DE1791131C3

DE1791131C3 - Einrichtung zum Messen einer Gleichspannung mit Hilfe eines Induktionszählers

Info

Publication number: DE1791131C3
Application number: DE19681791131
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag; Joerg-Michael 1000 Berlin Nagel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-09-19
Filing date: 1968-09-19
Publication date: 1974-08-08
Also published as: DE1791131B2; DE1791131A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen einer Gleichspannung (Meßspannung) mit Hilfe eines Induktionszählers, der netzgespeiste Feldwicklungen, einen diesen zugeordneten Scheibenläufer aus elektrisch leitendem Material sowie eine auf den Scheibenläufer wirkende Bremseinrichtung aufweist, deren Bremsmoment mit Hilfe der Meßspannung beeinflußbar ist.

Aus der deutschen Patentschrift 491 339 ist eine Einrichtung bekannt, bei der eine Wechselspannung mit einem Spannungsmesser bestimmt wird, wobei dieser den Bremsmagneten des mit der gleichen Wechselspannung beaufschlagten Induktionszählers über ein Kurbengetriebe mechanisch verstellt, so daß die Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufers proportional zur Meßspannung bzw. entsprechender Ausbildung des Bremsmagneten proportional zu einer Funktion der Meßspannung ist. Durch Abzählen der Umdrehungen des Scheibenläufers kann das Zeitinte- 6$ gral der Meßspannung bzw. einer Funktion der Meßspannung bestimmt werden.

Mit dieser Einrichtung ist es auch möglich, unter gewissen Voraussetzungen eine von der Wechselspannung des Induktionszählers unabhängige Gleichspannung durch die Prehgeschwindigkeit des Scheibenläufers zu bestimmen. Dazu sind aber zwei Meßgeräte notwendig, wovon das eine selber direkt die Spannung mißt, so daß Fehler dieses Meßgerätes auch direkt in die Bestimmung der Meßspannung eingehen. Ein weiterer Fehler geht in das Ergebnis durch die Verstellung des Bremsmagneten über das verhältnismäßig träge Kurbelgetriebe ein. Da ein derartiges Kurbelgetriebe nur bei hoher feinmechanischer Präzision absolut spielfrei konstruiert werden kann, sind schon geringe Abnutzungen oder Verschmutzungen der Lager mit ungenauen Positionierungen des Bremsmagneten'und damit auch ungenauen Meßwerten verbunden.

Ferner ist zu bedenken, daß zur Verstellung des Kurbelgetriebes und des Bremsmagnet.:■: Drehmomente aufgebracht werden müssen, die von Dreheiseninstrumenten nur abgegeben werden können, wenn die angelegte Gleichspannung verhältnismäßig groß ist.

Des weiteren muß zur exakten Bestimmung einer Gleichspannung bei dieser Einrichtung auch vorausgesetzt werden, daß der Scheibenläufer einen hohen Gleichlauf besitzt, 'ier jedoch in der gezeigten Form der Meßapparatur nur durch eine Konstantregelung des den Scheibenläufer treibenden Wechselstromes erreicht werden könnte. Solange Induktionszähler und Meßgerät von der gleichen Wechselspannung beaufschlagt werden, ist sie nicht nötig, da dann Proportionalität zwischen Meßspannung und Drehgeschwindigkeit des Scheibenläufers gegeben ist.

Diese konstruktiven Merkmale fuhren dazu, daß kleine Meßspannungen und kleine Schwankungen der Meßspannung nicht registriert werden und Schwankungen der am Scheibenläufer abgenommenen Drehgeschwindigkeit nicht eindeutig ,.uf Schwankungen der Meßspannung zuruckgeführ· werden können. Genaue Messungen sind also nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine Gleichspannung sehr genau bestimmt werden kann und bei der lediglich ein Meßgerät sowie zur Beeinflussung der Bremseinrichtung keine mechanischen Übertragungsglieder verwendet werden.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bremseinrichtung eine Magnetspule ist, deren Erregung über einen Verstärker im umgekehrten Sinne zu dessen Eingangssignal steuerbar ist, daß ferner mit dem Scheibenläufer ein Tachogenerator gekoppelt ist und daß dessen gleichgerichtete und geglättete, der Drehzahl des Scheibenläufers proportionale Ausgangsspannung und die Meßspannung im Eingangskreis des Verstärkers gegensinnig in Reihe geschaltet sind.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung dienen die netzgespeisten Feldwicklungen nur dazu, den Scheibenläufer anzutreiben. Von der Meßspannung werden die Feldwicklungen - im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung - nicht beeinflußt. Die Geschwindigkeit des Scheibenläufers wird über die Wirbelstrombremse gesteuert, deren Magnetfeld über einen Verstärker invers zum Eingangssignal dieses Verstärkers steuerbar ist. Je größer das Eingangssignal des Verstärkers ist, desto geringer wird die Erregung der Magnetspule der Wirbelstrombremse und desto schneller läuft der Scheibenläufer bei eleichblei-

