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Einrichtung zur Erhöhung der Meßgenauigkeit von Meßgeräten mit umlaufendem
Meßwerk Es ist bekannt, Elektrizitätszähler für Wechsel- oder Drehstrom über ein
Differentialgetriebe auf eine gemeinsame Registriervorrichtung einwirken zu lassen,
die die Summe oder Differenz der Zählerumdrehungen anzeigt.
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Solche Zähleranordnungen wurden beispielsweise verwendet, um unter
Zuhilfenahme eines Wirk- und eines Blindverbrauchszählers einen Mischverbrauch zu
registrieren, zu dessen Messung sonst ein Zähler mit anormaler innerer Abgleichung
erforderlich gewesen wäre.
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Auch ist eine Einrichtung zur Messung des Scheinverbrauchs für Einphasen-
und Mehrphasenwechselstrorn bekanntgeworden, bei der unter Zwischenschaltung verschiedener
Übersetzungsgetriebe ein Wirk- und ein Blindverbrauchszähler je auf die beiden ersten
Teile von Differentialgetrieben einwirken, deren dritte Teile unter Zwischenschaltung
von Überholungsgetrieben ein Scheinverbrauchszählwerk antreiben.
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Bei derartigen Meßeinrichtungen wird jedoch nicht die eigentliche
Meßgröße, z. B. der Scheinverbrauch bei Wechselstrom, sondern es werden die Komponenten
dieser Größe, z. B. der Wirk- und Blindverbrauch, angezeigt. Der Grund für die Messung
der einzelnen Komponenten ist die Tatsache, daß hierdurch eine schwer meßbare Größe,
wie z. B. der Scheinverbrauch bei Wechselstrom, in einfacher Weise unmittelbar gemessen
werden kann.
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Ferner sind diese Meßeinrichtungen dadurch noch besonders gekennzeichnet,
daß die durch Differentialgetriebe verbundenen Zähler physikalisch nicht gleichwertige
Größen, also z. B. nicht durchweg den Wirkverbrauch messen, sondern physikalisch
verschiedene Größen, z. B. Wirk- und Blindverbrauch, und daß ferner die Registriervorrichtung
keine den physikalischen Größen der einzelnen Zähler gleichwertige Größe anzeigt,
sondern z. B. einen Schein- oder Mischverbrauch.
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Auch war es bekannt, die Schwierigkeiten beim Anlauf der Zähler im
Bereich der kleinsten Belastungen dadurch zu vermeiden, daß man zwei Zähler, die
in entgegengesetztem Sinne über ein Differentialgetriebe auf eine gemeinsame Anzeige-
oder Zählvorrichtung einwirkten, unter dem Einfluß von Spannungstriebfeldern dauernd,
also auch wenn kein Strom verbraucht wurde, umlaufen ließ und bei Stromverbrauch
durch ein entsprechendes Stromfeld die Drehzahl des einen Zählers erniedrigte und
die des anderen Zählers erhöhte. Damit sich namentlich bei abgeschaltetem Strom
keine zusätzlichen Meßfehler ergaben, mußten die Drehrichtungen der beiden
Zähler
periodisch umgekehrt werden. Solche Meßeinrichtungen gestatten zwar eine Verbesserung
der Anlaufverhältnisse im Bereich der kleinsten Zählerlasten, brachten aber, für
den ganzen übrigen Belastungsberel4' keine Erhöhung der Meßgenauigkeit.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die Me genauigkeit von Meßgeräten mit
umlaufendem Meßwerk, deren Meßfehler sich in Abhängigkeit vom Absolutwert der Meßgröße
ändert, wie Elektrizitätszähler o. dgl., über den ganzen Belastungsbereich oder
zum mindesten über den Bereich, in dem sich sonst bei den gewöhnlichen Zählern größere
Prozentualfehler ergeben, zu erhöhen. Erfindungsgemäß können bei der Lösung dieser
Aufgabe zwei Wege einzeln oder gemeinsam eingeschlagen werden. In dem einen Fall
wirken mindestens zwei von der gleichen Meßgröße beeinflußte Meßgeräte mit dem gleichen
