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Widerstandsmeßanordnung mit einem Wechselstrom-Doppelspulmeßgerät
Unter einem Wechselstrom-Doppelspulmeß-.gerät versteht man bekanntlich ein elektrodynamisches
Meßgerät mit einer festen, an eine Wechselstromquelle anzuschließendenErregerwicklung
und zwei gleichachsig angeordneten Drehspulen, von denen der einen, der sogenannten
Meßspule, über praktisch richtkraftlose Bänder ein Wechselstrom zugeführt werden
kann, während die andere, die sogenannte Richtspule, über einen vorzugsweise induktiven
Widerstand geschlossen ist. Die Richtspule hat das Bestreben, sich und damit das
ganze bewegliche Organ stets parallel zur Richtung des von der Erregerwicklung herrührenden
Feldes zu drehen. Wenn die Erregerwicklung und die Meßspule an die gleiche Stromquelle
angeschlossen werden, so wird die Anzeige unabhängig von etwaigen Spannungsänderungen
der Stromquelle.
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Derartige Doppelinstrumente sind besonders für Widerstandsmeßanordnungen
zum Anschluß an Brückenschaltungen geeignet. Wenn man z. B. die Erregerwicklung
eines Doppelspulmeßgerätes an die Speisespannung einer Wheatstoneschen Brückenschaltung
und die Meßspule in die Meßdiagonale der Brückenschaltung legt, so wird der Zeiger
des Doppelspulmeßgerätes nach der einen oder anderen Richtung aus der Mittelstellung
abgelenkt, je nachdem das Brückengleichgewicht in der einen oder anderen Richtung
gestört ist.
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Wenn ein Doppelspulmeßgerät dieser Art jedoch an eine einfache Widerstandsschaltung,
z. B. an eine Stromteilerschaltung, angelegt werden soll, so kann nur die eine Hälfte
der Anzeigeskala ausgenutzt werden. Ein solcher Fall liegt z. B. dann vor, wenn
ein derartiges Doppelspulrneßgerät zur Fernanzeige einer Zeigerstellung, z. B. eines
Druck- oder Strömungsmessers, dienen soll unter Benutzung eines mit dem Anzeigeorgan
des Druck- oder Strömungsmessers gekuppelten Widerstandsfernsenders.
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Derartige Fernsender werden vorzugsweise nach dem Stromteilerprinzip
geschaltet, wobei die Stromquelle an einen entsprechend der zu übertragenden Zeigerstellung
veränderlichen Teil eines Widerstandes angeschlossen ist. Diese Schaltung hat einer
Brückenschaltung gegenüber den Vorteil der größeren Einfachheit und zeichnet sich
vor allem dadurch aus, daß der Ausnutzungsfaktor, d. i. das Verhältnis des nutzbaren
für die Meßspule zur Verfügung stehenden Stromes zu dem zuzuführenden Gesamtstrom,
günstiger ist als bei einer Brückenschaltung.
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Der Übelstand, daß dabei nur die eine Hälfte der Anzeigeskala ausgenutzt
werden
kann, wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, das zwecks
Vergrößerung des Ausschlagwinkels an die gleiche Wechselstromquelle ein Hilfsstromkreis
angeschlossen ist, der galvanisch oder induktiv mit dem Stromkreis der Richtspule
derart gekuppelt ist, das der Hilfsstrom, unabhängig von dem Ausschlagwinkel, auf
das bewegliche Organ ein Drehmoment ausübt, das dem von dem Strom in der Messpule
herrührenden Drehmoment entgegengerichtet ist. Dadurch wird der Nullpunkt der Ableseskala,
der ohne diese Maßnahme der Mittelstellung der Drehspule entsprechen würde, mehr
oder weniger nach der Seite verschoben.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung wird
durch das Schaltschema der Fig. i veranschaulicht, wobei das Doppelspulmeßgerät
zur Fernanzeige einer Zeigerstellung mit Hilfe einer Stromteileranordnung dient.