bendem Antrieb durch ale Motorwicklungen. Eine Proportionalität wischen der auf den Verstärker gegebenen Meßgleichspannung und der Läuferdrehzahl unabhängig von Netzschwankungen wird durch eine Rückführung gewährleistet, indem durch einen Tachometergenerator eine der Drehzahl des Läufers proportionale Gleichspannung der Meßgleichspannung entgjgengeschaltet wird.

. Dabei kann der Läufer vorteilhaft mit 1 ächometerwicklungen zur Bildung eines Ferraris-Tachometer- generators zusammenwirken, dessen gleichgerichtete und geglättete Spannung als Rückführung in den Eingangskreis des Verstärkers eingespeist wird. Der Läufer des Motors dient somit gleichzeitig als Läufer des Tachometergenerators. Auf diese Weise wird eine *5 sehr einfache und raumsparende Anordnung erhalten.

Bei dem Meßgerät gemäß der Erfindung sind zur direkten Beeinflussung der Bremsmagneten nur elektrische, d.h. sehr schnell wirkende Größen maßgebend und im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung ^ao keine mechanisch bewegten Teile notwr.idig, die Ungenauigkeiten und Trägheiten bei der Anzeige bedingen.

Es bietet häufig Schwierigkeiten, bei einem Moiorzähler mit sehr geringen Meßspannungen zu arbeiten, ^a3 da bei geringen Drehzahlen Reibungseinflüsse u.dgl. das Meßergebnis verfälschen können.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann daher die Anordnung so getroffen werden, daß eine Konstantspannung in Reihe mit der Meßgleichspannung 3" und der Tachometergenerator-Spannung im Eingangskreis des Verstärkers liegt und der Läufer ein Zählwerk od. dgl. über ein Differentialgetriebe an-Ireibt, dessen zweite Eingangswelle mit konstanter Drehzahl so angetrieben wird, daß die Abtriebswelle des Differentialgetriebes bei der Meßspannung Null ttillsteht. Der Motor kann dann ständig im Bereich relativ großer Drehzahlen arbeiten. Der Einfluß der konstanten Spannung im Eingangskreis des Verstärkers wird mechanisch über das Differentialgetriebe *° kompensiert. Diese Maßnahme ist an sich bekannt.

Die Verwendung eines Ferraris-Zählmotors bietet den Vorteil, daß auch bei relativ geringen Drehzahlen eine stetige Bewegung des Läufers gewährleistet ist, unbeeinflußt von Polzahlen und Polabständen, daß *5 andererseits das Trägheitsmoment des Motors sehr gering gehalten werden kann und die Motordrehzahl Sauber den Änderungen der Meßspannung folgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung schematisch dargestellt und im folgenden 5<> beschrieben.

Mit 1 ist ein Scheibenläufer, ζ Β. aus Aluminium, bezeichnet. Der Scheibenläufer wird nach dem Ferrarisprinzip von einem Paar von Wicklungen 2 und 3 engelrieben, die vom Netz her erregt werden. Dabei «teilt die Wicklung 2 den Strompfad und die Wicklung 3 den Spannungspfad dar. Eine Magnetwicklung 4 bildet eine Wirbelstrombremse für den Scheibenläufer i. Die Wicklung 4 wird von einem Gleichstromverstärker 5 mit Gleichstrom gespeist. &>

Ein weiteres Paar von Wicklungen 6 und 7 wirken mit dem Scheibenläufer 1 zur Bildung eines Ferraris-Tachometergenerators zusammen. Die Wicklung 6 liegt am Netz. In der Wicklung 7 wird ein Wechselstrom erzeugt, dessen Amplitude der Drehzahl des Scheibenläufers I proportional ist. Dieser Wechselstrom wird von einem Gleichrichter 8 gleichgerichtet und durch einen Glättungskondensator 9 geglättet.

Im Eingangskreis des Verstärkers S liegen in Reihe eine Meßspannung U₁₄, ferner eine Korapensationsspannung von dem Kondensator 9, die über einen Widerstand 10 in den Eingangskreis des Verstärkers 5 eingespeist wird. Schließlich wird von einer Spannungsquelle Jl noch eine konstante Zusatzspannung 12 in den Eingangskreis des Verstärkers 5 eingespeist.

