-
Einrichtung zum messen und Fernübertragen von Werten beliebiger physikalischen
oder chemischen (primären) Größen mit Hilfe -einer eine Wirkung der-primären Größe
kompensierenden elektrischen Hilfsgröße. Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen
zum Messen und Fernübertragen von Werten beliebiger physikalischen oder chemischen
Größen, bei welchen eineÄußerung der gemessenen Größe, welche im nachfolgenden kurzweg
als »primäre« Größe bezeichnet wird, mit Hilfe einer elektrischen Hilfsgröße kompensiert
wird. Als »Äußerung der gemessenen Größe« wird jede Wirkung bezeichnet, welche durch
die zu messende Größe unmittelbar oder mittelbar ausgeübt oder hervorgerufen wird
und welche mit der Wirkung einer elektrischen Hilfsgröße zur Erzielung einer Kompensation
zusammenwirken kann. Z. B. beim Messer der Störungsgeschwindigkeit eines Mittels
(primäre Größe) kann als Äußerung derselben die bei einer Drosselstelle entstehende
Druckdifferenz in Betracht kommen, welche durch einen durch die elektrische Hilfsenergie
hervorgerufenen elektrodynamischen Druck kompensiert werden kann.
-
Bei einer Störung der Kompensation infolge einer Änderung der primären
Größe wird der Wert der elektrischen Hilfsgröße selbsttätig so lange geändert, bis
wieder ein Kompensationszustand eintritt. Auf diese Weise steht im Zustande der
Kompensation der Wert der elektrischen Hilfsgröße in einem bestimmten Verhältnis
zum augenblicklichen Wert der primären Größe, so daß die elektrische Hilfsgröße
als Maß der primären Größe dienen kann. Gemäß der Erfindung wird bei solchen Einrichtungen
eine viel größere Genauigkeit dadurch erreicht, daß die elektrische Hilfsgröße einer
dynamoelektrischen Einrichtung entnommen wird, auf welche ein durch eine Störung
der Kompensation gesteuerter Servomotor zur Änderung der elektrischen Hilfsgröße
einwirkt. Es ist jedoch nicht immer notwendig, die Äußerung der primären Größe zu
kompensieren, sondern es kann die ursprüngliche Größe mit Hilfe eines empfindlichen
Systemes, einer Steuerung und eines Servomotors in der dynamoelektrischen Einrichtung
eine solche :Anderung hervorrufen, daß sich die elektrische Hilfsgröße immer im
gewünschten Verhältnis zur ursprünglichenGröße befindet.
-
Als primäre Größe kommen in Betracht: Druck eines Mittels, Kraft,
Lage eines beweglichen Teiles (z. B, eines Zeigers), Geschwindigkeit, Strömungsgeschwindigkeit,
Leistung, Temperatur, Wärmegehalt von Flüssigkeiten oder Gasen, Verbrennungsgeschwindigkeit,
Oxydation, Reduktion, Zusammensetzung von Flüssigkeiten oder Gasen usw.
-
Auf der Zeichnung sind einige von vielen möglichen Ausführungen schematisch
dargestellt.
-
i (Abb. i) isteinDifferenzialmanometermit beweglicher Membran :2 und
Leitungen 3, 4, die z. B. mit einer Geschwindigkeitsmeßvorrichtung eines strömenden
Mittels (Dampf, Gas, Flüssigkeit), z. B. einer Drosselstelle in einer Leitung, zusammenhängen.
Je nach der auf die Membrane wirkendenKraft bzw. dem Druck soll eine elektrische
Hilfsgröße, wie z. B. Intensität, Stromspannung, Frequenz. Watts usw., geändert
werden. Mit der Membran 2 ist durch eine Stange 5 der bewegliche Teil eines elektrischen
Systems verbunden, welches bei der dargestellten Anordnung aus einer beweglichen
Spule 6 und zwei festen Spulen 7, 8 besteht. Mit dem beweglichen Teil des Systems
6 und 2 ist die Steuerung 9, io einer Hilfsenergie verbunden, welche hier als einfache
Flüssigkeitssteuerung angedeutet ist und mit Hilfe eines Servomotors 13, 14 die
elektrische Hilfsgröße ändert, indem sie in an 1 sich bekannter Weise die Bürsten
17 auf dem Kollektor ig eines Gleichstrom- bzw. Wechselstroindynamos
2o,
eines Motors oder eines einankerigen Transformators verstellt. Die an ihrem Ende
eine Zahnstange 15 tragende Kolbenstange des Servomotors 13, 19 greift in ein Zahnrad
16 ein, welches mit einer oder mehreren Bürsten 17 des Kollektors i9 verbunden ist.