Mitra ist derEisenkörper eines Doppelspulinstrumentes bezeichnet, - zwischen dessen
nach Art eines Drehspulinstrumentes ausgehöhlten Polen ein zylindrischer Eisenkern
h angeordnet ist. Gleichachsig zu diesem ist das bewegliche Organ gelagert, das
aus den beiden Teilwicklungen dl und d2 einer Doppeldrehspule besteht und einen
Zeiger z trägt. Auf den Schenkeln des Eisenkörpers a ist eine Erregerwicklung e
angeordnet, die an ein Wechselstromnetz f angeschlossen ist.
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Bei der bekannten Anordnung sind die beiden Teilwicklungen dl und
d2 mit ihren Enden einerseits untereinander verbunden und an dem Verbindungspunkt
sowie an den freien Enden durch möglichst richtkraftlose Stromzuführungsbänder so
an Widerstände s bzw. r2 angeschlossen, das der vorzugsweise als Drosselspule ausgebildete
Widerstands parallel zu der Richtspule d2 und der Widerstand r, eines Widerstandfernsenders
parallel zu der Messpule dl liegt. Ein auf dem Widerstand r2 verschiebbarer Schleifkontakt
h .ist an die eine und das eine Ende des Widerstandes r, unter Vorschaltung eines
Widerstandes r3 an die andere Klemme des Wechselstromnetzes f angeschlossen.
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Wenn der Kontakt h auf dem mit dem Widerstand r3 verbundenen Ende
des Widerstandes r2 liegt, so ist die Stromstärke il in der Messpule dl gleich o,
und der Zeiger z steht in der mit 45° bezeichneten Mitte der von o bis go° bezeichneten
Arizeigeskala entsprechend der Mittelstellung der Drehspule dl, d2. In dem Maße,
wie sich infolge der Bewegung des Fernsenders entsprechend der zu übertragenden
Zeigerstellung der Schleifkontakth auf dem Widerstandr, verschiebt, steigt die Stromstärke
il an, die Messpule wird entgegen dem von dem Induktionsstrom i2 in der Richtspule
d2 erzeugten Gegendrehmoment abgelenkt, und der entsprechende Ausschlag des Zeigers
z ist bei geeigneter Wahl der Abmessungen und Widerstände proportional der Verschiebung
des Kontaktes h bzw. dem zu übertragenden Zeigerausschlag. Dabei wird aber zunächst
nur die 45° umfassende eine Hälfte der zur Verfügung stehenden Ableseskala ausgenutzt.
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Zur Erläuterung der diesbezüglichen Verhältnisse dient die graphische
Darstellung der verschiedenen auf das bewegliche Organ wirkenden Drehmomente nach
Fig. z. Dabei ist angenommen, das als Nullstellung des Zeigers, wie üblich, die
mit o bezeichnete linke Endlage auf der mit 0-45°-9o° bezeichneten Anzeigeskala
gewählt ist. Ohne den Hilfsstromkreis würde auf das bewegliche Organ nur das mit
MR bezeichnete Drehmoment wirken, das in der mit 45° bezeichneten Mitte der Skala
gleich o ist und bei einer Ablenkung nach links oder rechts in der aus Fig. 2 erkennbaren
Weise anwächst. In der mit o bezeichneten Stellung wäre das Drehmoment IRO. Um dieses
zum Verschwinden zu brin-1 k
gen, wird nun durch den Hilfsstrom ein Drehmoment
MH auf die Richtspule ausgeübt, das unabhängig von dem Ausschlagwinkel und gleich
MR O ist. Das so entstehende Gesamtgegendrehmoment, das durch die gestrichelte mit
M bezeichnete Linie angedeutet ist, steigt demgemäß von dem Werte o in der einen
Endlage bis zum Werte 2 MRO in der rechten Endlage an.
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Auf diese Weise ist es möglich, ein Wechselstrom-Doppelspulmeßgerät
mit einem Gegendrehmoment zu versehen, das in der gleichen Weise wirkt wie das von
einer Torsionsfeder herrührende, die wie bei den üblichen Meßgeräten bestrebt ist,
den Zeiger in der als Nullstellung dienenden linken Endlage der Skala zu halten.
