-
Einrichtung zur Fernübertragung von Meßgrößen nach dem Kompensationsverfahren
unter Verwendung einer lichtelektrischen Zelle Zur Messung und Fernanzeige beliebiger
mechanischer I(räfte, Drehmomente u. dgl. ist ein Verfahren bekannt, bei dem man
die zu messende physikalische Größe auf ein bewegliches, unter der Wirkung einer
elektrischen oder elektromagnetischen Gegenkraft stehendes System einwirken läßt
und dieses durch Veränderung der elektrischen Gegenkraft in eine bestimmte Nullstellung
zurückführt, so daß die Größe der hierzu erforderlichen Gegenkraft ein Maß für die
zu messende Größe ergibt. Bei einer nach diesem Verfahren arbeitenden Anordnung
ist der Zeiger des Meßgeräts mit der Achse eines Kompensationsgeräts über eine Feder
gekuppelt, und an der Achse des Kompensationsgeräts ist ein Kontaktzeiger befestigt,
dessen Ausschlag beiderseits durch Gegenkontakte begrenzt ist.
-
Erfolgt ein Ausschlag dieses Kontaktzeigers, so wird über den einen
oder anderen Gegenkontakt eines von zwei Relais erregt, über dessen Kontakte ein
Verstellmotor an Span nunggelegt wird. Dieser Verstellmotor bewegt eine Schleifbürste
über einen Widerstand, und zwar ist die von diesem Widerstand abgegriffene Spannung
an die Spule des Kompensationsgeräts gelegt, so daß im Falle eines Ausschlags des
Kompensationsgeräts der seine Spule durchfließende Strom über den Verstellwiderstand
so - verändert wird, daß der Kontakt wieder aufgehoben wird. Um auch geringe Abweichungen
der Meßgröße zu erfassen und zu kompensieren, ist es erforderlich, daß die Gegenkontakte
sehr eng beisammen angeordnet sind, so daß schon die Loslösung des Kontaktzeigers
von dem berührten Gegenkontakt praktisch gleich ist mit der Rückführung des Kompensationsgeräts
in die Nullstellung. Bei geringen Meßwerten ist naturgemäß die Berührung zwischen
dem Kontaktzeiger des Kompensationsgeräts und den Gegenkontakten sehr schlecht,
so daß dadurch das Ansprechen der zur Einschaltung des Motors dienenden Relais sehr
wesentlich beeinflußt wird. Abhängig von dem Ansprechen dieser Relais ist aber auch
der Umlauf des Verstellmotors und damit der Betrag der Verstellung der Schleifbürste
auf dem Widerstand. Kleine Abweichungen können daher verhältnismäßig lange bestehen
bleiben, ohne daß eine befriedigende Kompensation erfolgt. Die zur Einschaltung
des Motors dienenden Relais werden von einer Batterie gespeist, und ihr Ansprechen
ist daher nicht bloß von dem Kontaktschluß an dem Kontaktzeiger, sondern auch von
der
Spannung der Batterie wesentlich abhängig.
-
Zur Erzeugung des Kompensationsstroms dient ebenfalls eine Batterie,
die über den erwähnten Verstellwiderstand an die Spule d Kompensationsgeräts angeschlossen
ist.
-
Verstellung des Schleifkontaktes auf d Widerstand erfolgt durch irgendeine
frem Stromquelle, deren Spannung sehr genau konstant gehalten werden muß, wenn der
Verstellmotor jederzeit in vollständig zufriedenstellender Weise arbeiten soll.
Die Uberwindung der ruhenden Reibung ist wesentlich von der Höhe der angelegten
Spannung abhängig und desgleichen auch die Umlaufgeschwindig breit des Motors.
-
Ferner ist eine Vorrichtung zur Fernanzeige von Zeigerstellungen,
insbesondere zur Fernanzeige eines Druckes bekannt, bei der der Kontaktarm des Kontaktorgans,
z.B. einer Membran, nicht nur unter dem Einfluß der zu messenden oder anzuzeigenden
Kräfte, sondern auch unter dem Einfluß eines Hitzdrahts steht, der bei seiner Erwärmung
eine mechanische Vorrichtung, z. B. eine Feder, zur Wirkung bringt und dadurch den
Kontakt öffnet. Die daraufhin einsetzende Abkühlung des Hitzdrahts bewirkt eine
Änderung seiner Länge so lange, bis der daran befestigte Kontakt wieder mit der
Membran in Berührung steht. In dieser Weise wird der Meßstromkreis abwechselnd geöffnet
bzw. geschlossen. Diese Vorrichtung ist mit einer gewissen Trägheit behaftet, in
der Hauptsache deshalb, weil als Kompensationsgerät ein Hitzdrahtinstrument verwendet
wird.
