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Einrichtung zur Fernmessung von in Abhängigkeit von Meßgrößen sich
einstellenden Widerständen Es sind Anordnungen bekannt, bei denen die Stellung des
Zeigers eines Meßgerätes, beispielsweise eines Wattmeters, -dadurch fernübertragen
wird, daß man den Ausschlag des Gerätes kompensiert. Es wird beispielsweise ein
in einer zusätzlichen drehbaren Spule fließender Strom so geregelt, daß das drehbare
System des Meßgerätes und die zusätzliche Drehspule eine ganz bestimmte Stellung
einnehmen und daß bei Abweichung aus dieser Stellung durch Kontaktschließung ein
Regelimpuls ausgeübt wird, der den kompensierenden Strom so lange verändert, bis
das gemeinsame System die ausgezeichnete Stellung einnimmt. Es wirkt also der Kompensationsstrom,
der ohne Schwierigkeiten auf beliebige Entfernungen übertragen werden kann, als
Maß für die eigentliche Primärmeßgröße. Diese bekannte Methode hat den Nachteil,
daß bei Messung von Widerständen, beispielsweise elektrischer Thermometer, Rauchgasprüfer,
Hygrometer und Kalorimeter oder auch von Widerständen, die durch mechanische Kräfte
verstellt werden, die Kompensation voraussetzt, daß das primäre, zu kompensierende
Drehmoment nur von dem zu messenden `'Widerstand beeinflußt wird. Bei der häufigen
Verwendung von elektrischen Widerständen zur Darstellung der Meßgröße macht es sich
aber als Mangel bemerkbar, daß die daraus abzuleitenden Drehmomente außer von der
Größe des Widerstandes von der Höhe der für die Messung erforderlichen Hilfsspannung
abhängig sind.
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Es ist außerdem bereits eine Wheatstonesche Brückenschaltung zur Messung
von Flüssigkeitswiderständen bekannt geworden, wel2he außer dem zu messenden Flüssigkeitswiderstand
noch einen Vergleichsflüssigkeitswiderstand, ferner einen festen Widerstand und
schließlich einen regelbaren Widerstand enthält. Ein in dem Diagonalzweig der Brückenschaltung
liegendes Nullinstrument steuert über ein Zwischenrelais einen Elektromotor derart,
daß dieser durch Verändern des regelbaren Widerstandes das bei einer Veränderung
des zu messenden Flüssigkeitswiderstandes gestörte Brückengleichgewicht wiederherstellt.
Bei dieser bekannten Einrichtung sind also in der Brückenschaltung der zu messende
Flüssigkeitswiderstand und der Regelwiderstand in verschiedener Gesetzmäßigkeit
von der Stromstärke abhängig. jedoch wird von dieser Verschiedenartigkeit der Abhängigkeit
bei der Messung in keiner Weise Gebrauch gemacht, sondern die verschiedenartige
Abhängigkeit wird sogar absichtlich unterdrückt, um eine Proportionalität zwischen
den beiden Widerständen herzustellen und für die :Messung auszunutzen. Deshalb ist
der regelbare Widerstand der bekannten Einrichtung mit einer Widerstandsskala versehen,
auf welcher in jedem Augenblick die Größe des zu messenden Flüssigkeitswiderstandes
angezeigt wird.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine verschiedenartige
Abhängigkeit zweier veränderlicher Widerstände von der Stromstärke oder von der-Frequenz-des
Betriebsstromes für eine Fernmessung des einen der beiden Widerstände unter Anwendung
einer Kompensationsmethode auszunutzen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß der zu messende Widerstand und ein zweiter Widerstand, welche beide in verschiedener
Gesetzmäßigkeit von Stromstärke oder Frequenz abhängig sind, in den gleichen oder
in verschiedenen Zweigen einer Kompensationsschaltung liegen und das in dem Ausgleichsleiter
der Kompensationsschaltung liegende Kontaktmeßinstrument über ein Steuergerät derart
den die Kompensationsschaltung speisenden und das Fernmeßgerät beeinflussenden Strom,
insbesondere seine Spannung oder Frequenz, regelt, daß der Strom in dem Ausgleichsleiter
der Kompensationsschaltung und somit der Ausschlag des Nullinstrumentes verschwindet.
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Vergleicht man in beliebiger Weise die Größe der beiden Widerstände
nach einer Nullmethode, so wird man für jeden Wert des zu messenden Widerstandes
einen Wert des Kompensationsstromes finden, für den der zweite Widerstand mit anderer
Abhängigkeit gleich groß wird. In diesem Fall wird das Nullgalvanometer, das mit
Kontakten versehen ist, keinen Ausschlag zeigen oder ein Relais nicht ansprechen.
Weicht jedoch der Kompensationsstrom von der durch obige Bedingungen festgelegten
Größe ab, so wird infolgedessen mittels Kontakte ein Regelimpuls ausgelöst, der
den Kompensationsstrom so lange verändert, bis Gleichheit der beiden zu vergleichenden
Widerstände eintritt.
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Das Verfahren ist auch anwendbar, wenn die Variation des ferngeleiteten
Stromes nicht in bezug auf seine Größe, sondern in bezug auf seine Frequenz erfolgt.
