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Wechselstrom-Meßbrücke zum getrennten Ausmessen kleiner Abweichungen
der Wirk-und der Blindkomponente eines Wechselstromwiderstandes von ihren Sollwerten
Die Erfindung betrifft !eine Wechselstrom-Meßbrücke rmm getrennten Ausmessen kleiner
Abweichungen der Wirk- und der Blindkomponente eines Wechselstromwiderstandes von
ihren Sollwerten. Dabei wurden die zum Abgleich der Brücke benutzten regelbaren
Widerstände oder Kapazitäten bisher von Hand eingestellt. Diese Art der Messung
ist aber recht umständlich und erfordert neben sehr sorgfältig gearbeiteten Schaltelementen
auch Sachkenntnis und Geschicklichkeit, so daß sie sich Eingang in die Betriebspraxis
nicht hat verschaffen können.
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Andererseits sind fiir Sonderzwecke Wechselstrombrücken bekanntgeworden,
bei denen die an der Meßdiagonale wirksame Wechselspannung nach einem Komprensationsverfahren
gemessen wird, wobei eine als Phasenschieber wirkende Hilfsschaltung und ein zum
Regeln der Größe der Kompensationsspannung dienender Spannungsteiler benutzt wird.
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Eine solche Anordnung ist aber nicht zum getrennten Ausmassen der
Wirk- und Blindkomponente eines Wechselstromwiderstandes geeignet., Es ist auch
bereits teine Einrichtung zum Messen oder Regeln einer Frequenz bekanntgeworden,
bei der eine Brückenschaltung be nutzt wird, die so aufgebaut ist, daß der Diagonalstrom
bei dem Sollwert der Frequenz verschwindet und bei Abweichungen vom Sollwert in
der leinen oder anderen Phasenlage anwächst. Dabei wird der Diagonalstrom der Drehspule
eines von der Speisespannung erregten Wechselstromgalvanometers zugeführt, dessen
Zeiger dementspre chend bei Abweichungen der Frequenz vom Sollwert in der einen
oder anderen Richtung ausschlägt. Dabei wird mittels eines Fallbügelmechanismus
die jeweilige Stellung des Zeigers periodisch abgetastet und dadurch ein Hilfsmotor
in dem einen oder anderen Drehsinn eingeschaltet, der absatzweise die Abgleichmittel
der Brückenschaltung entsprechend verstellt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Wechselstrom-Meßbrücke zum getrennten
Ausmessen kleiner Abweichungen der Wirk- und der Blindkomponente eines Wechselstromwiderstandes
von ihren Sollwerten. bei der die in der Meßdia,gonale in vor der Messung annähern
abgeglichener Brückenschaltung wirksame Wechselspannung nach einem Kompensationsverfahren
gemessen wird, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß zum gleichzeitigen
Messen der festzustellenden Abweichungen der beiden Komponenten in bei komplexen
Kompensatoren an sich bekannter Weise zwei Abgleicheinrichtungen vorgesehen sind,
an denen je eine von zwei in Reihe geschalteten, stetig regelbaren, um 90° in der
Phase gegeneinander verschobenen Teilspannungen abgegriffen werden, die zum Kompensieren
je einer von zwei den zu messenden Komponenten zugeordneten Komponenten der Diagonal-Spannung
dienen, und daß diese Einrichtungen mit als phasenempfindliche Nullindikatoren wirkenden
wattmetrischen Geräten, vorzugsweise Zählermeßwerken, mechanisch ge kuppelt sind,
deren den Spannungswicklungen zugeführte Erregerströme bezüglich ihrer Phasenlage
zu der zum Speisen der Brückenschaltung dienenden Wechselspannung vor der Messung
so eingestellt sind, daß die zum Abgreifeti der beiden Teilspannungen dienenden
Einrichtungen konvergenzgerecht im Sinne der erstrebten Kompensation selbsttätig
ein gestellt werden.
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Bei dieser Art der Messung brauchen Schaltmittel innerhalb der Brückenschaltung
nur noch vorgesehen zu werden, um das Prüfobjekt anzuschalten oder zur Änderung
des Meßbereicbes Brückenelemente gegen solche anderer Größenordnung auszutauschen
Diese Schaltmittel können leicht so ausgebildet werden, daß auch bei Behandlung
durch wenig geschulte Kräfte liontaktfehler nicht auftreten können. Innerhalb des
Me13-diagonalzweiges auftretende Kontaktfehler können bei geeigneter Ausbildung
der Anordnung die Meßgenauigkeit deshalb nicht beeinflussen, weil nach der Kompensation
über die Diagonale kein Strom fließt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Dabei ist angenommen, daß mit Hilfe einer Kondensator-Meßbrücke die Kapazität und
der Verlustwinkel eines Kondensators bestimmt werden soll. Die Brücke selbst besteht
aus einer Normalkapazität 1, der zu prüfenden Kapazität 2 und zwei Ohmschen Brückenwiderständen
3 und 4. Zum Speisen der Brücke dient ein Transformator 5, der primärseitig an ein
vorhandenes Netz angeschlossen ist.
