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Verfahren zum Prüfen von Zählern, bei dem die sich drehende, mit Marken
versehene Zählerscheibe stroboskopisch mit einer einstellbaren Frequenz beobachtet
wird Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Zählern und bietet die
Möglichkeit, ohne einen Eingriff in den Aufbau und die Wirkungsweise bei allen auf
dem Markt befindlichen Zählertypen die WIeßgenauigkeit bei der Bestimmung der Abweichungen
von der richtigen Anzeige zu steigern, da wesentliche Fehlerquellen beseitigt werden.
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Beim Prüfen von Elektrizitätszählern haben in der Praxis bisher hauptsächlich
zwei Prüfverfahren Anwendung gefunden, nämlich das Synchronverfahren und das Wattmeterverfahren.
Bei dem Synchronverfahren werden die zu prüfenden Zähler mit einem Normalzähler
in Reihe geschaltet, wobei die Drehzahl mit der des Normalzählers verglichen wird.
Bei dem Wattmeterverfahren mißt man mit einem Normalinstrument und einer Stoppuhr
die dem Zähler zugeführte Energie, und die Abweichung vom Sollwert wird aus dem
Verhältnis zwischen der zugeführten Energie und der Anzeige des zu prüfenden Zählers
bestimmt.
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Das Synchronverfahren hat vor allem den Nachteil, daß die Genauigkeit
der Prüfung durch die Meßgenauigkeit des Normalzählers gegeben ist. Diese ist aber
von der Belastung des Normalzählers abhängig, so daß bei kleiner Last, z. B. Io°/o
der Normalbelastung, auch die erreichbare Meßgenauigkeit gering wird. Bei dem Wattmeterverfahren,
das konstante Leistung voraussetzt, können Fehler durch Übergangs widerstände an
den zahlreichen, im Spannungs- und Strompfad erforderlichen Kontakten sowie durch
Widerstandsänderungen infolge von Temperatureinflüssen auftreten. Außerdem ist man
bei der Messung von der Tüchtigkeit und dem Anpassun,gsvermogen des Eichers abhängig,
da beim Ingangsetzen und Anhalten der Stoppuhr, besonders bei wechselnder Belastung
des Zählers, leicht Fehler vorkommen.
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Ferner ist man von der Genauigkeit des Ganges der Stoppuhr abhängig.
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Um einige der angeführten Fehlerquellen auszuschalten und gleichzeitig
eine Zeitersparnis zu erreichen, hat man stroboskopische Eichverfahren eingeführt,
von denen hauptsächlich zwei Verfahren in der Praxis Anwendung gefunden haben, bei
denen der Prüfzähler unmittelbar bzw. mittelbar beleuchtet wird. Bei dem ersten
Verfahren wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle durch Einkerbungen am Rande
der Zählerscheibe eines Normalzählers geleitet, wobei der Lichtstrahl entweder unmittelbar
die mit Marken oder Zeichen versehene Zählerscheibe des Prüfzählers anleuchtet oder
durch ähnliche Einkerbungen am Rande der Scheibe des Prüfzählers auf eine Mattscheibe
fällt.
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Bei synchronem Gang der beiden Zähler, vorausgesetzt, -daß sie die
gleiche Anzahl von
Einkerbungen, Marken oder Zeichen haben, werden
die angeleuchteten Marken oder Zeichen bzw. das Bild auf der Mattscheibe stillzustehen
scheinen.
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Bei dem zweiten Verfahren wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle
ebenfalls durch Einkerbungen am Rande der Zählerscheibe eines Normalzählers geleitet
und fällt auf eine Photozelle, wobei der Elektronenstrom mit Hilfe eines Verstärkers
auf eine solche Höhe gebracht wird, daß eine Neonlampe eingeschaltet werden kann.
Die Prüfzähler werden ebenfalls mit Niarken oder Zeichen auf der Scheibe versehen
und mit der Neonlampe angeleuchtet.
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Beide \erfahren sind Svnchronverfahretl und haben als solche den
Nachteil, daß die Genauigkeit der Niessung von der Genauigkeit des Normalzählers
abhängt.
