DE519962C - Empfangsanordnung fuer eine nach dem Kompensationsverfahren fernuebertragene Messgroesse - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AH 16. MÄRZ 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 519962 KLASSE 74 b GRUPPE

F. E. H. Edy Velander in Stockholm

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Juli 1927 ab

In Fernanzeigegeräten und anderen Einrichtungen zur Ferneinstellung, wo die Übertragungsentfernung mäßig ist, wird allgemein eine Meßbrücke oder ein. ähnlicher Kompensator für Gleichstrom verwendet und statt des Nullinstrumentes ein Relais eingeschaltet, das in der einen Richtung Kontakt macht, wenn die Einstellung des Kompensators (der Brücke) auf der einen Seite der Nullage liegt, und in der anderen Richtung, wenn die Einstellung auf der anderen Seite der Nulllage liegt. Die beiden Kontakte des Relais werden dann dazu ausgenutzt, einen kleinen Hilfsmotor in der einen oder anderen Richtung anlaufen zu lassen, wobei die Einstellung des Kompensators (der Brücke) immer in der Richtung der vollen Abgleichung verschoben wird, sei es, daß die Abweichung in der einen oder in der anderen Richtung lag. Wenn der Relaisstrom gegen XuIl absinkt, hält der Motor.

Dergleichen Einrichtungen werden mit Vorteil für verschiedene Fernanzeige- und Fernsteuerungszwecke verwendet. Wenn die Entfernung dagegen groß ist, wäre Wechselstrom für die Übertragung vorzuziehen. Eine völlig gleichartige Einrichtung könnte zwar auch dann zusammengebaut werden, wenn in die Brückenleitung des Kompensators ein dynamometrisches Relais eingeschaltet würde, aber solche Relais sind teuer, umständlich und sehr empfindlich.

Die vorliegende Erfindung bezweckt· nun, Wechselstrom für die Übertragung zu verwenden, dagegen aber gewöhnliche Gleich-Stromrelais für die selbsttätige Einstellung.

Das Prinzip der Erfindung ist folgendes. Es werden zwei getrennte Kompensatoren verwendet oder ein einziger, der aber mit zwei Anzapfungen für das Nullinstrument versehen ist, z. B. mit verschiedenen Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke, die so abgeglichen sind, daß ihre Ströme nacheinander den Nullwert durchlaufen, wenn die Einstellung des Kompensators allmählich geändert wird. Die beiden Nullanzapfungen werden zu zwei Gleichrichtern geführt, und die gleichgerichteten Ströme werden einem Differentialrelais zugeführt. Dieses Relais macht nach der einen Seite Kontakt, wenn die Einstellung in einer Richtung von der Nullage abweicht, und nach der anderen Seite, wenn die Einstellung in der anderen Richtung abweicht. Die resultierende Nulllage liegt dabei in der Mitte zwischen den beiden Nulleinstellungen, die für die Anzapfungen einzeln erhalten werden. Das Relais arbeitet also in derselben Weise wie das Relais in der obenerwähnten Kompensationseinrichtung für Gleichstrom und kann ebenso zur Steuerung eines Hilfsmotors verwendet werden, zwecks selbsttätiger Einstellung des Kompensators in der Richtung voller Abgleichung.

Man kann auch drei Kompensatoren verwenden bzw. ' einen Kompensator mit drei Anzapfungen und kann den Strom der dritten Anzapfung zu einem Gleichrichter führen,

von dem ein Vorrelais gespeist wird, das den Hilfsmotor abschaltet, sobald der Relaisstrom einen gewissen Wert unterschreitet, d. h. sobald die Einstellung des !Compensators innerhalb eines gewissen Gebietes auf beiden Seiten der resultierenden Nulllage liegt. Die resultierende Nullage wird liier mit der Einzelnullage der mittleren Anzapfung übereinstimmen. Das Vorrelais gibt ίο dem Apparat ein größeres Toleranzgebiet, dafür aber ruhigere Arbeit und sichert einen kräftigen Kontaktdruck im Hauptrelais, solange der Einstellungsmotor überhaupt arbeitet. Der dritte Gleichrichter mit seinem Hilfsrelais ist aber für die Erfindung nicht wesentlich, sondern kann ganz vermieden bzw. durch verschiedene andere Anordnungen ersetzt werden, wovon einige unten beschrieben werden. .

