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Schaltung zur selbsttätigen Regelung elektrischer Stromkreise in IVIeßbrücken.
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur selbsttätigen Stromregelung in Meßbrückenanordnungen.
Bisher wurden zum Zweck der Stromregelung Drosselspulen von konstanter Selbstinduktion
verwendet, hauptsächlich um einen Schutz gegen plötzlich auftretende vorübergehende
Stromstöße oder Freduenzschwankungen zu bieten.
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Solche Spulen regeln den Stromfluß einer bestimmten Frequenz nur dadurch,
daß ein größerer Spannungsverlust in ihnen entsteht, der bekanntlich dem konsta-iten
Induktionskoeffizienten und dem Strom proportional ist.
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Wenn eine derartige Sicherheit auch für einige Verwendungsarten ausreichend
ist, so gibt es doch Fälle, für die sie nicht genügt"und für die die bisher bekannten
Drosselspulen nicht verwendet werden können, weil sie auch unter normalen Bedingungen
hohen Scheinwiderstand in den Stromkreis hineinbringen. Aus diesem Grunde hat man
schon vorgeschlagen, diesen scheinbaren Widerstand durch Einfügen eines mit der
Spule in Reihe geschalteten Kondensators zu neutralisieren. Die dadurch gewonnene
Vorkehrung bietet keinen Vorteil gegen Strom von der Grundfrequenz, sondern nur
gegen Ströme, deren. Frequenz von der Grundfrequenz abweicht. Dies ist dem Umstand
zuzuschreiben, daß die elektromotorische Gegenkraft der Drossel, die hemmend in
bezug auf den Strom wirkt, durch die bei einer Stromänderung verfrühend wirkende
Gegenkraft des -Kondensators aufgehoben wird.
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Zweck der Erfindung ist es nun, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu
überwinden. Ein Merkmal. der Erfindung ist die Einschaltung einer Drosselspule,
deren. Selbstinduktion sich mit Veränderung des durch ihre Windungen fließenden
Stromes rasch ändert. Dies wird
vornehmlich durch Herstellung des
Spulenkernes aus einem Material erreicht, dessen Permeabilität mit einem Anwachsen
des durch die Spulenwindungen fließenden Stromes rasch wächst. Wenn danach beide,
sowohl die Selbstinduktion L als auch der Strom I, anwachsen, wird
notwendigerweise auch ein entsprechend größerer Betrag der Spannung in der Spule
abgedrosselt und damit auch ein entsprechend größerer Sicherheitsfaktor für irgendwelche
in dem Stromkreise liegenden Apparate erreicht. Als ein weiteres Merkmal der Erfindung
ist die Drosselspule mit einem Kondensator derart zusammengeschaltet, daß sie einem
Strom von gegebener Frequenz und Amplitüde irgendeinen gewünschten scheinbaren Widerstand
bietet. -UTeil nun die Kapazität des Kondensators durch eine Stromänderung praktisch
unbeeinflußt bleibt, muß eine Änderung der Amplitüde des Stromes zu einer Verstimmung
zwischen der Drosselspule und dem Kondensator und einer entsprechenden Veränderung
des scheinbaren Widerstandes des auf die Grundfrequenz abgeglichenen Stromkreises
führen.
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In der Zeichnung zeigt Abb. i eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung, bestehend aus einem Kondensator 6, einer Drossel 7 und einem Hörer 5,
der in einem nach der Wheatstoneschen Brücke geschalteten Wechselstromkreis als
Detektor arbeitet.
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Abb. a ist eine graphische Darstellung der Impedanzänderungen eines
solchen Detektorkreises, die sich aus den verschiedenen an den Stromkreis angelegten
Spannungen ergeben.
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Abb.3 zeigt ebenso die Stromwerte, die zu den verschiedenen Spannungswerten
gehören.
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Abb. ¢, 5 und 6 stellen verschiedene Ausführungsformen dar, die noch
beschrieben werden.