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Außerdem ist ein Verfahren zum Prüfen von Zählern bekanntgeworden,
wobei der sich drehende, mit in gleichen Abständen auf dem Umfang angeordneten NI
arken versehene Teil des Zählertriebwerks stroboskopisch mit einer auf einen bestimmten
Wert einstellbaren Frequenz beobachtet und die dem zu prüfenden Zähler zugeführte
Leistung gemessen wird, bei der das Zählertriebwerk unter der stroboskopischen Beobachtung
stillzustehen scheint.
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Die stroboskopische Beobachtung erfolgt dabei in der Weise, daß die
Zählerscheibe mit einer mit einer entsprechenden Frequenz gespeisten Lampe beleuchtet
wird. Die Frequenz der stroboskopischen Beobachtung wird so gewählt, daß der mit
den Alarlsen versehene, sich drehende Teil des Zählertriebwerks unter voller Belastung
bei der stroboskopischen Beobachtung stillzustehen scheint, vorausgesetzt, daß der
Zähler genau abgeglichen ist.
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Nian ändert dann bei einem zu prüfenden Zähler, um seinen Fehler zu
bestimmen, die Belastung so, daß bei der stroboskopischen Beobachtung Synebronismus
herrscht, und kann dann an einem Leistungsmesser die Abweichung von dem Sollwert
gegebenenfalls unmittelbar in Prozenten ablesen.
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Um den Zähler bei einer geringeren Belastung, z.B. 10010 der normalen,
priifen zu können, muß man sich nun eine Frequenz für die Beleuchtungslampe schaffen,
die einen entsprechenden Bruchteil der bei voller Belastung erforderlichen beträgt.
Um diese Frequenz aus der gleichen Wechselstromquelle zu entnehmen, ist eine besondere
Zusatzschaltung mit einem Röhrenoszillator, einem Röhrengleichrichter und einer
mit mehreren Wicklungen versehenen Induktionsspule erforderlich.
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Auch bei dem Verfahren zum Prüfen von Zählern, das den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung bildet, wird die sich drehende, mit in gleichen Abständen
auf dem Umfang angeordneten Marken versehene Zählerscheibe stroboskopisch mit einer
auf einen bestimmten Wert einstellbaren Frequenz beobachtet und die dem zu priifenden
Zähler zugeführte Leistung gemessen, bei der die Zählerscheibe unter der stroboskopischen
Beobachtung stillzustehen scheint. Gemäß der Erfindung wird nun aber auf dem ganzen
Umfang der Scheibe eine sog. Mikroskala angebracht, d. h. eine Skala, die so fein
unterteilt ist, daß beim Be kleben einer Zählerscheibe der üblichen Größe mit einem
eine vorgedruckte Teilung tragenden Streifen auch bei Abweichungen von dem Nenndurchmesser
der Scheibe kein nennenswerter Fehler entsteht.
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Die Mikroskala kann in Form eines schmalen Streifens an der Außenkante
oder am Umfang der Zählerscheibe mit Klebstoff befestigt werden, um sie nach beendigter
Eichung wieder entfernen zu können. Bei neuen Zählern kann die Skala unmittelbar
in die Scheibe eingraviert werden. Die Größe der Teilung ist in erster Linie durch
den kleinsten Wert der stroboskopischen Frequenz und die kleinste Belastung gegeben,
bei der der Zähler geprüft werden soll.
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Die Verwendung einer Mikroskala mit sehr kleiner Teilung hat den
Vorteil, daß es möglich ist, sich allen gebräuchlichen Zählertypen anzupassen, wobei
die ganze in der üblichen Weise aus einer größeren Anzahl von Belastungsstufen bestehende
Lastkurve eines beliebigen Zählers ohne Änderung an der stroboskopischen Einrichtung
aufgenommen werden kann.
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Die Prüfung von Zählern bei den verschiedenen Belastungsstufen, die,
wie üblich, so geX wählt sind, daß sie sämtlich ganze Vielfache einer sog. Grundlast
(z. B. 5 oder 10010 der Nennlast) sind, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt
dann in der Weise, daß ohne Änderung der Frequenz der strobosko pischen Beobachtung
die dem Zähler zuge führte Leistung bei den Belastungen gemessen wird, bei denen
die mit der Mikroskala versehene Zählerscheibe bei ihrer Drehung in einer Periode
der stroboskopischen Beobachtung ein entsprechendes Vielfaches der Teilung der Mikroskala
zurückgelegt hat.