Meßbereich und bei derselben Belastung verschiedenen Prozentualfehlern, deren Verschiedenheit
aber bei allen Belastungsstufen nach Möglichkeit den gleichen Verhältniswert hat,
in entgegengesetztem Sinne über ein Differentialgetriebe auf eine gemeinsame Anzeige-
oder Zählvorrichtung mit solchem Verhältnis ihrer Drehzahlen ein, daß sich in der
auf die Anzeige-oder Zählvorrichtung übertragenen algebraischen Summe der Drehzahlen
die Meßfehler der beiden Geräte aufheben. In dem anderen Falle sind mindestens zwei
von der gleichen Meßgröße beeinflußte Meßgeräte vorhanden, die gleichen Meßbereich,
aber verschiedene Prozentualfehler in den einzelnen Belastungsstufen haben. Die
Messer wirken im gleichen Sinne und mit gleichem übersetzungsverhältnis durch ein
Überholungsgetriebe auf eine gemeinsame Anzeige- oder Zählvorrichtung so ein, daß
jeweils für die vorhandene Belastung nur der Messer mit dem kleinsten prozentualen
Fehler zur Wirkung kommt. Für den Fall, daß beide Mittel gemeinsam verwendet werden,
kann man mindestens zwei Meßgeräte über einen Teil des Meßbereichs nach der ersten
Art durch ein Differentialgetriebe und über einen anderen Teil des Meßbereichs nach
der zweiten Art durch ein Überholungsgetriebe auf eine gemeinsame Anzeige- oder
Zählvorrichtung einwirken lassen.
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Im ersten Fall sind die beiden Meßgeräte so einzustellen, daß der
aus den verschiedensten Fehlerarten, also z. B. aus den Be-' lastungs-, Temperatur-,
Frequenz-, Phasen-, Spannungsfehlern usw., sich ergebende resultierende Fehler des
einen Geräts möglichst für alle Teile des Meßbereichs im gleichen Verhältnis größer
ist als der resultierende Fehler des anderen Geräts, daß insbesondere bei Drehstromzählern
auch die durchunsymmetrische. Belastung und Drehfeldabhängigkeit verursachten Fehler
des einen Zählers im gleichen Verhältnis größer sind als die ent-:gprechenden Fehler
des anderen Zählers.
| J' -Es sind zwar schon für den Drehzahlver- |
| @ch von zwei Zählern, z. B. für den Ver- |
| .gTerch der Drehzahl eines Eichzählers mit |
einem zu eichenden Zähler, Differentialgetriebe bekannt, deren einer Teil mit dem
Eichzähler, deren zweiter Teil mit dem zu eichenden Zähler und deren dritter Teil
mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist.- Diese Anzeigevorrichtung dient hier
aber nicht dazu, wie beim Erfindungsgegenstand, die Meßgen@auigkeit von Meßgeräten
zu erhöhen, sondern nur zum Drehzahlvergleich, indem sie die Meßfehler des zu eichenden
Zählers anzeigt. Bei ordnungsmäßiger Ausführung und Einstellung des zu eichenden
Zählers zeigt die Anzeigevorrichtung dauernd den Wert Null an.
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Von dieser bekannten Einrichtung unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand
hauptsächlich dadurch, daß die über ein Differentialgetriebe betätigte Anzeigevorrichtung
auch bei ordnungsmäßigem Arbeiten der einzelnen Meßgeräte läuft und die auf die
einzelnen Geräte einwirkende physikalische Größe selbst mißt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung soll an Hand der Abbildungen erläutert
werden. Der Zähler i (Abb. i) treibt mittels der Kraftleitung io den ersten Teil
i i eines Differentialgetriebes im Sinne des auf dem Teil 12 eingezeichneten Pfeiles
an. In dem Rechteck 13 ist in Abhängigkeit von der Meßgröße x als Abszisse seine
Drehzahl n als Ordinate in der Kurve 14 aufgetragen.
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Die Kurve 14' würde die Abhängigkeit der Drehzahl von der Meßgröße
darstellen, wenn der Zähler fehlerfrei wäre. Tatsächlich weicht aber für den. Belastungspunkt
15 die Drehzahl um die Größe ca von dem richtigen Wert ab.