-
Diese Trägheit hat aber auch die Wirkung, daß die Anzeige am entfernten
Ort nicht mit der wünschenswerten Geschwindigkeit den Änderungen der Meßgröße folgt.
-
Schließlich ist auch eine Anordnung bekannt, bei der zur Kompensation
zwei lichtelektrische Zellen vorgesehen sind. Im Ruhezustand sind beide Zellen gleichmäßig
beleuchtet. Ändert sich der Meßwert, so wird vermittels eines an der Achse des Meßgeräts
angebrachten Spiegels das Belichtungsverhälnis geändert und demgemäß ein Hilfsgerät
mit einem Wechselkontakt in der einen oder anderen Richtung zum Arbeiten gebracht.
Dadurch wird auch eine Einstellapparatur, die einen Schiebewiderstand im Fernmeßkreis
verstellt, zu einer entsprechenden Bewegung veranlaßt. Der Meßstrom durchfließt
seinerseits Spulen, die auf das Primärmeßgerät ein Drehmoment ausüben, das eine
Riickführung desselben in die Nullstellung bewirkt. Bei dieser bekannten Anordnung
erfolgt eine Stellungskompensation, da nur in der Nullstellung des Meßgeräts die
dem Gleichgewichtszustand zugeordnete gleichmäßige Belichtung der beiden Zellen
vorhanden ist. Das Gebergerät kann deshalb zur Ablesung ulld Allzeige nicht verwendet
werden. Die bei der bekannten Einrichtung vorgesehene Anordnung der eilen usw. bringt
es außerdem mit sich, daß iner Änderung der Meßgröße der Fern-> itrom zunächst
überreguliert und dann - der ein Stück zurückgeführt wird. was unfalls die Genauigkeit
der Anzeige beeinträchtigt. Schließlich ist bei der bekannten Anordnung ein beträchtlicher
Aufwand an Apparaten usw. erforderlich.
-
Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung zur Fernübertragung von
Meßgrößen nach dem Kompensationsverfahren unter Verwendung einer lichtelektrischen
Zelle geschaffen. die durch die Vereinigung folgender Merkmale gekennzeichnet ist:
a) Das Meßgerät ist mit dem nach Art eines elektromagnetischen Meßwerks gebautenKompensationsgerät
in an sich bekannter Weise iiber eine mechanische Feder gekuppelt. b) Der ein Maß
für die fernzuübertragende Meßgröße bildende, in der Fernleitung und im Kompensationsgerät
fließende Strom wird mittels einer einzigen lichtelektrischen Zelle in der Weise
eingeregelt, daß das Mal; der Belichtung sich verhältnisgleich mit der Meßgröße
ändert. c) Die lichtelektrische Zelle ist unmittelbar oder über eine Verstärkerröhre
in die Fernleitung geschaltet, oder sie betätigt, in einem eigenen Stromkreis liegend,
über ein Relais Kontakte im Fernleitungsstromkreis.
-
Mit einer Anordnung dieser Art wird eine äußerst schnelle Anpassung
des Fernmeßstroms an einen geänderten Meßwert erreicht.
-
Der Aufwand ist gering, da nur eine lichtelektrische Zelle erforderlich
ist und zur Kupplung zwischen dem Meßgerät und dem Kompensationsgerät zweckmäßig
die Feder des ersteren dienen kann. Außerdem findet eine Drehmomentkompensation
statt, d. h. das Primärmeßgerät behält seine der jeweiligen Meßgröße zugeordnete
Stellung bei, so daß auch an diesem eine Ablesung vorgenommen werden kann. Auf das
Meß- und Kompensationsgerät wirken keinerlei Kräfte ein, so daß hierfür normale
Schalttafelgeräte mit beliebig geringem Drehmoment verwendet werden können.