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In der Zeichnung sind in den Fig. I und 2 zwei Ausführungsleispiele
einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten stroboskopischen Beobachtungsvorrichtung,
teilweise im Schnitt, dargestellt, wobei eine mikroskopische Beobachtung gewählt
ist.
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Fig. I zeigt den Bau des Mikrostroboskops, wenn zur Erzeugung der
stroboskopischen Frequenz ein Motor benutzt werden soll, und Fig. 2 den Fall, daß
die Zählerscheibe durch eine Glimmlampe periodisch beleuchtet wird.
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In beiden Figuren ist I ein Teil des drehbaren Triebsystems des zu
prüfenden Zählers und 2 ein am Umfang der Scheibe befestigter Streifen mit der Mikroskala.
Die Scheibe dreht sich um die Achse3. Das Mikroskop besteht aus einem rohrförmigen
Teil 4, der am einen Ende durch eine Linse 5 verschlossen und am anderen Ende mit
Gewindeverschen ist zum Einschrauben eines Ansatzes 6, der gleichzeitig als Träger
für eine Linse 7 dient.
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Dabei kann der Abstand zwischen den beiden Linsen 5 und 7 durch das
Gewinde verändert werden. Der Ansatz 6 ist mit einem weichen Futter 8 versehen,
das beispielsweise aus Gummi besteht und eine vorstehende abgerundete Kante mit
einer solchen Formgebung hat, daß sie sich der Umgebung des Auges anpaßt. Das Mikroskop
wird von einer Stange g getragen, die mit Hilfe eines Kugelgelenks an dem Rohr 4
befestigt ist. Die Stange 9 kann in ihrer Längsrichtung ausziehbar und mit dem anderen
Ende am Eichtisch befestigt sein.
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In Fig. I ist 10 eine runde Scheibe aus lichtundurchlässigem Stoff,
die auswechselbar an der Welle eines Motors 11 befestigt ist, der z. B. ein Synchronmotor
sein kann. Die Scheibe 10 dreht sich in der Brennebene der Linse 5 und hat radiale
Einkerbungen, deren Abmessungen der Größe einer im Rohr 4 angebrachten Blendenanordnung
in Form von zwei festen mit dem Rohr 4 zusammengebauten, zur Scheibe 10 parallelen
Wänden, die in der Mitte je eine kleine OfEnung tragen, angepaßt sind. Der Teil
des Mikrostroboskops, der gegen die Scheibe I gerichtet ist, trägt einen drehbaren
Ring 12, der mit einem Kugelgelenk zur Aufnahme einer Taschenlampe 13 versehen ist
und durch eine Druckschraube 14 festgehalten werden kann. Die Einrichtung kann folgendermaßen
benutzt werden: Wenn die Frequenz des für die Eichung benutzten Wechselstromes 50
beträgt und der an diesen Strom angeschlossene - Synchronmotor 11 eine Polzahl hat,
die 500 Scheibenumdrehungen je Minute ergibt, so möge die Scheibe mit sechs radialen
Einkerbungen versehen sein. Betrachtet man nun die Mikroskala durch das Mikrostroboskop,
so wird die Skala sozusagen periodisch gesehen, und zwar 500 # 6 = 50mal in jeder
Sekunde. Wird 60 nun angenommen, daß die Zählerscheibe I zu einem Einphasenstromzähler
gehört, der die Konstanten 5 Ampere, 220 Volt, 3000 Umdrehungen je Kilowattstunde,
85 mm Scheibendurchmesser, 0,5 mm Teilung der Mikro-85 skala, also . # = 534 Teilstriche
auf dem 0,5 Umfang aufweist, und daß dieser Zähler in bekannter Weise von o ausgehend
nach oben hin langsam belastet wird, so wird die Mikroskala bei der Beobachtung
durch das Mikroskop scheinbar stillstehen, sobald die Zählerscheibe I eine solche
Geschwindigkeit angenommen hat, daß sich ein Teilstrich in der Zeit von 1150 Sekunde
auf den Platz des nächsten Teilstriches verschoben hat. Bei dem gewählten Zähler
bedeutet dies eine Belastung in Watt: 3600 . 1000 500 0,5 . . 6 . = 112,4 Watt #
60 85 . 3000 oder in Prozent von lIi Belastung: 112,4 . 100 = 10,2% 5 . 220 Diese
Belastung möge als Grundlast des Zählers bezeichnet werden und entspricht einer
Scheibe 10 mit sechs Einkerbungen.
