DE411650C - Kompensations-Messverfahren unter Verwendung eines fremderregten elektrodynamischen Wechselstrom-Nullinstruments - Google Patents

Description

• Kompensations-1VIeßverfahren unter Verwendung eines fremderregten elektrodynamischen Wechselstrom-Nullinstruments. Kompensationsmessungen unter Verwendung eines fremderregten elektrodynamischen Wechselstrom-N ullinstruments «erden mit Hilfe. der in Abb. i schematisch dargestellten Meßanordnung bekanntlich in folgender Weise ausgeführt- Die eine Spule S (Erregerspule), in welcher der Erregerstrom J fließt, wird über einen Widerstand R unter Zwischenschaltung eines Phasenreglers Plz mit der Wechselstromquelle G verbunden, an die die eigentliche Meßanordnung, z. B. die Brücke B, ebenfalls angeschlossen ist. Die andere Spule s (Kompensationsspule), in welcher der auf Null zu bringende Kompensationsstrom i. fließt, ist in den Kompensationskreis N eingeschaltet. Bezeichnet cp den Phasenwinkel zwischen den Strömen J und i, so gilt für den Ausschlagwinkel a des elektrodynamischen Instruments die Beziehung a-K#J#i#coscp. (i) In dieser Gleichung bedeutet K die Instruinentkonstante, welche von der Beschaffenheit des elektrodynamischen Instruments abhängt. Setzen wir voraus, daß der Erregerstrom konstante Stromstärke besitzt, so ist a=K'#i#cosrp, (2) worin K' - K # J eine Proportionalitätskoüstante bedeutet. Da der Phasenwinkel q# beliebige Werte, also auch den Wert 9o° an -nehmen kann, so ist der Ausschlagswinhel außer vom Strom in der Kompensationsspule auch von diesem Winkel abhängig. Je größer 9 ist, desto unempfindlicher ist das Nullinstrument. Beträgt der Winkel 9o°,- so zeigt das Instrument keinen Ausschlag, obwohl der Strom i. nicht Null ist. Es wird also in diesem Falle der Zustand der Kompensation vorgetäuscht.
• Um Fehlmessungen und Unempfindlichkeit des Nullinstruments zu vermeiden, ist in der gebräuchlichen oben beschriebenen "Anorflnung (Abb. i) der Phasenregler Ph vorgesehen, der beim Kompensieren stets so eingestellt wird, daß bei nicht vollständig abgeglichener Meßanordnung (Brücke B) das Mullinstrument maximalen Ausschlag zeigt. Es sind dann die Ströme J, i. in Phase, was bei gegebenem Instrument und gegebenem Erregerstrom größtmögliche Empfindlichkeit gewährleistct.
• Der in der. Phase beliebig verschiebbare Erregerstrom wird bei dem bisher bekanntgewordenen Meßverfahren einem Drehfeldtransformator (»Phasenregler« oder »Phasenschieber«) oder einem Doppelgenerator entiiommen. Dies Verfahren ermöglicht zwar den Winkel q# jederzeit genau auf den Wert Still, das Nullinstrument also auf maximale Empfindlichkeit einzustellen. In_cler praktischen Handhabung jedoch ist die Methode oft recht umständlich, auch kann es vorkominen, daß die genannten Hilfsmittel, wie Drehfeldtransformator oder Doppelgenerator, überhaupt nicht anwendbar sind.
• Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Meßverfahren, bei welchcin genannte Hilfsmittel nicht erforderlich sind. Es zeichnet sich durch besondere Einfachheit in bezug auf Handhabung und Zusammenstellung der Meßeinrichtung aus. Das Prinzip des neuen Meßverfahreiis ist folgendes: Der Erregerstrom für das Nullinstrument wird aus mehreren voneinander unabhängigen Stromkreisen entnommen, in welchen Wechselströme fließen, die in der Phase gegenein, ander verschoben sind und dieselbe Frequenz besitzen wie die zu kompensierenden Spannungen. Es wird als Erregerstrom kein in der Phase beliebig verschiebbarer Strom benutzt, sondern es werden zur Speisung der Erregerspule Ströme verwendet, welche in getrennten Stromkreisen wirksam sind und eine gewisse Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, den Erregerstrom zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen zu entnehmen, in welchen zwei um go° oder annähernd go° in der Phase gegeneinander verschobene Ströme fließen. In diesem Falle können bei Verwendung elektrodynamischer Instrumente mit beiderseitigem Ausschlag (Nullpunkt in der Mitte der Skala) Kompensationsströme beliebiger Phasenlage mit ausreichender Empfindlichkeit untersucht werden, wie sich aus folgender Überlegung ergibt, welche die Abb. 2 und 3 erläutern.
• Die Erregerströme 11, J., seien der Größe nach gleich und um go° in der Phase gegeneinander verschoben. Der Kompensationsstrom i. von beliebiger Phasenlage in allen Ouadranten sei um einen gewissen Phasenwinkel (p gegen J1, also um go° - qa gegen J. verschoben (Abb. 2). Das Nullinstrument besteht aus zwei voneinander unabhängigen elektrodynamischen Instrumenten mit beiderseitigem Ausschlag (Nullpunkt in der Mitte der Skala), derenErregerspulenSl,S2 dauernd mit den voneinander unabhängigen Stromkreisen I, II verbunden sind, während die Kompensationsspulen s1, s2 in den Kompensationskreis eingeschaltet sind (Abb.3). In den beiden Erregerspulen fließen dauernd die tim go° in der Phase gegeneinander verschobenen Erregerströme f1, J2, die auf beliebige Weise erzeugt werden können und dieselbe Frequenz besitzen wie der Kompensationsstrom i. Ist die Instrumentkonstante K bei beiden Instrumenten dieselbe, so gilt für die AusschlagsWinkel a1, a2 der Instrumente

