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Mechanische Verbindung zweier oder mehrerer elektrischer oder mechanischer
Meßsysteme. Die bekannten Meßinstrumente, die die Wirkung verschiedener direktzeigender
Meßsysteme zusammenfassen, wie Wattmeter für ungleich belastete Phasen, Stromzeiger
für die Summe von Einzelströmen .usw., sei es, daß zwei oder drei Meßsysteme direkt
auf nur eine Achse wirken, sei es, daß mehrere getrennte Meßsysteme durch starre
Verbindungselemente, wie Zahnrädchen, Stangen usw. aufeinauder oder auf einer gemeinsame
Zeigerachse
arbeiten, können nur einfache Funktionen, wie Summen und Differenzen der Wirkungen
der Einzelsysteme bilden.
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Es wurde nun gefunden, daß man eine allgemeinere Funktion der Einzelwirkungen
erhält, wenn man statt der starren Verbindungselemente federnde anwendet, die durch
Veränderung ihres Drehmomentes oder ihrer Spannung bei verschiedener Einstellung
der Einzelsysteme neuartige, zusammenfassende und direkt zeigende Meßeinrichtungen
auszuführen gestatten.
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Als Sonderfall sei ein Meßinstrument mit mechanischer aber federnder
Verbindung zweier Einzelmeßsysteme beschrieben, daß das Produkt Volt # Amp. eines
Wechselstromnetzes direkt anzeigt.
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Die üblichen Wattmeter für Wechselstrom (Drehstrom) zeigen das Produkt
Volt # Amp. # cos y an worin y der Phasenv erschiebungswinkel zwischen Spannung
und Strom ist; sie geben keinen Aufschluß über den vorhandenen blinden Strom oder
über die Phasenverschiebung. Es hat sich daher das Bedürfnis für ein Meßinstrument
für das Produkt Volt # Anip. herausgestellt, das innerhalb der üblichen Spannungsschwankungen
von etwa ± io Prozent der normalen Spannung genau anzeigt.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Anzeigeinstrument
schematisch dargestellt, das im wesentlichen aus einem Wechselstromamperemeter A
besteht, dessen Zeigerausschlag durch ein eingebautes Spannungszeigersystern T mechanisch
beeinflußt wird.
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Auf der Zeigerwelle .q des Amperemetersy stems ist ein Arm Aa so befestigt,
daß er in der Anfangslage (wenn der Strom = o ist) über a" hinaus verlängert nach
dem Endpunkt v oder v" des auf der Achse T des Voltmetersystems befestigten
Armes Vv zeigt. Schlägt der Zeiger des Amperesystems bis z (Abb. i) aus, so geht
der Arm Aa" in die Lage Aa. Zwischen den Endpunkten a und
v
der Arme Aa und Vv ist eine Schraubenfeder f ausgespannt, die je
nach der Lage des Endpunktes v des Armes Vv den Zeigerausschlag des Systems A mehr
oder weniger verkleinert.
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Abb.2 zeigt die Lage des Instrumentzeigers x bei verminderter Spannung.
Der Arm Vv des Spannungssystems ist von der Lage Vv" (Abb. x) in die Lage Vv; und
von 1v in die Lage VG' (Abb.2) gegangen; dadurch wird die Feder f mehr gespannt
und der Zeiger z geht in die Lage z'. Die früheren Lagen, entsprechend
Abb. i, sind in Abb. a gestrichelt eingezeichnet.
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Der Arm Vv des Voltmetersystems wird mit wachsender Spannung in der
Richtung des Pfeiles (links herum) gedreht und die Feder f also etwas nachgelassen,
so daß sich bei unveränderter Stromstärke der Zeigerausschlag des Amperesystems
annähernd proportional der Spannung vergrößert.
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Anderseits wird bei gleichbleibender Spannung und wachsender Stromstärke,
d.li. mit wachsendem 2lusschlagwinkel a der Arm VG" des Spannungssystems durch die
mitwachsende Zugspannung der Feder f etwas in der Richtung des Pfeiles (Abb. i)
bis in die Lage T-v verdreht; diese Verschiebung von v" nach v stört die Proportionalität
des von f erzeugten Gegendrehmomentes an der Achse.-1 nicht, da sie gerade so wirkt,
als wenn eine verlängerte Schraubenfeder f von derselben Windungsart in einem festen,
in der Verlängerung von av liegenden Punkt 1' aufgehängt wäre.