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Der Zähler 2 treibt über die Kraftleitung 2o mit der ÜUbersetzung
2: i in entgegengesetztem Sinne in. Richtung des auf dem Teil 22 eingezeichneten
Pfeiles den zweiten Teil 2 i des Differentialgetriebes an. In dem Rechteck 23 ist
wiederum durch die Kurve 24 für den Zähler :2 die Drehzahl in Abhängigkeit von der
Belastung aufgetragen. Dieser Zähler hat aber den doppelten prozentualen Fehler;
bei dem Belastungspunkt 25 zeigt er deshalb um den Betrag 2- weniger an, als der
Sollkurve 24' entspricht.
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Die Drehzahl des Teiles i2 des Differentialgetriebes ist gleich der
des Zählers i, die Drehzahl des Teiles 2i des Differentialgetriebes ist wegen des
übersetzungsverhältnisses@ 2 : i gleich der halben Drehzahl des Zählers 2. Für diesen
Teil sind also die Ordinatenwerte
im Rechteck 23 zu halbieren; dadurch
erhält man die Kurven 24.0, 24o'. Bei der Halbierung wird der Absolutbetrag des
Fehlers 2a ebenfalls halbiert, es liegt also beim Belastungspunkt 25 die Istkurve
2qo nur noch um den Betrag a unter der Sollkurve 2q.0'.
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Der Teil 3 i des Differentialgetriebes dreht sich im Sinne des Pfeiles
32 mit der halben Differenz der Geschwindigkeiten der Teile 12 und 22, also entsprechend
der halben Differenz der Kurven 1q. und zq.o. Nach AUSfÜihrun.g der Kurvensubtraktion
(s. Rechteck 33) erhält man die Drehzahlkurve 340, aus der die Fehlerglieder verschwunden
sind.
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Die Drehgeschwindigkeit des Teiles 31 wird nun noch durch das Getriebe
30 mit dem Übersetzungsverhältnis i : 4 auf die Anzeige-oder Zählvorrichtung
3 übertragen. Diese Vorrichtung läuft deshalb entsprechend der Kurve 34 um, d. h.
ihre Geschwindigkeit ist wenigstens in dem gezeichneten Idealfall genau proportional
der Meßgröße x.
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In dein Schema des Ausführungsbeispiels enthält die Kraftleitung 1o
überhaupt kein Übersetzungsgetriebe, die Kraftleitung 2o nur ein solches mit dem
Übersetzungsverhältnis 2 : 1. Es ist ferner angenommen, daß die Solldrehzahlen (s.
Kurven t4', 2q.') für die Zähler i und 2 bei den einzelnen Belastungspunkten gleich
sind. Diese Bedingungen brauchen aber nicht erfüllt zu sein, es können vielmehr
auch mehrere Übersetzungsgetriebe mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen und
Zähler mit verschiedenen Solldrehzahlen verwendet werden. Jedenfalls verschwinden
bei der Anzeige- oder Zählvorrichtung 3 die Meßfehler, wenn die Bedingung : h -
ä2 = i für alle Belastungspunkte erfüllt ist. In dieser Gleichung ist: dl = dem
prozentualen Fehler des Zählers i, 82 = dem prozentualen Fehler des Zählers 2, der
größer ist als der des ersten, k = dem Quotienten aus der Drehzahl des langsamer
und rückwärts laufenden Getriebeteiles 21 und des schneller und vorwärts laufenden
Getriebeteiles i i.
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Im folgenden soll dieser Wert als Drehzahlverhältnis, der Wert ö2
: öl, der immer größer ist als i, als Fehlerverhältnis bezeichnet werden. Man wird
sich deshalb zweckmäßig mit den Übersetzungsverhältnissen und den prozentualen Fehlern
möglichst so einrichten, daß die oben angegebene Bedingung zutrifft. Aber auch wenn
sie nicht zutrifft, so ist doch der Absolutwert des Restfehlers der Registriervorrichtung
immer kleiner als der kleinere der beiden Mellgerätfehler, solange das Drehzahlverhältnis
zwischen den Werten Null und dem Ouotienten aus 2 und dem um i vermehrten Fehlerverhältnis
liegt, und zwar hat der Restfehler das gleiche Vorzeichen wie der kleinere Meßgerätefehler,wenn
das Drehzahlverhältnis zwischen Null und dem reziproken Wert des Fehlerverhältnisses
liegt, und entgegengesetztes Vorzeichen, wenn das Drehzahlverhältnis diesen Wert
übersteigt. Daraus ergibt sich, daß sich für die Differenzkurve die Vorzeichen der
Fehler sogar umkehren lassen, wenn das Drehzahlverhältnis genügend groß gewählt
wird.