  al=K#Jl.i#cosP

  (3)

  a2-K#J2#i#sinp

  und bei konstanter Stromstärke der Ströme il, 12

  al=K'#i#coscp 1

  (4)

  a,-==K'#i#sinqP

  i. schließt entweder mit J1 oder mit J2 stets einen Winkel ein, der den Wert .:15° nicht übersteigt und alle Werte zwischen o° und ,I5° besitzen kann. Es wird also entweder cos q) oder sin (p stets eine Zahl sein, die Elen Wert 0,707 nicht unterschreitet und alle Werte zwischen r,ooo und 0,707 besitzen kann.
• Man erkennt hieraus, daß stets eines der beiden Instrumente genügend empfindlich ist, da im ungünstigsten Falle (IP = q.5 °) die wirksame Empfindlichkeit der Anordnung immer noch das o,707fache der maximalen Empfindlichkeit, welche bei 9 = o ° vorhanden ist, beträgt.
• Benutzt man bei einem Kompensationsverfahren, welches an sich beliebiger Art sein kann, das oben beschriebene Wechselstrom-Nullinstrument, welches aus zwei voneinander unabhängigen Instrumenten besteht, so -wird die Meßanordnung (Brücke oder Kompensator) so lange abgeglichen, bis beide Instrumente den Ausschlag Null anzeigen. Irgendwelche weitere Maßnahmen sind nicht nötig.
• Man kann jedoch auch mit einem einzigen elektrodynamischen Nullinstrument auskommen, wenn man unter Zuhilfenahme einer Schaltvorrichtung die Erregerspule abwechselnd nacheinander mit den voneinander unabhängigen Stromkreisen elektrisch verbindet. Abb. ¢ zeigt als Beispiel eine solche Anordnung bei welcher durch einfaches Umlegen des Schalters U in der Erregerspule zwei Ströme erzeugt werden können, welche um go° in der Phase gegeneinander verschoben sind.
• Wie bereits oben erwähnt, können die phasenverschobenen Erregerströme in belieliiger Weise erzeugt «-erden. Da es aber bekanntlich darauf ankommt, daß der Strom in @ler Erregerspule des Wechselstrom-Nullmstruments eine möglichst sinusförinige Kurvenform besitzt, um mir die Grundwellen der zu kompensierenden Spannungen zur Messung heranzuziehen, so ist es vorteilhaft, die Wechselstromwiderstände der beiden Stromkreise so zu wählen, daß höhere Harmonische nach Möglichkeit unterdrückt werden. 'Jan wird daher zweckmäßig die Stromkreise so ausbilden (Abb.4), daß der eine Stromkreis Spulen und Widerstände entli-ilt, während in den anderen Stromkreis Spuleci, Widerstände und Kondensatoren eingeschaltet sind. Die Spulen I_, Widerstände R und Kondensatoren C werden so bemessen,- daß (ler Phasenwinkel zwischen h und T, 9o° oder ungefähr go° beträgt. Die Ströme Ii, T= können gleiche oder annähernd gleiche Stromstärke besitzen.