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Ein an der Speisespannung Uh der Brücke liegender Spannungswandler
6 ist mit zwei Sekundärwicklungen 7 und 8 versehen. Im Stromkreis der Sekundärwicklung
7 liegt ein Ohmscher Widerstand 9 und ein Schleifdraht 10. Im Stromkreis der Wicklung
8 liegt eine Kapazität 11 und ein Schleifdraht 12. Die einzelnen Schaltelemente
der Stromkreise 7, 9, 10 bzw. 8, II, 12 sind so bemessen, daß die in den Schleifdrähten
10 bzw. 12 auftretenden Spannungen um genau 90° gegeneinander phasenverschoben sind,
wobei die Spannung am Schleifdraht 10 um 180° phasenverschoben gegenüber der Brückenspeisespannung
ist.
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In die Meßdiagonale der Brücke sind abgreifbare Teile der Schleifdrähte
10, 12 und der Eingang eines Röhrenverstärkers 13 geschaltet. der zweckmäßig unmittelbar
aus dem die Brücke speisenden Netz gespeist wird und ir dessen Ausgangskreis die
Stromwicklungen 1 4 und 15 zweier wattmetrischer Induktionszählermeßwerke 16 und
17 in Reihe geschaltet sind. Die Spannungswicklungen 18 und 19 der beiden Zähler
werden aus einem Phasen schieber 20 gespeist. Die primäre Energie für den Phasenschieber
wird ebenfalls aus dem Netz entnommen. Die Spannungswicklungen 18 und 19 sind sekundärseitig
so an den Phasenschieber angeschlossen, daß die Ströme in den Spannungswicklungen
um 90' gegeneinander in der Phase verschoben sind. Der Rotor des Zählermeßwerkes
17 ist über ein Schneckengetriebe 2 1 mit einem drehbaren Kontaktarm 22 gekuppelt.
während der Rotor des Zählermeßwerkes 16 über ein Schneckengetriebe 23 einen drehbar
gelagerten Kontaktarm 24 treibt. Die Wirkungsweise der Anordnung ergibt sich aus
folgender Überlegung: Wenn die Meßkapazität 2 ebenso groß wie die Normalkapazität
1 und ebenfalls verlustfrei wäre, dann würde bei gleicher Größe der Ohmschen Widerstände
3 und 4 die Brücke abgeglichen sein und in der Meßdiagonale bein Strom fließen,
vorausgesetzt, daß die Kontaktarme 22 und 24 in ihrer Ausgangslage stehen. Wird
nun an Steile der zunächst als gleich groß mit der Normalkapazität 1 angenommenen
Meßkapazität 2 eine Meßkapazität eingeschaltet, die etwas größer oder kleiner als
die Normalkapazität, jedoch auch noch verlustfrei ist. dann wird zunächst an der
Meßdiagonale eine Spannung auftreten, die in Phase mit den die Widerstände, und
4 durchfließenden Strömen liegt. Diese Spannung wird ohne Änderung der Phasenlage
bzw. unter Verschiebung der Phase um 180 in dem Verstärker 13 verstärkt und den
beiden Stromspulen 14 und 15 der Zähler 16 und 17 zugeführt. Die Phasen der Spannungswicklungen
18 und 19 der Zähler 16 und 1, werden so eingestellt, daß in bezug auf del die Wicklungen
14 und 15 durchfließenden Strom eine der Spannungsphasen konphas zu dem Strom liegt,
während die andere um 90@ gegen den Strom verschoben ist.
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Es sei angenommen, daß der Strom in der Spule 19 konphas mit dem
Strom in der Spule 15 sei. In diesem Fall wird auf den Rotor des Zählermeßwerkes
17 ein Drehmoment nicht ausgeübt. dagegen wird auf den Rotor des Zählermeßwerkes
16. bei den:
die Ströme um 90 phasenverschoben sind, ein Drehmoment
ausgeübt. Die Kupplung mit dem Arm 23 ist nun so ausgebildet, daß bei der nun folgenden
Bewegung des Rotors ein zunehmender Teil des Schleifdrahtes 12 in den Meßdiagonalkreis
eingeschaltet wird.