Die Bürste 18 ist unbeweglich. 25 ist eine Meßvorrichtung, die aus den zugehörigen
anzeigenden, registrierenden oder integrierenden Apparaten oder auch aus Relais
:besteht, welche bei einem bestimmten Wert der elektrischen Hilfsgröße in Wirksamkeit
treten. Der angedeutete zweite Stromkreis mit Apparaten, Bürste und Servomotor,
welcher mit gestrichelten Bezugszeichen bezeichnet ist, stimmt mit dem beschriebenen
überein; es kann nämlich eine dynamoelektrische Einrichtung für eine Mehrzahl von
selbständigen Stromkreisen angewendet werden, was einen weiteren großen Vorteil
der vorliegenden Einrichtung darstellt. Der Apparat a2 könnte die Summe der
Ströme 25 . 25' .. . . . . . messen.
-
Die beschriebene Einrichtung wirkt folgendermaßen: Der Servomotor
befindet sich in Ruhe, wenn die primäre Größe, d. i. im vorliehenden Beipiel die
auf die Membran :2 wir-?:eIlde Kraft (die durch die Leitungen 3, 4. zureführte Druckdifferenz),
durch dieKraft des elektrischen Systemes 6 kompensiert wird. Wein sich die auf die
Membran 2 wirkende Kraft ändert, so wird die Kompensation ge-,tözt, und die Steuerung
9, io treibt durch die Leitung 11, 12 den Servomotor 13, 14 an, welcher durch die
Stange 15 und das Zahnrad 16 die Bürste 17 verstellt, wobei sich die Spannung bzw.
der Strom zwischen dieser Bürste 17 und der festen Bürste 18 ändert. Die Verstellung
der Bürste 17 dauert so lange, bis die elektrische Hilfsgröße einen entsprechenden
Wert erreicht, der von der ursprünglichen Größe abhängt, wodurch die Teile 6, 5
und 2 wieder in die ursprüngliche Lage zurückkehren und den Regelvorgang unterbrechen.
Anstatt der einfachen Steuerung 9, ro werden vorteilhafterweise spezielle Steuerungen,
gegebenenfalls mit Relais, angewendet, die fast keine Steuerungskraft erfordern.
-
Falls eine dynamoelektrische Einrichtung mehrere Stromkreise speist,
ist es oft wünschenswert, daß größere Änderungen in dem einen elektrischen Stromkreise
die übrigen Stromkreise nicht beeinflussen. Dies wird durch eine Ausgleichvorrichtung,
z. B. Widerstände nach Abb. 2, erreicht. Auf dem Kollektor i9 befinden sich zwei
feste Bürsten 18,, 35 und eine verstellbare Bürste 17. Im Stromkreise befindet sich
der Meßapparat 25 und der auf die elektrische Größe empfindliche Apparat 6, 7, 8,
welcher die Einwirkung der ursprünglichen Größe kompensiert. Die Bürste 17 besitzt
einen Kontaktteil 4.o, welcher gleichzeitig Widerstände 37 mit Kontakten 36 und
Widerstände 39 mit Kontakten 38 einschaltet. Diese Widerstände sind so bemessen,
daß die Summe der Ströme zwischen den Bürsten 35 und 17 sowie auch zwischen 18 und
17 immer dieselbe bleibt, so daß auch bei einer sich ändernden Lage der Bürste 17
die dynamoelektrische Einrichtung einen Strom von immer derselben Stärke zu liefern
hat und auch der Effekt und daher auch die Ohm- und die induktiven Spannungsverluste
usw. dieselben bleiben, wodurch die angestrebte Wirkung in der vollkommensten Weise
erreicht wird.