Wesentlich für die Erfindung ist aber, daß in einem Wechselstromkomp ensat or, 2. B einer Impedanzbrücke, zwei Anschlüsse für das Brückeninstrument vorgesehen sind, einer auf jeder Seite des wahren Brückenpunktes. Diese beiden Nullanschlüsse werden dann zwei um eine Kleinigkeit verschiedenen Nulleinstellungen des Kompensators entsprechen. Nun werden die beiden Restspannungen, die an diesen Anzapfungen entstehen, nachdem sie zuerst gleichgerichtet worden sind, einem gemeinsamen Relais in entgegenwirkender Richtung zugeführt. Es braucht natürlich nicht immer ein Relais mit zwei entgegengeschalteten Wicklungen (Differentialrelais) verwendet zu werden, sondern es kann auch ein Relais mit nur einer Wicklung, z. B. ein Drehspulrelais, in zweckmäßiger Schaltung verwendet werden. Es ist auch nicht notwendig, einen Elektromotor als Hilfsmotor zu verwenden, sondern es kann jede andere reversible Einstellungsvorrichtung benutzt werden, wenn sie sich nur von einem Relais steuern läßt.

Eine Anzahl Ferneins tellungsgeräte, die verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung darstellen, sind in Abb. 1 bis 11 erläutert, und zwar zeigt

Abb. 1 eine Wechselstrombrücke mit besonderen Anzapfungen auf jeder Seite des Nullpunktes der Brücke,

Abb. 2 eine ähnliche Brücke, wo aber zwei Sätze von Brückenwiderständen gebraucht werden und das Verhältnis je zweier Widerstände um eine Kleinigkeit verschieden ist. Abb. 3 gibt eine allgemeinere schematische Darstellung eines Doppelkompensators für Ferneinstellung und
Abb. 4 desgleichen mit Vorrelais. Abb. 5 dient zur Erläuterung der Arbeitsweise des Differentialrelais.

Abb. 6 gibt eine ausführlichere Darstellung der Schaltung einer automatischen Frequenzbrücke, die zur Fernanzeigung mittels variierender Frequenz gebraucht werden kann.

Abb. 7 zeigt einen ähnlichen Apparat, dessen Wirkung aber auf dem Resonanzphänomen in etwas ungleich abgestimmten Kreisen basiert ist, und

Abb. 8 erklärt die Arbeitsweise des Relais in diesem Falle. Eine Einrichtung, wo die Richtung eines drehbaren Raumfeldes angezeigt wird, ist in

Abb. 9 dargestellt, und durch Abb. 10 wird ersichtlich, wie die Relais dabei einwirken.

Abb. 11 zeigt eine Ausführungsform eines Kompensators,

In Abb. ι ist eine Wechselstrombrücke gezeigt, bei der rechts und links von einem Diagonalpunkt elektrisch naheliegende Anzapfungen angeordnet sind. Diese sind an Gleichrichter L₁, L₂ angeschlossen. Die beiden anderen Brückenzweige sind hier Kondensatoren C₁, C₂, und zwar kann z. B. C₁ ein Drehkondensator sein, der von einem Meßinstrument oder einer Fernanzeigekurbel MI beeinflußt wird. Die Spannung an jeder Anzapfung, die bei Abgleich der Brücke als unbalanderte Restspannung aufgefaßt werden muß, gibt jetzt durch den Gleichrichter einen. Strom. Die Ströme L₁ und L₂ wirken dabei auf das Differentialrelais in entgegengesetzter Richtung. Wie später auseinandergesetzt, wird der Motor dabei so gesteuert, daß der Kondensator C₂ den Bewegungen des Kondensators C₁ folgen muß und so die Änderungen des Instrumentes MI nachmacht. Die eigentliche Nullanzapfung der Brücke wird an einen dritten Gleichrichter L₀ angeschlossen, um die Abschaltung des Motors in der Nähe voller Abgleichung zu bewirken, wie später ausführlicher gezeigt wird.