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Eine Verschiedenheit der prozentualen Fehler kann man am einfachsten
dadurch erhalten, daß man den einen Zähler schneller laufen läßt und durch ein Übersetzungsgetriebe
entsprechender Größe die Drehzahl nachträglich wieder auf den gewünschten Wert herabdrückt.
' Diesen Fall veranschaulicht Fig. 2 im Diagramm.
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Hier ist in dem Rechteck 13o die Kurve 140 des ersten Zählers mit
dem Fehler a beim Belastungspunkt 15o dargestellt, in dem Rechteck 23o die Kurve
241 des zweiten Zählers. Dieser läuft ungefähr mit doppelter Drehzahl, d. h. sein
Bremsfeld .ist ungefähr 2mal kleiner als das des ersten Zählers. Daraus ergibt sich
ein ungefähr doppelt so großer Prozentualfehler und noch wegen der doppelten Drehzahl
somit ein Absolutfehler q. a, der also viermal größer ist als der Fehler des Zählers
i. Würde man die Kurve 241 auf den halben Drehzahlwert reduzieren, wie dies in Kurve
242 geschehen ist, so würde sich immer noch ein doppelt so großer Fehler ergeben
als bei Kurve tq_o. Die Kurve wird aber gleich auf den vierten Teil der Drehzahl
reduziert (s. Kurve 2q.3), indem in die Kraftleitung 20 der Abb. i ein doppelt so
großes Übersetzungsverhältnis eingeschaltet wird. Man erhält dann in derselben Weise
wie in Abb. i für die Kreuzwelle die Kurve 3q., die beide fehlerfrei sind.
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Das Verhältnis der prozentualen Fehler läßt sich aber auch in anderer
Weise ändern, beispielsweise durch Änderung der Flüsse oder der Flußverhältnisse,
durch Änderung der Eisensorte, durch Änderung der Abgleichung usw. Die beste Restkurve
erhält man jedenfalls, wenn sämtliche Fehlerarten, z. B. Belastungsfehler, Phasenfehler,
Frequenzfehler, Spannungsabhängigkeit, Temperaturfehler usw., bei dem zweiten Zähler
im selben Verhältnis größer sind als wie bei dem ersten Zähler. Dies gilt insbesondere
auch bei Drehstromzählern bezüglich der Drehfeldabhängigkeit und der unsymmetrischen
Belastung. Hier läßt sich eine Vergrößerung des Fehlers des zweiten Zählers leicht
durch entsprechende Anordnung der verschiedenen Systeme durch Zuhilfenahme von Zusatzmagneten
oder Zusatzwicklungen auf dem Triebsystem oder von Streublechen usw. erzielen. Im
Idealfall
ergibt sich eine Meßeinrichtung, die vollkommen von Fehlern
frei ist.
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In Abb. 3 ist 'der Zähler 4 mittels der Kraftleitung 40 mit dem lose
auf der Welle 6o sitzenden Klinkenhebel 41 verbunden, den er im Sinne des Pfeiles
42 antreibt.
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Der Zähler 5 ist mittels der Kraftleitung 5o mit einem ebensolchen
Klinkenhebel 51 verbunden, den er im Sinne des Pfeiles 52 antreibt. Die Klinken
der Hebel greifen in fest auf der Welle 6o sitzende Schalträder 61, die Welle 6o
treibt die Anzeige- oder Zählvorrichtung 6 an. In dem Rechteck 43 sind, wie bei
Abb. i, die Istkurve 44 und die Sollkurve 44' des Zählers 4, in dem Rechteck 53
die Kurven 54, 54' eingetragen. Die Kurven 44 und 54 haben verschiedenen Verlauf,
und zwar deckt sich bei kleinen Lasten die Kurve 44 mit der Kurve 44', während bei
großen Lasten die Kurve 44 unter der Kurve 44' zurückbleibt, d. h. der Zähler 4
mißt bei kleinen Lasten richtig, bei großen läuft er zu langsam.
