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Einrichtung zur Fernübertragung von Zeigerstellungen Zur Fernübertragung
von Meßgrößen sind Einrichtungen bekannt geworden, bei denen der in der Fernleitung
fließende Strom mit Hilfe eines Servomotors, der einen im Fernleitungskreis liegenden
Widerstand verstellt, eingeregelt wird. Es ist ferner eine Einrichtung zur Fernanzeige
von Membranauslenkungen oder ähnlicher sehr kleiner Verschiebungen bekannt, bei
welcher die Meßvorrichtung und ein mit ihr zusammenarbeitendes Hitzdrahtsystem gemeinsam
einen Kontakt öffnen und schließen, derart, daß der von diesem Kontakt gesteuerte,
in der Fernleitung fließende Strom den Membranauslenkungen entspricht.
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ach der Erfindung wird eine Einrichtung zur Fernübertragung von Zeigerstellungen
dadurch geschaffen, daß ein dauernd arbeitendes elektromagnetisches Relais die Stärke
eines Fernmeßstromes, dessen mittlerer Wert ein Maß für die Zeigerstellung ist,
so ändert, daß eine Übersteuerung des Fernmeßstromes bewirkt wird, wenn er sich
unterhalb des der Zeigerstellung entsprechenden Sollwertes befindet, dagegen eine
Untersteuerung, wenn er sich oberhalb dieses Sollwertes befindet, wobei der untere
Stromgrenzwert stets größer als Null ist.
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Diese Einrichtung besitzt gegenüber den bekannten Einrichtungen insofern
Vorteile, als sie Zeigerstellungen mit größerer Geschwindigkeit und größerer Genauigkeit
zu übertragen gestattet, als dies mit den bekannten Einrichtungen möglich ist. Der
Servomotor der erstgenannten Einrichtung verstellt den im Fernleitungskreis liegendenWiderstand
nur mit einer sehr geringen Geschwindigkeit. Während des Arbeitens dieses Motors
besteht keine Übereinstimmung zwischen dem Fernleitungsstrom und der am Sendeort
vorliegenden Zeigerstellung. Es werden daher kurzzeitige Stellungsänderungen, die
der Meßzeiger etwa vor dem Einspielen in seine neue Ruhelage ausführt, d. h. Zeigerpendelungen
am Empfangsort, überhaupt nicht angezeigt und die neue Ruhelage des Meßzeigers erst,
nachdem der Servomotor der Sendeeinrichtung zum Stillstand gekommen ist. Die zweite
der bekannten Einrichtungen ist zur Übertragung von Zeigerstellungen überhaupt nicht
geeignet, sondern nur zur Fernmeldung von Membranauslenkungen und ähnlicher sehr
kleiner Verschiebungen. Um diese Einrichtung auch zur Fernübertragung größerer Verschiebungen,
beispielsweise der Stellung eines Ventilkolbens, verwenden zu können, ist vorgeschlagen,
ein Übersetzungsgestänge anzuordnen, welches die fernzumeldende Stellung des Ventilkolbens
durch die Stellung eines Kontaktes abbildet, der, wenn
der Ventilkolben
seinen gesamten Hub durchläuft, nur eine sehr kleine Strecke zurücklegt. Diese Lösung
ist für die Fernübertragung von Zeigerstellungen als außerordentlich unbefriedigend
anzusehen. Die Schwierigkeiten bestehen darin, daß das Übersetzungsgestänge besonders
leicht ausgeführt werden muß, um von den normalerweise nur geringen Richtkräften
des Zeigerinstrumentes betätigt werden zu können, und daß gleichzeitig die Drehpunkte
des Übersetzungsgestänges vollständig spielfrei sein müssen, damit durch das Übersetzungsgestänge
keine Fehler in der Fernübertragung hervorgerufen werden. Eine derartige Ausführung
des Übersetzungsgestänges erfordert jedoch verhältnismäßig große Betätigungskräfte.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt Abb. i. Es ist ein Widerstand i vorhanden,
dessen Schleifkontakt Z an dem Zeiger eines nicht gezeichneten Meßinstrumentes befestigt
ist und von ihm entsprechend seinem Ausschlage verstellt wird. An dem Widerstand
i liegt die Spannung einer Batterie 3, die auch den aus Widerständen 4. und 5, Leitung
6 und einem Empfangsinstrument 7 bestehenden Stromkreis speist. Ferner ist ein polarisiertes
Relais 8 finit dem Kontakt 9 vorgesehen. Dieser ist so geschaltet, daß der
in der Fernleitung liegende Widerstand 5 in der einen Lage des Relaisankers kurzgeschlossen
wird.
