stress on the components is limited. In the case of a measuring range for low resistances, the shunt resistance must be chosen accordingly small, so that in the event of an overload, the performance in this resistance can rise far above the permissible limit. So it would be expedient, the overload protection for the low-resistance measuring range more sensitive to be carried out, but this is not possible due to the limited resistance for M and R. is.

Bei dem Meßgerät, dessen Schaltung Fig. 2 zeigt, ist die Ansprechempfindlichkeit des Relais den unterschiedlichen Überlastungsbedingungen dadurch angepaßt, daß die Relaiswicklung R an eine Nebenwiderstandskette nl bis n3 angeschlossen ist, wobei durch entsprechende Dimensionierung von n die Ansprechempfindlichkeit des Relais dem Meßbereich angepaßt werden kann. Durch den Vorwiderstand V wird der für den jeweiligen Meßbereich erforderliche Parallelwiderstand zum Meßwerkkreis gebildet. In the measuring device, the circuit of which is shown in Fig. 2, the sensitivity is of the relay adapted to the different overload conditions in that the Relay winding R is connected to a shunt chain nl to n3, wherein the response sensitivity of the relay by dimensioning n accordingly can be adapted to the measuring range. The series resistor V is used for the required parallel resistance to the measuring mechanism circuit in the respective measuring range.

Die Fig. 3 läßt erkennen, daß bei dem Gleichstrom - Vielfachspannungsmesser das Relais über eigene Vorwiderstände u 1 bis u3 an die zu messende Spannung angeschlossen ist. Die Meßbereichwahl erfolgt über die Schalterkontakte s 1 bis s 3. Mit diesem Schalter s ist der Schalter t gekuppelt, wodurch die Empfindlichkeitsanpassung des Relais an den gewählten Meßbereich zwangsweise erfolgt. Bei dieser Variante ist außerdem eine Gleichrichtung des Stromes, welcher durch den Schutzschalterzweig fließt, vorgesehen, falls das Relais zum Schutz der Meßeinrichtung, beispielsweise ein Drehspulrelais, nur bei Gleichstrom anspricht. Die Anpassung an die Oberlastungsverhältnisse erfolgt durch die Größe der Vorwiderstände ul bis u 3. Bei dieser Anordnung ist es möglich, das Vielfachvoltmeter hinsichtlich seines Innenwiderstandes, Temperaturganges und anderer Einflußgrößen unabhängig von der Auslegung und Anpassung der Schutzeinrichtung dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend auszulegen. 3 shows that in the DC multiple voltmeter the relay is connected to the voltage to be measured via its own series resistors u 1 to u3 is. The measuring range is selected via switch contacts s 1 to s 3. With this switch Switch s is coupled to switch t, whereby the sensitivity adjustment of the Relay to the selected measuring range takes place. In this variant in addition, a rectification of the current flowing through the circuit breaker branch flows, provided if the relay to protect the measuring device, for example a moving coil relay, only responds with direct current. The adjustment to the overload conditions takes place by the size of the series resistors ul to u 3. With this arrangement it is possible to the multiple voltmeter with regard to its internal resistance, temperature response and other influencing variables regardless of the design and adaptation of the protective device to be interpreted according to the respective purpose.

Bei der Schaltung eines Spannungsmessers mit konstantem Eingangswiderstand nach Fig. 4, beispielsweise bei einem Outputmeter, werden die Spannungsmeßbereiche über die Schalterkontakte s 1 bis s3 gewählt. In Serie zu den Vorwiderständen v 1 bis v 3 ist ein Drehspulmeßwerk in Verbindung mit einem Gleichrichter geschaltet. Durch die Schalterkontakte t 1 bis t3 werden die Nebenwiderstände nl bis n3 über die Wandlerwicklungen w 1 bis w3 an die zu messende Spannung geschaltet. Der Schalter t ist mit dem Schalter s mechanisch gekuppelt. Durch entsprechende Dimensionierung der Nebenwiderstände n ist der Eingangswiderstand des Gerätes bei allen drei gezeichneten Meßbereichen konstant. Das Schutzrelais R ist über einen Gleichrichter und die sekundäre Wandlerwicklung an die Meßeinrichtung angekoppelt. Durch die Bemessung der Wandlerwicklungen w 1 bis w3 kann die Ansprechempfindlichkeit des Schutzrelais an den gewählten Meßbereich angepaßt werden, ohne den eigentlichen Spannungsmeßzweig hinsichtlich seines Innenwiderstandes, Temperatureinflusses, Frequenzfehlers usw. ungünstig zu beeinflussen. When switching a voltmeter with constant input resistance according to Fig. 4, for example in the case of an output meter, the voltage measuring ranges selected via switch contacts s 1 to s3. In series with the series resistors v 1 to v 3 a moving coil measuring mechanism is connected in connection with a rectifier. Through the switch contacts t 1 to t3, the shunt resistors nl to n3 are over the transformer windings w 1 to w3 are connected to the voltage to be measured. The desk t is mechanically coupled to switch s. Through appropriate dimensioning the shunt resistance n is the input resistance of the device for all three drawn Measuring ranges constant. The protective relay R is via a rectifier and the secondary Converter winding coupled to the measuring device. By dimensioning the transformer windings w 1 to w3 can adjust the sensitivity of the protective relay to the selected measuring range be adapted without the actual voltage measuring branch with regard to its internal resistance, Influence of temperature, frequency error, etc. unfavorably.