Man muß denselben zu messenden Widerstand mit einem Widerstand vergleichen, der
frequenzabhängig ist, d. h. einem scheinbaren Widerstand, der sich aus Ohmschem
und induktivem Widerstand zusammensetzt.
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Als zweckmäßige Form der Anordnung wird gemäß Abb. i eine Wheatstone-Brücke
i verwendet, deren einer Zweig aus dem fernzumessenden Widerstand 2 besteht und
dessen Größe möglichst unabhängig von dem ihn durchfließenden Strom ist. Weiter
befinden sich in derselben Wheatstone-Brücke 2 feste Widerstände 3 und 4 sowie ein
Widerstand 5, der mit dem Prüfwiderstand in Reihe geschaltet ist. Dieser Widerstand
ist in seiner Größe abhängig von dem durch ihn fließenden Strom, was zweckmäßig
dadurch erreicht wird, daß er aus einem Material mit hohem Temperaturkoeffizienten
besteht und einen so geringen Querschnitt aufweist, daß er eine merkbare Eigenerwärmung
erhält. Es eignet sich für diesen Widerstand 5 jede beliebige Metalldrahtlampe.
In dem Diagonalzweig der Brücke i ist als Steuergerät ein Kontaktgalvanometer 6
eingeschaltet, an welchem ein periodisch auf und ab gehender Fallbügel ? angeordnet
ist. Der Zeiger des Galvanometers 6 betätigt bei Abweichung aus der Nullage zwei
Kontakte 8 und 9, die einen Motor ii je nach der Richtung des Zeigerausschlages
rechts oder links umlaufen lassen. Der Motor ii treibt eine Schraubenspindel 12
an, auf welcher der Regelkontakt 13 für einen Widerstand 14 verschiebbar angeordnet
ist. In Reihe zu dem Widerstand 14 ist die Wheatstone-Brücke i, das Fernmeßgerät
15 und die Stromquelle 16 angeschlossen. Geber- und Empfängerstelle sind durch die
Fernleitungen 17 und 18 verbunden. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende:
Ändert sich die Größe des zu messenden Widerstandes 2, so tritt eine Gleichgewichtsstörung
der Brücke ein. Sie verursacht einen Ausschlag des Zeigers vom Galvanometer 6, so
daß mittels des Fallbügels der Kontakt 8 oder 9 geschlossen wird. Der Motor ii verstellt
dabei den Kontakt des Widerstandes 14 und ändert damit den Betriebsstrom der Brücke
i so lange, bis infolge der mehr oder minder großen Erwärmung des Widerstandes 5
die Brücke ins Gleichgewicht gebracht ist, und zwar muß sich der Betriebsstrom vergrößern,
wenn der zu messende Widerstand 2 größer geworden ist, damit der von dem Heizstrom
stärker erwärmte stromabhängige Widerstand 5 ebenfalls vergrößert wird. Die zur
Herstellung des Brückengleichgewichtes erforderliche Stromstärke wird dann von dem
Galvanometer 15 angezeigt und als Maß für die Größe des zu messenden Widerstandes
2 benutzt.
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Die neue Anordnung ist einerseits unabhängig von Schwankungen der
Betriebsstromquelle und bietet außerdem den Vorteil, daß Fernmessungen mittels nur
zweier Fernleitungen auf beliebige Entfernung bis zur Größenordnung mehrerer ioo
km ohne Schwierigkeiten durchführbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
Änderungen desWiderstandes der Fernleitungen, z. B. infolge Temperaturschwankungen
der Umgebung, keinen Einfluß auf die Meßergebnisse haben, auch sind die Zuleitungswiderstände
bei der Eichung des Systems nicht zu berücksichtigen.
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Weiter gelingt es, das Prinzip des Vergleiches zweier Widerstände
nach Abb. 2 so zu verwenden, daß als Regelgröße nicht die Stromstärke, sondern die
Frequenz eines Stromes so lange verändert wird, bis zwei Widerstände in der Wheatstone-Brücke
28 gleiche Größe aufweisen. Der Widerstand 29 sei ein .reiner Ohmscher Widerstand,
desgleichen die Vergleichswiderstände 30 und 31, während der induktive Widerstand
32
frequenzabhängig ist. Das Galvanometer 33 macht wiederum in nicht dargestellter
Weise Kontakt, wodurch die Frequenz des Betriebsstromes der Brücke so lange verändert
wird, bis die Brücke im Gleichgewicht ist. Zu diesem Zweck wird in nicht dargestellter
Weis die Frequenz des Tourendynamos 34. verändert. Die Fernleitungen 35 und 36 leiten
den Strom zu der Empfangsstelle 37, die einen Frequenzmesser darstellt. Die dort
angezeigte oder aufgezeichnete Frequenz ist ein Maß für die Größe des Widerstandes
29. Die Übertragung der Frequenzen kann in an sich bekannter Weise auch drahtlos
geschehen.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen könnte gewünschtenfalls durch
das Steuergerät die Spannung des Speisestromes z. B. mittels einer Potentiometerschaltung
oder dadurch geregelt werden, daß die Umlaufgeschwindigkeit einer den Speisestrom
liefernden Gleichstromtourendynamo zwecks Kompensation geändert wird. In diesen
Fällen müßte der dem Meßwiderstand zugeordnete zweite Widerstand in anderer Gesetzmäßigkeit
als der Meßwiderstand spannungsabhängig sein.