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Die Wirkungsweise der in Abb. i veranschaulichten Ausführungsform
soll unter der Annahme erläutert werden, daß die Widerstände i, .4 und 5 die Größe
So, Zoo bzw. 8oo Ohm besitzen, daß die Spannung der Batterie 3 ioo Volt betrage,
ferner sei anbenominen, daß die Induktivität dieser Widerstände v ernachlässigbar
klein sei. Der Instrumentenzeiger Z stehe in der Mitte des Widerstandes i (also
bei 25 Ohm). Ferner sei der Ansprechstrom des Relais 8 klein und vernachlässigbar
gegenüber den in den Widerständen i, .4 und 5 fließenden Strömen. Der Widerstand
von Fernleitung und Empfangsinstrument sei Null.
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Die Potentialschwankungen des Punktes ..g beim Arbeiten des Relais
8 ergeben sich aus nachstehender Berechnung. Schließt Relais 8, so liegt der Punkt
A offenbar am positiven Pol der Batterie, der als Nullpunkt des Potentials gewählt
sei. Ist das Relais 8 offen, also der Widerstand 5 nicht überbrückt, sohat der Punkt
A ein Potential von
Der Übergang zwischen diesen beiden Grenzwerten des Potentials erfolgt wegen des
oben vorausgesetzten Fehlens von Induktivitäten unstetig. Diesen beiden Potentialwerten
entsprechen ebenfalls rechteckig ineinander übergehende Stromstärken im Fernleitungskreis,
die sich aus den beiden Widerstandswerten Zoo bzw. Zoo -f- 8oo Ohm zu
und
berechnen. Gegenüber dem Punkte B, der entsprechend seiner oben angenommenen augenblicklichen
Stellung in der Mitte des Widerstandes i ein Potential von So Volt besitzt, besitzt
demnach der Punkt A ein Potential von - 30 Volt, wenn Relais 8 geöffnet ist,
und von So Volt, wenn Relais 8 geschlossen ist. Diesen Potentialdifferenzen entsprechen
Ströme, die das Relais 8 durchfließen und deren Anstieg unmittelbar nach dem jeweiligen
Umschalten des Relais 8 in Abb. .4 dargestellt ist. Die Anfangstangente der Stromkurven
ist gegeben durch die Zeitkonstante der Relaiswicklung und die am Relais liegende
Potentialdifferenz. Das Relais 8 spricht bei jeweils gleichen Stromstärken an; trägt
man die Ansprechstromstärke i in die Abb. 4 ein, so sieht man, daß das Ansprechen
nach jeweils verschiedenen Zeiten erfolgt, und zwar ist der Unterschied um so größer,
je stärker sich die am Relais liegenden Spannungen unterscheiden. Es kann nun der
zeitliche Verlauf des Fernleitungsstromes genau angegeben werden, der rechteckförmig
und zwischen zwei bestimmten Grenzwerten verläuft und dessen relative Dauer, während
welcher der Fernleitungsstrom sich auf dem einen oder anderen Grenzwert befindet,
aus der Abb. 4. zu entnehmen ist. Die fraglichen Zeiten verhalten sich offenbar
umgekehrt wie die Neigungswinkel der beiden Anfangstangenten, also wie 5 : 3. Diese
Zahl ist der Abb. 5 zugrunde i gelegt. Der Mittelwert des Fernleitungsstromes, in
diesem Falle o,25 Amp., wird im Empfangsinstrument angezeigt.
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Aus obigem dürfte hervorgehen, daß bei allen Zeigerstellungen der
Fernleitungsstrom i den Charakter der Abb. 5 trägt. Veränderlich, d. h. von der
Zeigerstellung abhängig, ist dabei nur das Verhältnis der Zeiten, während welcher
der öbere und der untere Stromgrenzwert 0,5 und o,i Amp. übertragen werden.