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In Abb. i ist der Hörer 5 mit dem Kondensator 6 und der Drossel 7
in Reihe in die an den Punkten 8 und 9 ansetzende Brücke einer Wheatstoneschen Wechselstromschaltung
eingeschaltet, die schematisch durch die induktionsfreien Widerstände i o, z o,
die zu messende Spule i i und einen variablen Zweig, bestehend aus einem Widerstand
12 und einer Selbstinduktion 13, dargestellt ist und aus einer Wechselstrommaschine
14. gespeist wird. Von den angegebenen Apparaten ist nur die zu messende Spule i
i auswechselbar angeordnet. Wenn die Brücke abgeglichen ist, zeigt sich bekanntlich
an den Punkten 8 und 9 kein Spannungsunterschied, es fließt also auch kein Strom
durch den Detektorkxeis. Wird jedoch die Spule i i weggenommen oder auch kurzgeschlossen,
so zeigt sich an den Punkten 8 und 9 des Detektorkreises ein relativ großer Spannungsunterschied,
und als Folge davon wird ein starker Strom durch den Detektorkreis fließen. Wäre
nun dieser Kreis nicht mit dem Kondensator 6 und der Drossel 7 ausgestattet, deren
Selbstinduktion sich rasch mit dem in der Spule fließenden Strom ändert, so würde
dieser Strom mit solcher Wucht auftreten, daß er ein besonders heftiges Schwingen
der Hörermembran hervorrufen und damit dem Beobachter, der zufällig den Hörer am
Ohr hat, schaden würde. Tatsächlich hat die Erfahrung gelehrt, daß derartige durch
plötzliche Wegnahme oder Kurzschließung der Spule i i hervorgerufene Stromschwankungen
so groß sein können, daß sie den betroffenen Beobachter für eine beträchtliche Zeit
dienstunfähig machen können.
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Die durch Einschaltung des Kondensators 6 und der Drossel 7 in den
Detektorkreis erzielte Wirkung ist in den Abb. z und 3 zum Ausdruck gebracht, die
genaue Darstellungen der praktischen Meßergebnisse bringen, wie sie an einer Prüfeinrichtung
nach Abb. i festgestellt wurden. In Abb. a ist durch die Kurve A der Scheinwiderstand
des durch den Hörer 5 verlaufenden Stromkreises für verschiedene Werte der Spannung
zwischen den Punkten 8 und 9 dargestellt, wenn der Kondensator 6 und die Drossel
7 fortgelassen sind, während die Kurve B den .scheinbaren Widerstand desselben Stromkreises
unter Einschaltung des Kondensators 6 und der Spule 7 vergegenwärtigt. Die Kurven
A und B der Abb.3 veranschaulichen die entsprechenden Werte des durch den Hörer
5 unter gleichen Bedingungen fließenden Stromes. Aus Abb. z ist zu ersehen, daß
bei kleinen Spannungswerten der Scheinwiderstand des Detektorkreises gerade kleiner
als der des Hörers allein ist. Und dies wird gerade erstrebt, weil die höchste Empfindlichkeit
des Detektorkreises erreicht ist, wenn der Brückenkreis seiner Abgleichung am nächsten
kommt.
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Es hat sich bei den vorerwähnten Versuchen gezeigt, daß Ströme bis
zu annähernd o,oo i 8 Amp. noch keinen Ton von schädlicher Lautstärke im Hörer hervorrufen.
Abb.3 läßt erkennen, daß dieser Stromwert schon bei annähernd 5 Volt Spannung erreicht
wird, wenn die Schutzapparate 6 und 7 nicht angewendet werden (Kurve A), während
bei Einschaltung des Kondensators 6 und der Drossel 6 der gleiche Stromwert erst
bei etwa 6o Volt Spannung erreicht wird (Kurve B). Damit ist aber der Beobachter
reichlich gegen jedwede gebräuchliche Spannung geschützt. Überdies können die Konstanten
der Drosselspule und des Kondensators leicht geändert werden, um die Höchstgrenze
der noch ausreichend gesicherten Spannung hinaufzurücken.