• Bei der praktischen Durchführung solcher Messungen ist es zur Vermeidung voli 1#remdfeldeinflüssen und zur Erzielung einer hohen Empfindlichkeit vorteilhaft, in an sich bekannter Weise ein elektrodynamisches Meßgerät mit Eisenschluß (»Eisengeschlossenes Elektrodynamometer«) zu. verwenden. Auch ist es in manchen Fällen von Vorteil, die Kompensationsspulen in an sich bekannter Weise nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines Transformators von geeignetem Übersetzungsverhältnis mit deni liompensationskreis zu verbinden. Man kann hierdurch den wirksamen Widerstand des Nullinstruments auf einen zur Erzielung hoher Empfindlichkeit günstigen Wert einstellen.

Claims (7)

1. PATCNT-ANsPRücHr,: i. ILoinpensations-Dleßverfahren unter Verwendung eines fremderregten elektrodynamischen Wechselstrom-Nullinstruinents, dadurch gekennzeichnet, daß iler Erregerstrom fair das Nullinstrument aus mehreren voneinander unabhängigen Stromkreisen entnommen wird, in welchen Wechselströme fließen, die in der Phase gegeneinander verschoben sind und dieselbe Frequenz besitzen wie die zu kompensierenden Spannungen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen (1 und II) entnommen wird, in «-elchen zwei um go' oder um annähernd go # in der Phase gegeneinander verschobene Wechselströme (Ji, J,) fließen, welche dieselbe Frequenz besitzen wie die zu kompensierenden Spannungen.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nullinstrument aus zwei voneinander unabhängigen elektrodynamischen Instrumenten besteht, deren Erregerspulen (Si, S2) dauernd mit den voneinander unabhängigen Stromkreisen (I und II) verbunden sind, während die Kompensationsspulen (si, s2) in den Kompensationskreis (N) eingeschaltet sind.
4. 4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nullinstrument aus einem einzigen elektrodynamischen Instrument besteht, dessen Erregerspule (S) unter Zuhilfenahme einer SchaltcOrrichtung (U) abwechselnd nacheinander mit den voneinander unabhängigen Stroiiikreisen (I, Il) elektrisch verbunden wird, während die Kompensationsspule (s) dauernd in den Kompensationskreis (N) eingeschaltet ist.
5. 5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stromkreis Spulen (L) und Widerstände (R) enthält, während in den anderen Stromkreis Spulen (L), Widerstände (R) und Kondensatoren (C) eingeschaltet sind.
6. 6. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nullinstrument ein elektrodynamisches Meßgerät mit beiderseitigem Ausschlag (Nullpunkt in der Mitte der Skala) verwendet wird.
7. 7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nullinstrument ein eisengeschlossenes elektrodynamisches Wechselstrom-Instrument benutzt wird. B. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspulen nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines Transformators mit dem Kompensationskreis verbunden sind.