Die Brücke wird mit Wechselstrom gespeist, dessen Periodenzahl in diesem Falle für die Genauigkeit der Einstellung ohne Bedeutung ist.

Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsweise der automatischen Wechselstrombrücke, die zur Anzeige der Änderungen eines Widerstandes X, der z. B. die Spule eines Widerstandsthermometers sein kann, dient. X bildet den einen Arm einer Brücke, bei der zwei Sätze von Brücken widerständen Ni-NJ und N₁"-N./' vorgesehen sind, nebst einem veränderriehen Widerstände R, der als Vergleichswiderstand dient. Die Verhältnisse N₁-N./ und Νχ'-Ν*" sind um eine Kleinigkeit verschieden, und die Spannungen zwischen Ä und C und zwischen A' und C" müssen daher den Nullwert bei etwas verschiedenen \yerten von JR. durchlaufen. Eben-

so wie früher werden die Restspannungen durch. Gleichrichter L₁, L₂ zu einem Differentialrelais geleitet. Der Motor M wird vom Differentialrelais beeinflußt, so daß der regelbare Widerstand/? gerade proportional X verändert wird.

In Abb. 3 wird gezeigt, wie das System weiter ausgebaut werden kann, und zwar in diesem Falle für selbsttätige Fre.quenzmessung oder Fernanzeigung mittels Frequenzänderungen. Statt der Wheatstonebrücke sind hier zwei frequenzempfindliche Kompensatoren /C₁ und K.₂ angeordnet. Jeder Kompensator gibt an den zugehörigen Gleichrichter L₁ bzw. L₂ eine Restspannung ab, die für eine gegebene Frequenz bei einer bestimmten Stellung des Abgleichgriffes einen Mindestwert durchläuft. Die Abgleichgriffe sind mechanisch zusammengeschaltet, aber so gegeneinander verstellt, daß die beiden Restspannungen bei etwas verschiedenen Stellungen des gemeinsamen Steuerorganes M den Mindestwert durchlaufen.

Die Kompensatoren können in verschiedener Weise gebaut sein. Um das Bild nicht unnötig verwickelt zu machen, sind sie nur schematisch durch Rechtecke angedeutet. Abb. 11 zeigt jedoch eine mögliche Ausführungsform. /? ist hier eine Art von Brückenwiderstand, P und 5 die Primär- bzw. Sekundärwicklung eines Lufttransformators und C ein Drehkondensator, dessen Knopf die Rolle des Abgleichgriffes spielt. L ist der zugehörige Gleichrichter. Die Eigenschaften eines solchen Kompensators werden weiter unten auseinandergesetzt. Hier soll die Schaltung nur als Beispiel dienen.

Abb. 4 zeigt in ähnlicher Weise schematisch eine Anordnung, wo drei verschiedene Kompensatoren K₁, /C₀ ^un-d Ks verwendet werden. Die Gleichrichter L₁ und L₂ sind in gleicher Weise wie oben mit dem Differentialrelais DR verbunden, der Gleichrichter L₀ speist ein Vorrelais FR.

Die Funktion des Zweifach- oder Dreifachkompensators soll nun an Hand des in Abb. 4 gezeigten Schemas erläutert werden. Die drei Restspannungen gehen bei Verdrehung des Motors M nacheinander durch ihre NuIl- oder Mindestwerte hindurch. Wenn die Restspannungen in Abhängigkeit von der Lage des Motors M aufgetragen werden, erhält man Kurven etwa wie E₀, E₁ und E₂ in Abb. 5. Werden diese Spannungen den Gleichrichtern L₀, L₁ und L₂ zugeführt, so entstehen entsprechende Gleichströme, und wenn die Ströme L₁ und L₂ in entgegenwirkender Richtung im Relais DR fließen, verläuft ihre resultierende Wirkung· im Relais etwa wie die untere Kurve der Abb. 5. Der Kompensator mag auf der einen oder

anderen Seite der Nullage (wo die

und E₂ einander schneiden) eingestellt sein, der Hilfsmotor M wird doch immer von dem Relais DR so gesteuert, daß der Kompensator in der Richtung der Nullage gedreht

