DE393341C

DE393341C - Kompensationsvorrichtung zur Bestimmung von Phase, Amplituede oder Frequenz einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE393341C
Application number: DES62645D
Authority: DE
Inventors: Erwin Gerlach
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1923-04-13
Filing date: 1923-04-13
Publication date: 1924-04-04

Description

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13.'Apri11923 ab. Die bekannt gewordenen Kompensationsmeßvorrichtungen für Wechselstrom besitzen entweder keine allzu große Genauigkeit oder aber die Messung selbst bzw. die Feststellung des Meßergebnisses ist umständlich.
Erfindungsgemäß wird ein Meßgerät benutzt, das sowohl große Genauigkeit als auch Einfachheit der Ausführung miteinander vereinigt und bei dem das Meßergebnis ohne Rechnung ermittelt wird. Im wesentlichen besteht der Erfindungsgegenstand aus mehreren, zweckmäßig vier Spulen vorzugsweise flacher Bauart, die von Wechselstrom durchflossen werden, und einer in ihrem gemeinsamen, symmetrischen elektromagnetischen Feld verschiebbar angeordneten Meßspule. Die Phase des Wechselstromes ist in jeder der vier Spulen um einen bestimmten Betrag gegenüber jeder anderen versetzt. -Verschiebt man nun die Meßflachspule, so kann man durch Kompensation der induktiv in dieser erzeugten Spannung die Phase und die Amplitude einer unbekannten -Wechselspannung von derselben Frequenz bestimmen. Die Einzelheiten der Erfindungen sollen an Hand der Abbildungen dargelegt werden.
Der Erfindungsgedanke ist in Abb. r schematisch dargestellt. Die vier Spulen S1, S" S3, S, sind derart nebeneinander angeordnet, daß ihre Mittelpunkte in derselben Ebene liegen. Parallel zu dieser Ebene verschiebbar ist in dem gemeinsamen elektrischen Feld der Spulen die Meßspule S angeordnet. Leitet man nun einen Wechselstrom durch Spule S1 mit der Phase y durch S., mit der Phase go ` + y durch S3 mit der Phase z8o ° -i- (p und durch S1 mit der Phase 270 - + y, so wird in der Spule S im allgemeinen eine Spannung induziert, deren Amplitüde und Phase von der jeweiligen Lage der Spule S abhängig ist. Durch Verschieben der Spule S kann man stets eine solche Stellung finden, in welcher Kompensation erfolgt.
In Abb. 2 ist eine Art Polarkoordinatennetz, das je nach der Gestalt der vier Spulen mehr oder weniger Verzerrung aufweist und zweckmäßig empirisch festgelegt wird, dargestellt. Diesem Netz kann man aus der jeweiligen Lage des Mittelpunktes .l1 der Meßspule bei erfolgter Kompensation die Größe der Phase der in der Meßspule induzierten Spannung als Abstand 11 von 0Y, gemessen auf den Kurven z, 2, 3, und die Amplitüde dieser Spannung als Abstand01T, gemessen auf den von O ausgehenden Kurven o,o- bis o,3i5 -, ablesen. Will man nun eine beliebige Wechselspannung von der Frequenz (o beispielsweise zwischen den Klemmen eines Drehkondensators kompensieren, so schaltet man die Meßspule über ein Nullinstrument, beispielsweise Nulltelephon, an die beiden Klemmen, verschiebt die Meßspule so lange, bis der Ton verschwindet und liest aus der Stellung des Mittelpunktes 11 der Meßspule an dem Koordinatennetz die Amplitiide und die Phase der Spannung ab.
Um ein genaueres Ablesen zu ermöglichen, wird eine in Abb.3 schematisch dargestellte Interpolationseinrichtung verwendet. Hat man bei der Kompensation die Meßspule S in eine Lage gebracht, in der der Ton im Nulltelephon fast verschwindet, so legt man um die Spule S einen Ring R aus Isoliermaterial. Dieser Ring wird dann so lange;verschoben, bis beim Herumführen der Spule S an seinem inneren Umfange der Ton in dem Nulltelephon konstant bleibt. Die Lage des Mittelpunktes 311 des Ringes R gibt dann die genaue Nullage an, aus der wiederum aus dem Koordinatennetz Phase und Amplitüde d<e2s@N'echselstromes bestimmt ",erden können.