Der Verstärker 5 steuert die Erregung der Magnetspule 4 für die Wirbelstrombremse in einer zur Eingangsspannung des Verstärkers inversen Wehe. Je höher also die Eingangsspaunung ist, desto geringer ist die Erregung der Wicklung 3 und damit die Bremswirkung der Wirbelstrombremse.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:

Durch die Motorwicklungen 2 und 3 wird der Scneibenläufer 1 angetrieben. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen dem Antriebsdrehmoment und dem Bremsdrehmoment von der Wirbelstrombremse ein. Das letztere wild durch die Eingangsspannung von dem Verstärker 5 bestimmt, und zwar in der Weise, daß das Bremsdrehrnornent sich invers mit der Eingangsspannung des Verstärkers 5 ändert. Die Eingangsspannung des Verstärkers 5 setzt sich zusammen einmal aus der Meßspannung U_M, zum anderen aus der Rückführspannung am Widerstand 10, die von dem Tachometergenerator 1, 6, 7 geliefert wird. Wenn man zunächst einmal von der Zusatzspannung am Widerstand 12 absieht, so ergib⁴, sich folgendes: Die Meßspannung U_M vermindert die Bremswirkung und erhöht damit die Drehzahl des Scheibenläufers. Das erhöht wieder die Spannung am Widerstand 10. Bei hinreichendem Verstärkungsgrad des Verstärkers S wird durch die Rückführung erreicht, daß die Drehzahl des Scheibenläufers 1 proportional der Meßspannung U_M ist.

Um zu vermeiden, daß der Schesbenläufer mit sehr geringen Drehzahlen umlaufen muß, wo Reibungsund sonstige Einflüsse bemerkbar werden, kann zusätzlich zu der Meßspannung U_M am Widerstand 12 eine konstante Spannung im Eingangskreis des Verstärkers 5 liegen. Es läuft dann bereits bei der Eingangsspannung U_M = null der Scheibenläufer 1 mit einer endlichen Drehzahl. Das kann in der Weise kompensiert werden, daß der Scheibenläufer eine Eingangswelle eines Differntialgetiieöes antreibt. Die zweite Eingangswelle dieses Differntialgetriebes wird mit einer konstanten Drehzahl angetrieben. D<e Antriebswelle des Differentialgetriebes treibt ein Zählwerk od. dgl. Dabei können diese konstante Drehzahl und die Spannung am Widerstand 12 so abgestimmt werden, daß bei der Eingangsspannung null die Abtriebsweile des Differentialgetriebes stillsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ginrichtung zum Messen einer Gleichspannung (Meßspannung) mit Hilfe eines Induktions-Zählers, der netzgespeiste Feldwicklungen, einen diesen zugeordneten Scheibenläufer aus elektrisch leitendem Material sowie eine auf den Scheibenläufer wirkende Bremseinrichtung aufweist, deren Bremsm^ment mit Hilfe der Meßspannung beein- ^tq flußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung eine Magnetspule (4) ist, deren Erregung über einen Verstärker (5) im umgekehrten Sinne zu dessen Eingangssignal ist, daß ferner mit dem Scheibenläufer (1) ein Tachogene- »5 rator gekoppelt ist und daß dessen gleichgerichtete und geglättete, der Drehzahl des Scheibenläufers (1) proportionale Ausgangsspannung und die Meßspannuni» im Eingangskreis des Verstärkers (5) gegensinnig in Reihe geschaltet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tachogenerator (1, 6, 7) ein InduktiGns-(Ferraris-)Tachometergenerator ist, der aus dem Scheibenläufer (1) und zwei diesem zugeordenten Tachometerwicklungen be- »5 steht, von denen die erste (Wrcklung 6) mit dem Netz verbunden, während die zweite (Wicklung 7) als Induktionsspule ausgebildet ist, deren Ausgangsspannung gleichgerichtet und geglättet in den Eingangskreis des Verstärkers (5) rückgekoppelt ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eae Konstantspannung in Reihe mit der Meßspannung (U_M) und der Tachometergeneratorspannung im Eingangskici«> des Verstärkers (S) liegt und daß der Scheibenläufer (Ϊ) ein Zählwerk über ein Differentialgetriebe antreibt, dessen zweite Eingangswelle eine konstante Drehzahl aufweist, derart, daß die Antriebswelle des Differentialgetriebes für den Zähler bei der Meßspannung (U_M) Null stillsteht.