In Abb. 5 ist noch das Toleranzgebiet T· angedeutet, dessen Breite von der Empfindlichkeit des Vorrelais FR bestimmt wird. Im Vorrelais wirkt nämlich die Restspannung E₀ allein, und wenn das Relais von elektromagnetischer Bauart ist, wird es den Motor abschalten, sobald die Restspannung E₀ dem Nullwert nahe kommt.

In Abb. 6 findet man eine ausführlichere Darstellung der Anwendung der Erfindung bei einem Ferneinstellgerät, das von einem Signalstrom mit innerhalb gewisser Grenzen variierender Frequenz gesteuert wird. Der Signalstrom wird bei A zugeführt und fließt auf zwei Wegen nach B, einmal über die kleine Induktanz / und den großen Widerstand/? (von dem ein Teil nR angezapft ist) und zweitens über den Kondensator C und die Primärspule eines Lufttransformators. Die gegenseitige Induktanz des Lufttransformators sei M, die Induktanz der Primärwicklung L. Schließlich sei r der Widerstand des Stromzweiges C-L. Der Erfinder hat früher (Journal American Institute Electrical Engineers, Nov. 1921, Seite 835) gezeigt, daß ein solcher Kompensator abgeglichen ist, wenn die Kreisfrequenz des Stromes

ist, wenn η das Verhältnis des angezapften Teils nR zum ganzen Widerstand R bedeu- »00 tet, und daß daneben auch die folgende Bedingung erfüllt werden muß, obgleich sie in der Praxis nur eine Verfeinerung darstellt:

Wenigstens eine von den Größen n, C, L, M muß veränderlich sein. In Fig. 6 ist angedeutet, daß der Kondensator C ein Drehkondensator ist. Die Veränderlichkeit kann aber selbstverständlich ebensogut in- einer der anderen Größen liegen.

Wenn dieser Kompensator nun als automatische Frequenzbrücke gemäß der Erfindung gebraucht werden soll, wird die Sekundärwicklung des Lufttransformators mit zwei oder drei Anzapfungen versehen, die, wie in Abb. 6 gezeigt, an die Gleichrichter angeschlossen werden.

Eine andere Anwendung der Erfindung zwecks selbsttätiger Frequenzeinstellung zeigt Abb. 7. Drei mechanisch zusammengekuppelte

Schwingungskreise S₀, S₁ und S₂ werden hier verwendet, die fast auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind. Sie sind von einer gemeinsamen Leitung A₁ B gespeist, und jeder wirkt auf einen der Gleichrichter L₁, L₂ und L₀. Die gleichgerichteten Ströme sind ungefähr proportional den Quadraten der Resonanzspannungen. Die Kurven E'\ und Ez in Abb. 8 zeigen, wie die Quadrate der Eimgangsspannungen von L₁ und L₂ in Abhängigkeit von der Stellung des Motors M variieren, und die Kurve I₂-I₁, unten in Fig¹.8, zeigt die resultierende Stromwirkung im Differentialrelais. Es ist ersichtlich, daß auch in diesem Falle das Drehkondensatorsystem sich bei entsprechender Schaltung des Hilfsmotors automatisch in eine Lage stellt, die, abgesehen von dem ToleranzintervallT, das von dem Vorrelais FR geschaffen wird, der Frequenz

ao des Kontrollstromes entspricht. Wenn statt dessen die Frequenz der Stromquelle von dem ■ Hilfsmotor beeinflußt wird, kann eine ähnliche Einrichtung zur Konstanthaltung bzw. Steuerung der Frequenz benutzt werden.