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Die Abweichung des Zählers vom Sollwert bei dieser Belastung ergibt
sich aus folgenden Überlegungen: Es sei angenommen, daß die Wattmeterkonstante o,8
ist. Wenn der zu prüfende Zähler keine Abweichung zeigt, so muß der Zeiger am Wattmeter
in diesem Falle bei Stillstand des Bildes sich auf den Ausschlag 112,4 = 140,5 Skalenteile
einstellen. Ist der 0,8 Ausschlagz. B. I39,o Skalenteile, so beträgt die Abweichung
140,5 - 139,0 # I00 = + I,08 %.
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139,0 Ist der Ausschlag dagegen 144 Skalenteile, so beträgt die Abweichung
140,5 - 144,0 .100 - 2,43 OIo.
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144,0 Vergrößert man nun die Belastung des Zählers über den Betrag
der Grundlast hinaus, so wird das Bild der Mikroskala wiederum stillzustehen scheinen,
wenn die Belastung das Doppelte der Grundlast beträgt, vorausgesetzt, daß der Zähler
keine Abweichung vom Sollwert aufweist. Auf diese Weise kann der Zähler bei verschiedenen
Belastungen untersucht werden, sofern sie ein Vielfaches der Grundlast sind. Die
Grundlast läßt sich verändern, indem man die Anzahl der Einkerbungen der Scheibe
10, vorzugsweise durch Auswechseln der Scheibe, ändert.
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Auf diese Weise lassen sich Systeme ausarbeiten, die Untersuchungen
an allen zur Zeit auf dem Markte befindlichen Zählertypen bei den üblichen Belastungen
ermöglichen.
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Da selbst bei geregelter Eichspannung sich die noch verbleibenden
Spannungsschwankungen und die dadurch verursachten Änderungen der Drehzahl der Zählerscheibe
bei Anwendung des neuen Verfahrens bemerkbar machen, so ist bei sehr genauen Messungen
die
Möglichkeit gegeben, den Synchronmotor von einem frequenzgeregelten Generator zu
speisen und den Ausschlag am Wattmeter zu photographieren. sobald man den Stillstand
des Bildes beobachtet.
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Wenn man statt eines Synchronmotors einen mit Drehzahlreglung versehenen
Motor verwendet, so kann man mit einer einzigen Scheibe 10 auskommen. Dabei ändert
sich die Grundlast in demselben Verhältnis wie die Drehzahl des Motors. Im übrigen
liegt bei Anwendung eines solchen Motors die Möglichkeit vor, seine Umdrehungen
bei Konstanthaltung mit Hilfe einer Uhr laufend zu prüfen, indem man die Uhr auf
einer Welle befestigt, die mit Hilfe auswechselbarer Zahnräder o. dgl. in unmittelbarer
Verbindung mit der Motorwelle steht. Gibt man der Uhr entgegengesetzte Drehrichtung
wie der Welle, auf der die Uhr angebracht ist, so kann für eine bestimmte Drehzahl
erreicht werden, daß der Zeiger der Uhr im Verhältnis zu der Umgebung stillsteht.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist das Mikrostroboskop
an dem Ende, das gegen die Scheibe 1 gerichtet ist, mit einer Dunkelkammer I5 versehen,
die von einer Glimmlampe I6 erleuchtet werden kann. Die Dunkelkammer hat eine schmale
Öffnung, die es erlaubt, daß sich ein Stück der Scheibe 1 in der Öffnung drehen
kann. Bei dieser Anordnung wird die Mikroskala durch die Glimmlampe I6 beleuchtet,
die in an sich bekannter Weise periodisch zum Aufleuchten gebracht werden kann.
Wenn man die Glimmlampe durch einen Wechselstromgenerator speist, so gilt bezüglich
des diesen antreibenden Motors das gleiche, was bei der in Fig. I dargestellten
Anordnung über den Motor 11 gesagt wurde.