-
Einige im folgenden beschriebene Ausftihrungsbeispiele sind in der
Zeichnung erläutert, und zwar stellt dar: Abb. I die grundsätzliche Anordnung am
Bei spiel der Fernübertragung einer elektriseien Leistung ohne gleichzeitige Ablesung
des fernzuiibertragenden Meßwertes am Geberort, Abb. 2 eine Ausführung des Erfindungsgedankens,
bei der das zum Anschluß der Fernübertragung dienende Meßgerät gleichzeitig
auch
zur unmittelbaren Ablesung benutzt werden kann, also einen Zeiger und eine Skala
erhält, Abb. 3 eine Einrichtung zur Fernübertragung eines von Natur aus mit hohem
Drehmoment ausgestatteten Meßgeräts, z. B. eines registrierenden Instrumentes, Abb.
4 eine Einrichtung zur Übertragung eines Pegelstandes o. dgl., Abb. seine Einrichtung,
bei der die Photozellenströme nicht unmittelbar in die Fernleitung fließen, sondern
einem Verstärkerrohr zugeführt werden, Abb. 6 eine Einrichtung, bei der die Photozellenströme
die Fernleitungsströme über ein Relais steuern.
-
Es bedeutet in Abb. I I den Leitungsmes ser, 2 die Rückstellfeder
des Instrumentes I, 3 das Kompensationsgerät, 4 einen auf der Achse des Kompensationsgerätes
befestigten Schirm, 5 eine Lichtquelle, 6 eine lichtempfindliche Zelle, z. B. eine
Photozelle, 7 die Spannungsquelle zur Speisung der Lampe 5, 8 die Spannungsquelle
für die Zelle 6, 9 das Empfangsgerät, 10 zwei Anschläge.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Bei einer bestimmten elektrischen
Leistung wird über die Spiralfeder 2 ein bestimmtes Drehmoment vom Gerät 1 auf das
Gerät 3 übertragen. Wenn der im Gerät 3 fließende Strom kleiner ist als zur Aufhebung
dieses Drehmomentes nötig ist, bewegt sich der Schirm 4 im Sinne des größeren Drehmomentes.
Die Anordnung der Lampe 5, Zelle 6 und des Schirmes 4 ist nun so getroffen, daß
bei der eben genannten Bewegung die Beleuchtung der Zelle 6 erhöht wird, diese also
einen größeren Strom durch das Gerät 3 schickt. Wenn durch diese Stromzunahme das
Gegendrehmoment des Gerätes 3 so weit zugenommen hat, daß das von der Feder 2 übertragene
gerade aufgehoben wird, hört die Bewegung des Schirmes 4 auf, und in der Fernleitung
fließt ein Strom, der dem Drehmoment der Spiralfeder 2 und damit auch der im Gerät
I gemessenen Leistung verhältnisgleich ist.
-
Der in der Fernleitung fließende Strom kann also am Empfangsort mit
einem gewöhnlichen Meßgerätg gemessen werden, das direkt in Einheiten der elektrischen
Leistungen geeicht wird. Die Bewegung des Schirmes 4 wird zweckmäßig durch zwei
Anschläge 10 begrenzt.
-
Der Schirm 4 liegt bei dem kleinsten Meßwert an dem einen der Anschläge
I0, bei dem größten Meßwert an dem anderen. Hat der Meßwert eine zwischen dem größten
und dem kleinsten Betrag liegende Größe, so steht der Schirm 4 an irgendeiner zwischen
den beiden Anschlägen 10 befindlichen Stelle. Setzt man voraus, daß die Lichtquelle
5 konstant sei und das Lichtbündel rechteckigen Querschnitt besitzt, so ist die
Entfernung der Ruhelage des ,Schirmes 4 von demjenigen Anschlag Io den er beim Meßwert
Null berührt, linear verhältnisgleich der zu übertragenden Meßgroße. In der beschriebenen
Weise spielt das S.tem bei jeder Leistungsänderung auf eine «.ubeue Lage ein, die
Verdrehungswinkel der Feder 2 in sich selbst sind dabei verhältnisgleich der fernzuübertragenden
Leistung, die Verdrehung der Achse des Gerätes 3 ist jedoch, wenn keine besondere
Voraussetzung über den Strahlenquerschnitt gemacht wird, und wenn nicht konstante
Spannung der Batterien 7 und 8 vorausgesetzt wird, zunächst keine bestimmbare Funktion
der zu übertragenden Meßgröße. Da die Verdrehung der Achse des Gerätes I aus der
Summe der beiden Verdrehungen der Geräte I und 3 besteht, kann die in Abb. I dargestellte
Anordnung zunächst nur zur Fernübertragung und nicht auch zur Ablesung verwendet
werden.