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Da an dem Schleifdraht eine der Spannung in der Meßdiagonale entgegengesetzt
gerichtete Spannung liegt, wird durch die Bewegung des Rotors die dem Verstärker
13 zugeführte Spannungsdiffierenz stetig verkleinert, bis eine vollständige Kompensation
eingetreten ist, so daß jede Beeinflussung des Verstärkers I3 auf der Eingangsseite
aufhört.
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Damit wird aber auch das Stromeisen I4 vollständig entregt, so daß
der Rotor des Zählermeßwerkes 16 stehenbleibt. Bei einem Überpendeln würde die Spannung
im Schleifdraht 12 gegenüber der Spannung der Meßdiagonale das Übergewicht gewinnen.
Infolgedessen würde die Eingangsspannung des Verstärkers 13 um 180° gedreht. Es
würde also der Stromspule 14 des Zählers 16 ein um 180° verschobener Strom zugeführt
werden, der eine entgegengesetzt gerichtete Drehung des Rotors des Zählermeßwerkes
16 auslösen würde.
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Wird jedoch unter den gleichen Voraussetzungen wie oben bei einer
an Stelle des Meßkondensators 2 angeordneten verlustfreien Kapazität gleicher Größe
wie die Normalkapazität I z. B. durch Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes
ein Verlust künstlich erzeugt, so wird das Gleichgewicht der Brücke ebenfalls gestört,
so daß an der Meßdiagonale wiederum leine Spannung auftritt, deren Phase aber in
diesem Fall um 900 gegen den über den Widerstand 4 fließenden Strom verschoben ist.
Infolgedessen spricht nunmehr nicht das Zählermeßwferk I6, sondern das Zählern,eßwerk
17 an und verstellt den Kontaktarm 22 so lange, bis die von dem Kontaktarm 22 auf
dem Schleifdraht I0 abgegriffene Gegenspannung, die in bezug auf die Phase der Spannung
im Diagonalzweig der Brücke entspricht, ebenso groß wie die Spannung in der Brückenmeßdiagonale
ist.
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Während also der Ausschlagwinkel des Armes 24 ein Maß für den Unterschied
der Werte der Kapazitäten 2 und 1 war, ist der Ausschlag des Kontaktarmes 22 lein
Maß für den Verlustwinkel der Kapazität 2.
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Dabei können auch beide Komponenten gleichzeitig zur Anzeige gebracht
werden, da ihre Auftrennung durch die Phasenverschiebung der Spannungsfelder 18
und 19 erfolgt und sie getrennt an den Schleifdrähten Io und 12 kompensiert werden.
Im abgeglichenen Zustand der Brücke fließt über die Meßdiagonale kein Strom. Infolgedessen
kön nen auch unbedenklich Schiebekontakte u. dgl. innerhalb der Meßdiagonale angeordnet
sein, da deren veränderliche Widerstände das Meß ergebnis nicht beeinträchtigen
können.
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Da bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Spannung in der Meßdiagonale
der Brücke selbsttätig kompensiert wird, so kann die Bedienung der Anordnung auch
angelerntem Personal ohne weiteres überlassen werden, zumal die in der Anordnung
benutzten Meßgeräte, nämlich wattmetrische Zähler, verhältnismäßig robuste, zuverlässige
Instrumente sind.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur anwendbar zum Messen
von Kapazitäten; sie kann vielmehr zum Messen beliebiger Wechselstromwiderstände,
bei denen die Zerlegung von Strom oder Spannung in zwei Komponenten zweckmäßig ist,
angewendet werden. Die Eichung bzw. Phaseneinstellnng braucht nur einmal vorgenommen
zu werden, dabei kann zwecks Einstellung des Phasenschiebers 20 z. B. parallel zur
Kapazität I eine kleine verlustfreie Zusatzkapazität geschaltet werden. Der Phasenschieber
20 muß dann so eingestellt werden, daß bei An- oder Abschalten dieser Zusatzkapazität
lediglich das Zählermeßwerk 16 läuft, das Zählermeßwerk 17 dagegen unverändert stehenbleibt.
Etwa erforderliche Phasendrehungen von 180° können durch Umpolen von Anschlüssen
ohne weiteres herbeigeführt werden. Sie sind notwenig, falls die Drehrichtung eines
der Zählermeßwerke vertauscht werden muß.