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Das Umlegen des Relais 8 findet nicht längs des ganzen Widerstandes
i statt. Unter Zugrundelegung der obengenannten Widerstandswerte beträgt diese tote
Widerstandszone
des Widerstandes i und liegt am negativen Pol der Batterie. Darüber hinaus ist an
den beiden Enden des noch verbleibenden Teiles des Widerstandes i noch ein kleines
Stück für die Fern- i übertragung nicht verwendbar, da dort die Ansprechstromstärke
für das Relais 8 nicht
mehr erreicht wird. Diese Widerstandsbeträge
können natürlich auch in zwei in Reihe mit Widerstand i liegenden Vorwiderständen
untergebracht werden.
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Die mit dieser Fernübertragungsart notwendig verbundenen Stromschwankungen
in der Fernleitung können in manchen Fällen als störend empfunden «-erden, z. B.
wenn benachbarte Fernsprechleitungen induziert werden. Zweckmäßigerweise wird dies
dadurch vermieden, daß man die Geberapparatur mit einem Gleichstromgenerator kombiniert:
eine dafür geeignete Schaltung zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel (Abb. 2).
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Es sind wieder die schon erwähnten Teile vorhanden: der Widerstand
9, dessen Schleifkontakt io von dem Meßinstrument verstellt wird, der Widerstand
i i im Zuge der Fernleitung 17, das polarisierte Relais 1-2, das in derselben Weise
wie oben geschaltet ist, und zwar sowohl in bezug auf seine Erregerwicklung als
auch in bezug auf seinen Kontakt 13, der dem Widerstand 1.4 parallel liegt. Der
Gleichstromgenerator liegt mit seinem Anker 16 im Kreise der Fernleitung (Anker
16. Widerstand ii, Fernleitung 17, Empfangsinstrument 18), mit seiner Erregerwicklung
i9 in Reihe mit dem Widerstand 1,4.
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Die Anordnung arbeitet in genau derselben Weise wie die obige, mit
dem einzigen Unterschied, daß der von dem Relaiskontakt 13 überbrückte Widerstand
14. hier den Erregerstrom der Gleichstrommaschine steuert, die ihrerseits erst den
Strom für die Fernübertragung liefert. Diese Anordnung ist auch dadurch besonders
vorteilhaft, daß der Generator keineswegs mit konstanter Drehzahl angetrieben zu
werden braucht.
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Entsprechende Schaltungen sind für die Kombination der Gebeapparatur
mit einem Wechselstromgenerator möglich. Bei diesen muß allerdings entweder der
Antrieb mit konstanter Tourenzahl erfolgen, wobei dann der Punkt A statt im Fernleitungskreis
im Erregerkreis liegt, oder die Funktion des Relais 12 muß von einem Differentialrelais
übernommen «-erden.
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Die Einzelheiten der beschriebenen Anordnung können in mannigfacher
Weise angewandt werden.
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Beispielsweise kann das polarisierte Relais durch ein nichtpolarisiertes
ersetzt -werden, das mit einer Ventilzelle, z. B. einem kleinen Trockengleichrichter,
in Reihe liegt. Abb. 3 -zeigt eine entsprechende Schaltung. i9 ist die Ventilzelle,
2o die Wicklung des Relais, 21 sein Kontakt, der durch die Feder 22 geschlossen
gehalten wird, wenn die Wicklung stromlos bleibt, 5 bzw. 14 der in den Abb. i und
z mit diesen Ziffern bezeichnete Widerstand. Wenn am Punkt A höheres Potential herrscht,
ist die Ventilzelle i9 durchlässig, das Relais 2o wird erregt und der Kontakt 21
geöffnet. Wenn am Punkt B höheres Potential herrscht, ist die Ventilzelle undurchlässig,
das Relais bleibt unerregt, sein Kontakt 21 bleibt geschlossen. Da der Kontakt 21
sich bei Potentialwechsel also genau so verhält wie der eines polarisierten Relais,
bleibt die oben erläuterte Wirkungsweise ungeändert.
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Selbstverständlich kann auch die der Fernleitung aufgedrückte Spannung
nach demselben Verfahren zur Übertragung benutzt werden, die Empfangsinstrumente
sind dann ge--völTnliche Spannungsmesser.