-
Die Übertragung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Abb. I arbeitet
spannungsunabhängig, wenn z. B. Vorsorge getroffen wird, daß das Drehmoment unabhängig
von der Winkeleinstellung des Meßgerätes 1 ist bzw. wenn die Feder 2 ausschließlich
zur Ubertragung bzw. zum Vergleich des gegebenen und des einzuregelnden Drehmomentes
vorgesehen ist.
-
Bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wirkt
also der Schirm4 in der Weise, daß je nach der Größe ein mehr oder weniger großer
Teil des Lichtstrahles abgeblendet wird, wodurch die unterschiedliche Belichtung
der Zelle 6 jeweils verschiedene Ströme im Kreis des Kompensationsmeßgerätes 3 und
des Empfangsgerätes g einregelt. Bei dem im nachfolgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel
führt dagegen der Schirm 4 dauernd pendelnde Bewegungen aus.
-
Hierdurch wird bewirkt, daß der Lichtstrahl, der zweckmäßig in an
sich bekannter Weise durch Linsensystem auf einen geringen Ouerschnitt zusammengeschnürt
wird, periodisch freigegeben wird. Der Lichtstrahl wird also hierbei entweder vollständig
unterbrochen oder mit seiner vollen Stärke zur Einwirkung auf die photoelektrische
Zelle gebracht. Der zur Fernübertragung dienende mittlere Stromwert ist somit bei
diesen Einrichtungen durch das Verhältnis der Öffnungszeiten zu den Schließungszeiten
bestimmt.
-
Eine derartige Einrichtung, die aber auch die an sich wünschenswerte
Mitbenutzung des Instrumentes I für die direkte Ablesung elmöglicht, ist beispielsweise
in Abb. 2 dargestellt. Durch ein geeignetes optisches System (Linse oder Blende)
wird das Strahlenbündel der Lichtquelle 5 zusammengeschnürt, so daß -es an der Stelle
des Schirmes 4 einen sehr
kleinen Durchmesser erhält. Der Strahlengang
ist dort durch die Linse II so stark zusammengeschnürt, daß nur eine sehr kleine
Verdrehung des Schirmes 4 notwendig ist, um den ganzen Ouerschnitt des Lichtstrahles
zu verdecken. Diese Verdrehung kann durch geeignete Wahl der Optik so klein gehalten
werden, daß sie gegenüber den Verdrehungen der Spiralfeder 2 vollständig zurücktritt,
so daß sogar die ursprüngliche Skala des In strumentes I erhalten bleiben kann.
Statt durch Linsen kann der Strahlengang auch durch Blenden einen passenden Querschnitt
erhalten Die bisher beschriebenen Ausführungsformen kennzeichnen sich dadurch, daß
das Drehmoment des Instrumentes 1 bzw. dasjenige der Rückstellfeder 2 vom Instrument
3 ausgewogen wird. Man kann also zusammenfassend von einer Drehmomentkompensation
sprechen. jedoch ist der Erfindungsgedanke auch noch in anderer Form ausführbar.
-
In Abb. 3 hat das Instrument 1, etwa ein registrierendes Instrument,
zwei Spiralfedern 2a und 2z" und zwar ist die eine von ihnen (2,,) in der üblichen
Weise mit dem einen Ende am Instrumentengehäuse befestigt, die andere (2) an der
Achse des Instrumentes 3, wie in Abb. I und 2. Bei dieser Ausführung muß die Schirmverdrehung
ebenfalls sehr klein sein, wie bei Abb. 2 erläutert. Auch diese Anordnung wirkt
wie die oben beschriebene und unterscheidet sich nur dadurch von ihnen, daß nicht
das ganze, sondern nur ein Teil des Drehmomentes von Instrument 1 ausgewogen wird,
man kann also hier nicht mehr schlechthin von einer Drehmomentkompensation sprechen.
Die Feder 2b in Abb. 3 hat hierbei dieselbe Funktion, wie die Feder 2 in den Abb.
I und 2.