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Umgekehrt liegt die Kurve 54 bei kleinen Lasten erheblich -unterhalb
der Kurve 54', während sie sich bei großen Lasten mit ihr nahezu deckt, d. h. der
Zähler 5 zeigt bei kleinen Lasten zuwenig, bei großen Lasten läuft er, wenigstens
in einem bestimmten Bereich, nahezu richtig.
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Wegen der Überholungsgetriebe, der Teile 41, 51 und 61, Läuft die
Welle 6o jeweils mit der Geschwindigkeit desjenigenKlinkenarmes um, der sich am
schnellsten bewegt, während die Klinke des langsamer laufenden Armes entsprechend
der Geschwindigkeitsdifferenz über die Zähne des dazugehörigen Schaltgrades gleitet.
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Infolgedessen wird bei kleinen Lasten die Anzeige- oder Zählvorrichtung
6 von dem schneller mit der richtigen Geschwindigkeit umlaufenden Zähler 4, bei
größeren Lasten von dem Zähler 5 angetrieben. Die Fehlerkurve 64 dieser Anzeige-
oder Zählvorrichtung setzt sich deshalb aus zwei Teilen zusammen. Der untere Teil
stammt von der Kurve 44, der obere Teil von der Kurve 54; die nicht wirksamen Teile
dieser beiden Kurven sind strichliniert angedeutet. Jedenfalls schmiegt sich die
Restkurve 64, die die Umhüllende der einzelnen Fehlerkurven darstellt, viel enger
an die Sollkurve 64 als die entsprechenden Kurven der Zähler 4, 5, jedoch nur unter
der Voraussetzung, daß die Istkurven 44, 54 in der Hauptsache unterhalb der Sollkurven
44', oder doch sich wenigstens nicht stark über diese Kurven erheben.
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Natürlich können auch hier zwischen den einzelnen Getriebeteilen Übersetzungen
eingeschaltet werden; dies ist besonders dann erforderlich, wenn bei gleichen Lastpunkten
die beiden Zähler 4, 5 nicht die gleiche Solldrehzahl haben.
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Während bei Anwendung eines Differentialgetriebes, wie im Ausführungsbeispiel
der Abb. i, die Charakteristik der Meßeinrichtung in ihrem ganzen Verlauf beeinflußt
wird, werden bei Verwendung von Überholungsgetr -eben, wie in Abb.2, lediglich einzelne
Teile der Charakteristik des einen Meßgerätes durch bessere Teile der Charakteristik
eines anderen ausgetauscht. Kommt es auf höchste Meßgenauigkeit an, z. B. bei Eichzählern
und Zählern für sehr große Leistungen, so können die beiden Mittel auch gemeinsam
verwendet werden, beispielsweise kann mit dem Klinkenarm 51 (Abb. 3) statt des Zählers
5 die Welle der Anzeige- oder Zählvorrichtung 3 (Abb. i) gekuppelt werden. Es wären
dann drei Einzelzähler erforderlich. Man kann aber auch mit zwei Zählern auskommen,
wie dies Abb. 4 zeigt.
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Hier ist mit dem einen Teil 71 eines Differentialgetriebes der Zähler
7, mit dem anderen Teil 81 der Zähler 8 gekuppelt, der dritte Teil 9i treibt über
den Klinkenhebel 92 die Anzeige- oder Zählvorrichtung 9 an. Auf der Welle dieser
Vorrichtung sitzt lose ein zweiter Klinkenhebel 96, der unmittelbar vom Zähler 8
angetrieben wird. Die beiden Hebel 92, 96 greifen mit ihren Klinken in die fest
auf der Welle sitzenden Schalträder 97.
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Für die Diagramme 73, 83, 93 ist angenommen, daß der Zähler 7 im Bereich
der kleinen Lasten größere Fehler hat als der Zähler 8, im Bereich der großen Lasten
aber kleinere. Die Subtraktion der Kurven würde deshalb nur in dem Bereich der großen
Lasten eine Verringerung der Fehler bringen; um auch die Fehlerkurve im Bereich
der kleinen Lasten zu heben, wird hier durch die Überholungsgetriebe der unbrauchbare
Teil 98 der Restkurve 94 durch den entsprechenden Teil 99 der Kurve 84 des Zählers
8 ersetzt.