Die Interpolation läßt sieh weiter verfeinern, wenn man in den Ring R einen oder mehrere andere Ringe einlegt, in deren innersten die Spule S hineingesetzt wird. So kann man, ohne Betätigung von Schaltern oder Widerständen, den Interpolationsbetrag, d. h. die Größe des Kreises, auf dessen Umfang man die Spule S um ihre wahre Nullstellung herumführt, beliebig verändern. Die Anordnung der Ringe kann auchderartgetrofien sein, daß dieSpuleS an dem äußeren Umfange der Ringe herumgeführt wird, z. B. durch Einlegen in den inneren Hohlraute der Spule.
Eine zweckmäßige Schaltunganordnung für eine Kompensationsmessung ist in Abb. q. dargestellt, in der die Meßspule S der Übersicht halbei weggelassen ist.
Die in den Spulen 5i bis S_, notwendige Phasenverschiebung ist in einfacher Weise dadurch hergestellt, daß man den Wechselstrom eines Tonfrequenzgenerators G in zwei um go in der Phase gegeneinander verschobene Komponenten teilt. Diese bekannte Aufspaltung des Wechselstromes geschieht durch Reihenschaltung eines Kondensators C mit einem Ohmschen Widerstand l1% und die' beiden Verstärkerrö K-ren ITi und I'z, an deren Gittern G, und G., die Spannung je eines der Komponenten und diejenige je einer der beiden Batterien Bi und BZ liegt. In den Anodenkreisen der Verstärker# röhren liegen die Spulen S, bis S;. Diese sind in der Weise geschaltet, daß die eine Komponente des Wechselstromes S, und in entgegengesetzter Richtung S, durchfließt, während die andere ebenso S., und S, speist.
Zum Betriebe der Meßv orrichtung ist es notwendig, daß man die Amplitüden der beiden Anodenströme gleich groß macht durch Verändern des Widerstandes IV oder der Kapazität C, beispielsweise mit Hilfe von Röhrenvoltmetern. Läßt man eine dieser beiden Größen unverändert, so kann die Einstellung der anderen an einer Frequenzskala erfolgen. Stellt man auf einen bestimmten Teilstrich der Frequenzskala ein, so kann man auch durch Regelung der Frequenz des Generators G Gleichheit der beiden Röhrenvoltmeterausschläge herstellen und kann dann jede gewünschte Frequenz erhalten.
Anderseits kann aber auch die unbekannte Frequenz einer Wechselstromquelle in umgekehrter Weise aus der Gleichheit der beiden Röhrenvoltmeterausschläge durch Verändern beispielsweise des Widerstandes 11" an dessen Frequenzskala durch Ablesen ermittelt werden.
Zur Erhöhung der Genauigkeit und zur Erweiterung des Meßbereiches kann man weiter die induzierte Spannung der Meßspule durch bekannte Mittel, beispielsweise durch Verstärkerröhren usw., verstärken und diese vu rstärkte Spannung zum Kompensieren benutzen.
Um den Meßbereicb zu erweitern, kann man auch zweckmäßig auswechselbare Meßspulen mit verschiedenen. Windungszahlen verwenden oder gleichzeitige nderung des Widerstandes Il" und des Kondensators C um entsprechende Beträge. Ferner ist es zweckmäßig, die Spulen S, bis S, unverschiebbar gegeneinander etwa in einem Kasten anzuordnen und auch für das Festlegen der Ringe R Sorge zu tragen, beispielsweise durch zwei verschiebbar an dem Kasten angebrachte Lineale, die federnd den Ring auf den Spulen S1 bis S., andrücken.
Die Kompensationsvorrichtung kann auch für Hochfrequenz benutzt werden, wenn die Spulen in bekannter Weise gegen kapazitive Beeinflussung geschützt werden.