-
Die Feder 2, dient lediglich dazu, einen Teil des vom SIeßinstrument
I ausgeübten Drehmomentes aufzunehmen. Das auf die Feder 2b übertragene Drehmoment
ist gleich der algebraischen Differenz der Drehmomente des Instrumentes I und der
Feder 2,, Einen weiteren grundsätzlich wichtigen Fall zeigt die Abb. 4, nämlich
die Übertragung eines Pegelstandes. Pegelstandsmeßinstrumente (Schwimmer) sind Meßwerke,
bei denen nicht, wie bei den bisher vorausgesetzten, eine Gegenfeder verhältnisgleich
dem;2ussdlag gespannt wird, trotzdem also hier von einer Drehmomentkompensation
im obigen Sinne überhaupt nicht mehr gesprochen werden kann, ist die Fernübertragung
eines Pegelstandes mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen ohne weiteres möglich.
Es wird eine Hilfsfeder 12 angeordnet, die zweckmäßig sehr schwach gegenüber den
Verstellkräften des Schwimmers I3 bemessen wird. was z. B. ohne weiteres erfüllt
ist, wenn dieselben Spiralfedern und Kompensationsinstrumente wie bei der Fernübertragung
elektrischer Meßgrößen benutzt werden. Da bei der Anordnung gemäß Abb. 4 nicht das
NIeßwerksdrchmoment kompensiert wird, sondern-das Drehmoment der Hilfsfeder (12),
die entsprechend dem Weg, den der Schwiinmkörper von der Nullage aus zurückgelegt
hat, gespannt ist, kann man statt von einer Drehmomenthompensation von einer Wegkompensation
sprechen.
-
An Hand der verschiedenen Ausführungsformen seien noch einige wichtige
Vorteile der -erfindungsgemäßen Einrichtungen genannt.
-
Die Richtigkeit der Anzeigen ist, abgesehen von dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 1, von Spannungsänderungen der Batterie 8 vollständig unabhängig, da sich
jede Änderung im Strome des Kompensationsinstrumentes sofort durch eine neue Einstellung
des Schirmes ausgleicht. Diese Feststellung besagt gleichzeitig, daß auch die Beleuclitungsintensität
schwanken darf, d. h. die Spannung der Batterie7 abnehmen oder ein Metallbeschlag
auf dem Glase der Lampe 5 auftreten, oder auch die Empfindlichkeit der Zelle nachlassen
bzw. die Zelle ausgewechselt werden darf, ohne daß die Übertragung dadurch gestört
wird.
-
Die Schaltung im Fernübertragungskreis kann noch in mehrfacher Weise
abgeändert werden. Abb. 5 zeigt eine Verstärkerschaltung (Verstärkerröhre I4!, sie
ist dort am Platze, wo man etwa wegen großen Widerstandes der Fernleitung mit höheren
Spannungen arbeiten muß, derselhe Zweck kann mit einer Anordnung nach Abb. 6 erzielt
werden. Dort wird von den Photozellenströmen ein Relais Ig erregt, das einen im
Fernleitungskreis liegenden Widerstand 16 kurzschließt.
-
Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist etwa die des bekannten Schnellreglers.
In Reihe mit dem Kompensationsinstruinent sind Drosselspulen I7, parallel dazu ein
Kondensator IS gezeichnet. An Stelle dieser Kombination können auch andere Koml>inationen
von Wechselstromwiderständen, sog.
-
Vierpole, treten. Außerdem kann es noch zweckmäßig sein, parallel
zum Nompensa tionsgerät einen Widerstand zu legen, so daß nur ein Teil des Fernleitungsstromes
für das Kotnpensationsgerät abgezweigt wird. Nian erreicht damit, daß man bei verschiedenen
Anlagen, bei denen verschiedene Fernleitungsströme verwendet werden müssen, mit
demselben Typ von Kompensationsinstrument auskommt.
-
Die grundsätzliche Schaltung kann ferner auch so getroffen werden,
daß nicht der
Strom, sondern die Spannung zur Fernübertragung dient,
Die Anordnung dazu kann beispielsweise so getroffen werden, daß die Photozellenströme
wie in Abb. 5 verstärkt werden, daß einem im Anodenkreis der Verstärkerröhre liegenden
Widerstand das Kompensationsinstrument parallel liegt und die Fernleitung an die
beiden Klemmen des Kompensationsinstrumentes angeschlossen ist.
-
Die fernübertragende .Spannung wird am Ende der Fernleitung mit einem
gewöhnlichen Voltmeter gemessen.