In einer anderen Ausführungsvariante nach Fig. 5 wird bei einem Wechselstromamperemeter das Schutze relais R über einen eigenen Wandler WR in den Meßstromkreis eingeschaltet. Der Meßbereichwahlschalter s ist mechanisch mit dem Empfindlichkeitsumschalter t gekuppelt. Die Anpassung der Ansprechempfindlichkeit des Schutzorgans erfolgt, wie bereits bei der Ausführung nach Fig. 4 beschrieben, ohne Beeinflussung des eigentlichen Meßkreises, bestehend aus dem Wandler wm, dem Gleichrichter G und dem DrehspulmeßwerkM. An Stelle eines Drehspulmeßwerkes mit Gleichrichter ist die Verwendung von anderen Meßwerken, beispielsweise Dreheisenmeßwerken, möglich. In another embodiment variant according to FIG. 5, an alternating current ammeter the protective relay R is switched into the measuring circuit via its own converter WR. The measuring range selector switch s is mechanical with the sensitivity switch t coupled. The response sensitivity of the protective device is adjusted as is already described in the embodiment according to FIG. 4, without influencing the actual Measuring circuit, consisting of the converter wm, the rectifier G and the moving-coil measuring mechanismM. Instead of a moving-coil measuring mechanism with a rectifier, others can be used Measuring mechanisms, for example moving iron measuring mechanisms, are possible.

Im Blockschema nach Fig. 6 ist die Anwendung der Erfindung an einem Vielfachmeßgerät zur Messung von Wechselspannung, Wechselstrom und des Phasenwinkels w bzw. cos zwischen Spannung und Strom dargestellt. Der Eingang des Spannungszweiges ist mit U, der des Stromzweiges mit J bezeichnet. Der Aufbau des Gerätes zur Messung von Spannungen, Strömen und des cos g kann nach einer der bekannten Schaltungen ausgeführt sein. Für die Messung von Spannungen dient die als Block I dargestellte Schaltung, von Strömen die als Block II dargestellte Schaltung und zur Messung des cos Fu dient die Schaltung III. Die Wahl der Meßbereiche, der Meßart (Strom, Spannung, cos sowie die Verbindung des Anzeigeinstruments M an die jeweiligen Schaltungsblöcke erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Schaltern, welche wie die übrigen Details nicht gezeichnet sind. In the block diagram of FIG. 6, the application of the invention is on one Multimeter for measuring alternating voltage, alternating current and the phase angle w or cos shown between voltage and current. The input of the voltage branch is denoted by U, that of the branch is denoted by J. The structure of the device for measurement of voltages, currents and the cos g can according to one of the known circuits be executed. The block I shown is used for measuring voltages Circuit, of currents the circuit shown as block II and for measuring the cos Fu is used by circuit III. The choice of the measuring ranges, the type of measurement (current, voltage, cos and the connection of the display instrument M to the respective circuit blocks usually takes place with the help of switches, which like the other details are not are drawn.

Die Speisung der beiden Wicklungen a, b der Schutzrelais mit seinen Kontakten r 1 und r2 erfolgt aus den Geräten I und II, wie dies in einigen Ausführungsvarianten Fig. 2 bis Fig. 5 gezeigt wurde, so daß die Ansprechempfindlichkeit dem jeweils gewählten Strom- oder Spannungsmeßbereich angepaßt werden kann und ein Einfluß auf die Empfindlichkeit, den Widerstand, den Temperaturgang und andere Einflußgrößen des Meßwerkes vermieden wird.The supply of the two windings a, b of the protective relay with his Contacts r 1 and r2 are made from devices I and II, as in some design variants Fig. 2 to Fig. 5 was shown so that the Responsiveness can be adapted to the selected current or voltage measuring range and a Influence on sensitivity, resistance, temperature response and other influencing variables of the measuring mechanism is avoided.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Schutzrelaisstromkreises ermöglicht den Schutz auch bei der cos 1,u-Messung. Liegt das Relais wie in den bisher bekannten Schaltarten direkt zum Meßwerk in Serie oder parallel hierzu, so würde bei einer Überlastung des Strom- oder Spannungspfades der Meßeinrichtung das Relais nicht ansprechen, da der Strom durch das Meßwerk (bzw. Relais) praktisch nur von der Größe des cos v abhängig ist. An Stelle eines Relais mit zwei Wicklungen kann auch je ein Relais der Spannungs- und Strommeßschaltung zugeordnet werden. The design of the protective relay circuit according to the invention makes it possible protection even with cos 1, u measurement. Is the relay as in the previously known Switching types directly to the measuring mechanism in series or parallel to it, so would with a The relay does not overload the current or voltage path of the measuring device respond, since the current through the measuring mechanism (or relay) is practically only of the size of cos v is dependent. Instead of a relay with two windings, each a relay can be assigned to the voltage and current measuring circuit.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical measuring device with more than one Measuring range and with one or more overload protection relays, characterized by M e, that the relay winding or the relay windings in a known manner in one from the measuring circuit separate circuit and that means for changing the switching of the relay circuit (s) depending on the selection of the measuring range to achieve the adaptation of the response sensitivity of the relay or relays to the selected measuring range are provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that in the the relay winding or

Circuit containing windings, series resistors and / or shunt resistors and / or a transformer with several windings are provided and that one with A switch coupled to the measuring range switch is provided, which is used to switch on and off. Shutdown of the resistors and / or transformer windings is used.

3. Device according to claim 1, characterized in that the relay a rectifier is connected upstream.

4. Device according to claim 1, characterized in that the relay winding is divided into as many parts as there are measuring ranges and that the individual Parts of the relay winding with a switch coupled to the measuring range switch stay in contact.

5. Device according to claim 1, characterized in that the relay winding in as many parts as there are independent measuring circuits to be protected are, is divided and that the individual parts of the relay winding with a with are connected to the switch coupled to the measuring range switch.

Documents considered: German Patent No. 854 824; German interpretation document M 18344IXd / 21e, (published on August 9, 1956).