as Abb. 9 zeigt eine Anwendung auf einem anderen Gebiete. Die Primärspulen P₁ undP₂, die unter einem gewissen Winkel im Raum aufgestellt sind und von phasenverschobenen Strömen durchgeflossen werden, erzeugen ein Raumfeld, dessen Richtung von. der Phasenverschiebung abhängt und durch Regelung der Ströme oder Einstellung der Lage der Primärspulen beeinflußt werden kann. In den Sekundärspulen S₁ und S₂, die gegeneinander um einen kleinen Winkel a_x im Räume verschoben sind, werden von dem Primärfeld Spannungen E₁, E₂ induziert, die bei der Drehung des Sekundärsystemes etwas phasenverschobene Sinuskurven durchlaufen. In Abb. 10 sind oben Kurven der Spannungsquadrate in Abhängigkeit von der Verdrehung des Einstellorgans des beweglichen Spulensystems aufgetragen. Auch in diesem Falle erhält man nach Gleichrichtung der Spannungen die gewünschte Wirkung des Differentialrelais DR₁. Das Relais sucht nämlich die Sekundärspulen immer auf Maximumoder Minimuminduktionswirkung einzustellen und bewirkt dadurch, daß das Sekundärsystem automatisch den Drehungen des Primärfeldes folgt. Um ein neues Beispiel zu geben, wurde in Abb. 9 noch angedeutet, wie das Vorrelais durch ein zweites Doppelwicklungsrelais DR₂ ersetzt werden kann, wo aber die beiden Ströme zusammenwirken. DR₂ wirkt als gewöhnliches elektromagnetisches Relais und schafft ebenso wie das Relais FR in Abb. 4 ein gewisses Toleranzintervall T (s. Abb. 10 unten), "trotzdem nur zwei Nullanzapfungen mit zwei Gleichrichtern vorgesehen sind. DR₂ kann der Einfachheit halber als einspuliges Relais ausgebildet werden, das von der Summe der beiden gleichgerichteten Ströme von L₁ und L₂ durchflossen wird, eine Anordnung¹, die sich besonders bewahrt, wenn L₁ und L₂ Glühkathodengleichrichter sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Empfangsanordnung für eine nach dem Kompensationsverfahren fernübertragene Meßgröße o. dgl. mit Wechselstrom als Übertragungsmittel, gekennzeichnet durch zwei oder mehr Anschlüsse (C, C") "wenig verschiedenen Potentials an der Komp ensations einrichtung, deren Restspannungen am Empfangsort über Gleichrichter (L₁, L₂) einem Verstellorgan (M) zur selbsttätigen Abgleichung der Kompensationsschaltung zugeführt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1 für die Übertragung mit verschiedenen Frequenzen, gekennzeichnet durch zwei oder drei getrennte frequenzempfindüche Kompensatoren (K₁, K₂ oder K₁, Ko, K₂), deren Verstellorgane mechanisch derart gekuppelt sind, daß die Restspannungen· bei einer gegebenen Frequenz ihre Mindestwerte bei etwas verschiedener Stellung des gemeinsamen Verstellorgans (M) durchlaufen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Kompensatoren zwei oder drei etwas verstimmte Schwiagungskreise vorgesehen

. sind, deren Kondensatoren als gemeinsames Verstellorgan miteinander gekuppelt sind und deren Resonanzspannungen nach Gleichrichtung das Verstellorgan beeinflussen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu komp ensierende Spannung von zwei Spulen (Si₁, S₂) abgenommen wird, die in einem magnetischen Raumfelde aufgestellt sind, auf einem gemeinsamen Verdrehungsorgan sitzen und dabei einen verhältnismäßig kleinen Raumwinkel miteinander bilden.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei drei das Ver- nc stellorgan beeinflussenden Kompensationsanschlüssen der mittlere ein besonderes Relais (FR) beeinflußt, welches den Antrieb des Verstellorgans in der Nähe der Abgleichlage der Kompensationseinrich- iij tung abschaltet.

FHierzu 2_,Blatt Zeichnungen