Claims

PATENT-ANSPRÜCHE: r. Kompensationsvorrichtung zur Bestimmung 'von Phase, Amplitfide oder Frequenz einer Wechselspannung, gekennzeichnet durch mehrere Spulen, vorzugsweise flacher Bauart, die von einem Wechselstrom, der dieselbe Frequenz besitzt wie die zu prüfende Wechselspannung, durchflossen werden und eine in dem symmetrisch ausgebildeten elektromagnetischen Feld der Spulen verschiebbar angeordnete Meßspule, deren induzierte Spannung nach Regelung von vorzugsweise einer der drei Wechselstromgrößen zur Messung der übrigen durch Kompensation" benutzt wird.
2. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch vier Flachspulen (S1 bis S4), die von einem Wechselstrom mit zusätzlicher Phasenverschiebung durchflossen werden.
3. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der vier Flachspulen (Si bis Sq) in einer Ebene liegen und die Flachmeßspule (S) parallel zu dieser Ebene verschiebbar angeordnet ist.
Kompensationsvorrichtung nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (S) über einer vorzugsweise empirisch geeichten Netzskala verschiebbar angeordnet ist, aus der nach Regelung der Frequenz bei Kompensation aus der Lage des Mittelpunktes der Meßspule (S) die Phase und Amplitüde des Wechselstromes abgelesen werden können.
5. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß gleiche zusätzliche Phasenverschiebung für jede der Flachspulen (S., S3, S4) gewählt und daher die Netzskala nach Art eines verzerrten Polarkoordinatennetzes ausgebildet ist.
6. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Spulen (S2 bis S4) go° als zusätzliche Phasenverschiebung gewählt ist und die Spulen (Si bis S4) und die.Meßspule (S) derartige Ausmessungen haben, daß das Polarkoordinatennetz nur eine sehr geringe Verzerrung aufweist.
7. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Interpolationseinrichtung für die genaue Ermittlung der Kompensationsstellung der Meßspule (S) ein oder mehrere ineinanderlegbare Ringe vorgesehen sind, an deren innerem Umfang die Spule (S) entlanggeführt wird und deren Mittelpunkt nach Regelung der Frequenz bei Kompensation die Höhe der Phase und Amplitüde des Wechselstromes anzeigt. B.
Kompensationsvorrichtung nach Anspruch x bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspulen (S1 bis S4) fest gelagert sind, beispielsweise in einem Kasten, und die Ringe in jeder Stellung durch eine zweckmäßig federnde Vorrichtung, beispielsweise zwei Lineale, festgehalten werden. g: Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch auswechselbare Spulen verschiedener Windungszahl zwecks Erweiterung des Meßbereiches. =o.
Kompensationsvorrichtung nach Anspruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, däß der Wechselstrom in zwei Komponenten mit go ° Phasenunterschied aufgespalten wird, von denen jede zwei diagonal gegenüberliegende Spulen (Si, S3 und S." S4) davon je eine (S3 bzw.
S4) in entgegengesetzter Richtung durchfließt. =i.
Kompensationsvorrichtung nach Anspruch =o, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltung des Wechselstromes eines Tonfrequenzgenerators (G) in zwei Komponenten erfolgt durch Reihenschaltung eines Kondensators (C) und eines Ohmschen Widerstandes (W) und daß jede Komponente das Gitter j e einer Verstärkerröhre (V1, T'2) speist, in deren Anodenkreisen die Spulen (S1 bis S4) liegen. i2.
Kompensationsvorrichtung nach Anspruch =i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erweiterung des Meßbereiches der Widerstand (W) und der Kondensator (C) um entsprechende Beträge geändert werden.
13. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch =i und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitüde beider Wechselstromkomponenten durch Regelung des Widerstandes (W) und des Kondensators (C) gleich groß gemacht wird mit Hilfe von in ihren Stromkreisen angeordneten Röhrenvoltmetern. =q..
Kompensationsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung auf Amplitüdengleichheit der Wechselstromkomponenten an einer Frequenzskala beispielsweise des regelbaren Kondensators erfolgt, während beispielsweise die Größe des Widerstandes (W) unverändert bleibt.
15. Kompensationsvorrichtung nach An- , spruch =i und 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verändern des Widerstandes (W) oder des Kondensators (C) auf Gleichheit der beiden Röhrenvoltmeterausschläge eingestellt und an der Frequenzskala des veränderten Schaltungselementes die Frequenz des Generators (G) abgelesen wird.
16. Kompensationsvorrichtung nach Anspruch i bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Spannung der Meßspule i verstärkt wird und diese verstärkte Spannung zum Kompensieren benutzt wird.