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Als ausreichend für den Detektorkreis nach
Abb. i
hat sich eine Drosselspule von folgender Ausmessung und Beschaffenheit erwiesen:
Ein Kern aus Siliziumstahlblechen mit einer Permeabilität von 225 für bei einer
Frequenz von goo Perioden pro Sekunde sehr schwach magnetisierende Kräfte. Die Wicklung
aus 2000 Windungen unifilar gewickelten isolierten Kupferdrahtes bestehend, die
eine mittlere Länge von annähernd 2o cm und einen Querschnitt von etwa 3 qcm hat.
Für einen Wechselstrom von o,ooooi Amp. hat eine solche Spule eine Selbstinduktion
von etwa 1,7 Henry, während sie für einen Wechselstrom von o,oo i 5 Amp. eine Selbstinduktion
von etwa 5,8 Henry besitzt. Zur Verwendung mit einer derartig bemessenen. Drosselspule
hat sich ein Kondensator von etwa o,o16 mf als passend erwiesen.
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Die Ausführungsform nach Abb. q. soll ebenso dazu dienen, die Stromstärke
in einem Hörer oder einer anderen Cbertragungsvor= richtung 5 zu regulieren. Durch
geeignete Wahl der Konstanten des Kondensators 6 und der Drossel 7 sei erreicht,
daß der Parallelstromkreis, der den Kondensator 6 und die Drossel 7 enthält, für
sehr kleine Werte des durch den Hörer 5 fließenden Stromes einen überaus hohen scheinbaren
Widerstand besitzt und somit über dem Hörer 5 einen Nebenschluß mit hohem scheinbaren
Widerstand bildet. Für eine nun an den Punkten 15 und 16 anwachsende Spannung wird
durch die sich rasch ändernde Selbstinduktion der Drossel 7 die Abstimmung des durch
die Drossel 7 und den Kondensator 6 gebildeten Schwingungskreises der Grundfrequenz
des gesamten Kreises so gewährt, daß der Parallelstromkreis als ein N ebenschluß
von verhältnismäßig niederem Scheinwiderstand über dem Hörer 5 wirkt. Der dadurch
anwachsende, aus der Maschine 1:1 durch eine Selbstinduktion oder einen anderen
Apparat 17 kommende Strom wird nun die an den Punkten i 5 und 16 auftretende Spannung
und damit auch den durch den Hörer 5 fließenden Strom beschränken.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb.5 sind ein Kondensator 6 und eine
Drossel 7 parallel miteinander verbunden und in Reihe mit einem Hörer 5 oder einem
ähnlichen Apparat in den Stromkreis einer Kraftquelle 14 und einer Drosselspule
17 eingeschaltet. Kondensator 6 und Spule 7, deren Selbstinduktion sich mit Änderung
des in ihrer Wicklung fließenden Stromes stark ändert, sind so bemessen, daß sie
in dieser Schaltung für eine bestimmte Spannungs- oder Strombedingung einen sehr
hohen Scheinwiderstand haben, d. h. ihre Abstimmung liegt außer Resonanz in bezug
auf den Maschinenkreis. Für alle anderen Spannungs- oder Strombedingungen aber nähert
die sich ändernde Selbstinduktion der Drossel 7 die Abstimmung des durch die Drossel
7 und den Kondensator 6 gebildeten Schwingungskreises der Resonanz, und der dadurch
erhöhte Scheinwiderstand des Schwingungskreises begrenzt das Anwachsen des Stromes
auf gefährliche Werte.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb.6 ist eine Abart der in Abb. 4. gegebenen
Ausführungsform und enthält einen Kondensator 6 und eine Drossel 7, die miteinander
in Reihe zu einem Hörer 5 oder einem ähnlichen Apparat parallel in einen Maschinenkreis
1q.-17 geschaltet sind.