-
Abb. 3 zeigt schematisch die Änderung des magnetischen Feldes in der
Armatur 2o, i9. Die Polschuhe 30 sind in der Achsenrichtung der Armatur durch
den Servomotor 13, 14 verschiebbar, und der magnetische Strom setzt den 1Lisenkern
48 mehr oder weniger durch, wodurch die Anzahl der auf die Artnatur wirkenden Kraf,linien
geändert wird. Die Schaltung kann dieselbe bleiben wie in Abb. i.
-
. Es ist auch möglich, mit Hilfe eines Servomotors die Drehzahl der
dynamoelektrischen Einrichtung zu regeln, wodurch ebenfalls eine Änderung der Stromstärke,
der Spannung oder beim Zwechselstrom auch der Frequenz erreicht wird. In diesem
Falle ist es besonders vorteilhaft, die Einrichtung durch ein flüssiges oder gasförmiges
Mittel anzutreiben, welches zum Antrieb des Servomotors angewendet wird, und zwar
mit Hilfe einer kleinen Turbine bzw. eines Peltonrades o. a., wobei der Servomotor
den Zufluß des Druckmittels steuert.
-
In denjenigen Fällen, wo eine besondere Genauigkeit nicht gefordert
wird, kann die Einrichtung dadurch vereinfacht werden, daß das elektrische System
6, 7, 8 gemäß Abb. i wegfällt und das auf die ursprüngliche Größe empfindliche System
1, 2 mit Hilfe einer Steuerung und eines Servomotors sowie einer Rückführung auf
die dynamoelektrische Einrichtung selbst einwirkt. Bedingung ist, daß die übrigen
Werte der Einrichtung, wie z. B. die Drehzahl oder das magnetische Feld, konstant
gehalten werden, wenn sich z. B. die Anzahl der wirksamen Leiter (die Lage der Bürsten
zum magnetischen Felde) ändert. Die Drehzahl kann konstant erhaltenwerden, wenn
die Einrichtung durch einen Synchronmotor angetrieben wird, der an eine größere,
die Frequenz genau konstant erhaltende elektrische Zentrale angeschlossen ist.
-
1, 2 (Abb. 4) ist ein auf die ursprüngliche Größe empfindliches System,
io ist eine Steuerung, 13, 14 ein Servomotor. Die Rückführung besteht aus einem
bei 42 an die
Stange 5 des Systemes 1, 2 und bei 44 an die Stange
15 vom Servomotor 13, 1q. angelenkten Hebel d.r, Im Punkte 43 ist die Steuerung
io angeschlossen, und eine Verbindung 45 ändert die elektrische Größe der dynamoelektrischen
Einrichtung. Die Anordnung wirkt in der Weise, daß jeder Lage der Membran :z eine
bestimmte und konstante Lage des Kolbens 14 im Servomotor 13 entspricht. Wenn durch
eine Änderung der primären Größe der Punkt 4.2 in die gestrichelte Lage verschoben
wird, so verdreht sich der Hebel ¢1 um den Punkt welcher dabei feststeht, und die
Steuerung io setzt :den Servomotor in Tätigkeit. Dieser wirkt so lange, bis der
Punkt 44 mit dem Hebel 41 die obere langgestrichelte Lage einnimmt, wodurch der
Punkt 43 der Steuerung. io wieder in die neutrale Lage gelangt und die Steuerung
io die Bewegung des Aolbens 1q. unterbricht. Da jeder Lage der Verbindung 45 eine
bestimmte Intensität der elektrischen Hilfsgröße entspricht, so wird die primäre
Größe mit Hilfe der Bewegung der Teile 15, 4.5 durch die elektrische Iiilfsgröße
mittelbar kompensiert. Der Servomotor kann wohl durch eine beliebige Energie angetrieben
werden; auch die dynamoeleistrische Einrichtung kann eine andere Konstruktion aufweisen;
das magnetische Feld kann entweder ein permanentes (Magnete) oder elektromagnetischen
Ursprungs sein. Ebenso können einer Armatur mehrere Kollektoren zugeordnet werden.