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Durch passende Wahl der Längen der Arme Aa, TG und der ungespannten
Feder f
im Verhältnis zur Strecke AV kann inan gute Proportionalität zwischen
dein Ausschlag a und dem Gegendrehmoment der Feder f erreichen, für einen Zeigerausschlag
bis über 6o' hinaus. Diese Proportionalität ist aber nötig, wenn die für die normale
Spannung geeichte TA-Skala auch bei der von der normalen abweichenden Spannung für
den ganzen Meßbereich richtig bleiben soll. Dagegen ist nicht nötig, daß die Stromstärke
des A-Systems dem Zeigerausschlage proportional ist.
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Der vorbeschriebene VA-Zeiger hal: keine von Null an gleichmäßig ausgeteilte
Skala; sie gleicht der Skala eines Dreheisenstromzeigers.
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Diese Volt # Amperemesser können um so leichter als registrierende
Instrumente ausgeführt werden, als sie meist einen kleinen Zeigerausschlag haben,
der unter 6o° bleibt.
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Das Konstruktionsprinzip, ein Zeigersvstem durch eine Zvlinderfeder
zu beeinflussen, die in der Nullage des Systems mit dem an ihm angebrachten Hebelarrn,
an dem sie angreift, in einer Geraden liegt, und deren Aufhängepunkt durch ein anderes
-,%Zeßsvstenr ungefähr in der Richtung der Feder verschoben wird, kann noch für
verschiedene Meßinstrumente, Regulier- und Ausgleichvorrichtungen Verwendung finden.
Beispiel i. Zur Messung der Leistung von Gleichstromapparaten, wenn es darauf ankommt,
Wattmeter mit sehr kleinem Eigenverbrauch zu bauen. Man denke sich in Abb. i das
Dreheisenamperesystern ersetzt durch ein Drehspulen- (Deprez-) System, und ebenso
das Voltsystem auch durch ein Drehspulensystein, beide durch eine Zvlinderfeder
wie früher verbunden. Die Drehspulensysteme haben für gleiches Zeigerdrehmoment
höchstens
des Eigenverbrauches als ein Dreheisen-(Weicheisen-) System.
Das: vom Voltsystem beeinflußte Amperesystein gibt hier innerhalb der Spannungsgrenze
von 2o Prozent der normalen Spannung direkt die Leistung an. Beispiel e.
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Umgekehrt kann man durch Beeinflussung eines Wattmetersystems, das
stark von der Temperatur abhängt (z. B. Ferraris-Wattineter), durch ein Metallthermometer,
das an Stelle des Voltmetersystems tritt, den Temperaturfehler beseitigen. Mit steigender
Temperatur würde das unbeeinflußte Wattmeter zu wenig zeigen; bewegt nun das Metallthermometer
den Aufhängepunkt der Zylinderfeder von ho nach Z' (Abb. i), d. h. wird die Feder
etwas entspannt, so schlägt der Wattmeterzeiger entsprechend weiter aus. Beispiel
3. gleicher Weise kann man durch ein Metallthermometer an Stelle des Voltmetersystems
den Temperaturfehler eines an Stelle des Amperesystems befindlichen Wirbelstrom-Drehzahlzeigers
ausgleichen. Aber immer nur, soweit der Zeigerausschlag des Drehzahlzeigers 9o°
nicht überschreitet. Beispiel q.. Für eine mechanische federnde Verbindung zweier
mechanischer Meßsysteme nach Abb. 3. Im Rahmen Rist eine leichte Welle a gelagert,
die den Propeller (Schraubenflügel) p trägt. Wird auf einem Flugzeug .der Apparat
so befestigt, daß die Welle a in die Bewegungsrichtung fällt, d. h., daß die Luft
in der Richtung der drei gewellten Pfeile gegen den Propeller anstreicht, so wird
er in der Richtung des gebogenen Pfeiles unter Anspannung der Feder s gedreht. Der
Ausschlag des auf der Welle a befestigten Zeigers z gibt ein Maß für die relative
Geschwindigkeit des Flugzeuges gegen die umgebende Luft, solange die Luftdichtigkeit
sich nicht ändert. Steigt das Flugzeug in höhere Luftschicht mit dünnerer Luft,
so würde der Zeiger bei derselben Geschwindigkeit weniger -weit ausschlagen. Setzt
nian nun auf den Rahmen R ein Aneroidbarometer $ und spannt eine Zylinderfeder f
zwischen den Hebelarmen b und c aus, die an der Welle a bzw. dem Barometer B entsprechend
Abb. i angebracht sind, so kann man den durch Verdünnung der Luft verursachten Fehler
in der Stellung -des Zeigers z durch Verstellung des Barometerarmes c ausgleichen.