Es ist aber einleuchtend, das die Nullstellung durch eine anderweitige Bemessung
des von dem Hilfsstromkreis ausgeübten Drehmoments MH auch an eine beliebige andere
Stelle der Skala verschoben werden kann.
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Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hilfsstromkreis
in der folgenden Weise angeschlossen. In den an das Wechselstromnetz f angeschlossenen
Erregerkreis ist außer der Erregerwicklung e noch ein Widerstand r, eingeschaltet.
Von diesem ist ein Hilfsstromkreis abgezweigt, der außer einem ' Widerstand
r4 die Primärwicklung p eines Transformators t enthält. An die Sekundärwicklung
s des Transformators t ist die Richtspule d2 angeschlossen.
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Da der Widerstand r,5 in dem Stromkreis der Erregerwicklung e liegt,
so ist die an den Enden des Widerstandes r5 herrschende Spannung und somit auch
die Stromstärke i3 in der
Primärwicklung p proportional der Stromstärke
in der Erregerwicklung. Infolgedessen gilt das gleiche auch für den dem Primärstromkreis
i3 entsprechenden Sekundärstromkreis i,', der den in der Richtspule d2 zur Wirkung
kommenden Hilfsstrom darstellt.
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Die beschriebene Art des Anschlusses des Hilfsstromkreises in der
Weise, daß die Stromstärke des Hilfsstromes proportional der Stromstärke in der
Erregerwicklung ist, hat den besonderen Vorzug, daß dadurch auch solche Meßfehler
ausgeglichen werden, die von Temperaturänderungen der Erregerwicklung e herrühren
könnten. Dies wäre nicht derFall, wenn diePrimärwicklungp unmittelbar an der Netzspannung
liegen würde.
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Wenn die Nullage des Zeigers, z. B. zwecks genauer Einstellung auf
den Nullpunkt der Skala oder zu einem anderen Zweck, verschoben werden soll, so
kann z. B. der Widerstand r4 oder auch der Widerstand r5 veränderbar sein.
Die dadurch bewirkte Regelung der Hilfsstromstärke kann aber natürlich auch mit
beliebigen anderen bekannten Mitteln erreicht werden.
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Dieser Nachteil wird nun durch den gemäß der Erfindung vorzusehenden
Hilfsstromkreis beseitigt. Dieser wird an die gleiche Wechselstromquelle angeschlossen,
die auch die übrige Meßanordnung speist, wodurch noch der Vorteil erzielt wird,
daß die Ausschläge des beweglichen Organs von etwaigen Spannungsänderungen der Stromquelle
nicht beeinflußt werden. Wenn die Spannung der Stromquelle z. B. ansteigt, so steigt
nicht nur die Stärke des von der Erregerwicklung, herrührenden Magnetfeldes und
damit auch die von diesem in der Richtspule d2 induzierte Stromstärke i.., sondern
auch die Hilfsstromstärke in der gleichen Weise an. Infolgedessen ändert sich auch
das von dem Strom in der Richtspule und dem Hilfsstrom herrührende Gegendrehinoment
in der gleichen Weise wie das Drehmoment, das von dem Strom in der an die gleiche
Stromquelle angeschlossenen Meßspule herrührt.
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Vor allem aber wird dadurch der Nullpunkt der Ableseskala mehr oder
weniger nach der Seite verschoben. Die ganze Ausdehnung des Bewegungswinkels der
Drehspule bzw. des entsprechenden Skalenbereiches z. B. von o bis 9o° kann ausgenutzt
werden, wenn der Hilfsstromkreis und die zu dessen Kopplung mit dem Stromkreis der
Richtspule dienenden Glieder so bemessen werden, daß das von dem Hilfsstrom auf
die Richtspule ausgeübte Drehmoment in der als Nullstellung des Zeigers dienenden
einen Endlage des beweglichen Organs gleich dem Gegendrehmoment ist, das von dem
in der Richtspule erzeugten Induktionsstrom ausgeübt wird.