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-Schaltung zur Messung des Produktes oder Quotienten zweier durch
Widerstandsgeber einstellbarer Meßgrößen Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungen
zur Messung des Produktes oder des Quotienten zweier Meßgrößen mit zwei in Reihe
geschalteten Widerstandsgebern, bei denen der Strom über die zur Einstellung der
Meßgröße dienende Kontaktbürste eintritt und sodann über zwei Parallelzweige verteilt
wird, die Spulen eines Quotientenme'ssers enthalten.
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Den bekannten Anordnungen dieser Art haften eine große Anzahl von
Übelständen an, und zwar setzen die meisten Anordnungen eine konstante Spannung
voraus. Bei anderen Anordnungen ist die Anzeige abhängig von den Übergangswiderständen
an dem Widerstandsgeber. Weitere Nachteile der bekannten Anordnungen bestellen darin,
daß der Leistungsverbrauch der Meßschaltungen verhältnismäßig groß ist.
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Den bekannten Anordnungen dieser Art haften eine große Anzahl von
Übelständen an, und zwar setzen die meisten Anordnungen eine konstante Spannung
voraus. Bei anderen Anordnungen ist die Anzeige abhängig von den Übergangswiderständen
an dem Widerstandsgeber. Weitere Nachteile der bekannten Anordnungen bestehen darin,
daß der Leistungsverbrauch der Meßschaltungen verhältnis-Illaßig groß ist.
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Bei einer,dieser Anordnungen wird der in dem einen der Parallelzweige
fließende Strom, ohne weiter wirksam zu werden, zur Stromquelle abgeleitet, während
nur der in dem anderen der Parallelzweige fließende Strom dem jeweils nächsten Widerstandsgeber
zugeführt wird. In die letzte Stromverzweigung ist ein Meßwerk geschaltet. Dem MeBwerk
wird daher nur ein Teil des Betriebsstromes zugeführt: Außerdem muß noch die Spannung
konstant gehalten werden. Auch macht es Schwierigkeiten, bei den bekannten Anordnungen
eine Eichung der Einrichtung vorzunehmen, da die einzelnen Meßgrößen sich gegenseitig
beeinflussen.
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Bei einer bekannten Anordnung zur fortlaufenden Summierung mehrerer
Meßgrößen sind die Widerstandsgeber in Reihe geschaltet,
so daß
über jeden Geber der volle Betriebsstrom fließt, jedoch liegen in den beiden Parallelzweigen
jedes Widerstandsgebers Spulen des Onotientenmeßwerl;es, und zwar sind die Spülen
in je einem Parallelzweig der Widerstandsgeber auf einem gemeinsamen und die Spulen
in den anderen Parallelzweigen der Widerstandsgeber auf einen zweiten gemeinsamen
Kern des nuotientenniessers angebracht. Eine Spannungsunabhängigkeit wird hierdurch
zwar erreicht. Die Anordnung je einer Spule in beiden Parallelzweigen jedes Widerstandsgebers
ist jedoch ein verhältiiismäßig großer Aufwand. Überdies ist eine gegenseitige Beeinflussung
der Ströme in den auf einen gemeinsamen Kern gewickelten Spulen möglich. Die erwähnten
Sachteile dieser bekannten Anordnung werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß
nur in dem einen der Parallelzweige jedes Widerstandsgebers je eine Spule des Quotientenmessers
angeordnet ist.
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Es ist zwar eine Schaltunmit einem Widerstandsgeber bekanntgeworden,
bei der nur in dem einen Parallelzweig des Widerstandsgebers die Spule eines Anzeigegerätes
liegt. Diese Schaltung wurde ferner zur Integration der Momentenwerte einer veränderlichen
1leßgröße dadurch weitergebildet, daß an die Stelle der genannten Spule die Stromspule
eines Zählers tritt, während die Spannungsspule des Zählers parallel zu einem dem
Widerstandsgeher vorgeschalteten Widerstand liegt. Diese Anordnung hat jedoch nur
eine äußere Ähnlichkeit finit ,dein Erfindungs.gegenstand, da du r Zähler nicht
auf den Quotienten, sondern das Prolukt zweier Ströme anspricht. Demgemäß sind beide
Anordnungen von der Betriebsspannung abhängig.
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Bei Verwendung eines Quotientenniessers, dessen NIeßbereich einem
endlichen Stromverhältnis entspricht, z. B. Ferrarisquotientenmesser oder -zäliler,
Dreheisenquotienteninesser oder Gleichstromkrenzsp:ulinstrument, ist in weiterer
Ausbildung der Erfindung deichachsig mit der einen Spule des Quotientenmeßgcrätes
eine weitere Spule angeordnet. die von dein gleichen Strom beeinflußt %virrl wie
die zweite Spule des Quotientenmeßerätes.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Bei der Anordnung nach Abb. i und z dient als Anzeigegerät ein Quotienteninesser,
dessen Einstellung in verschiedener Art von zwei Strömen so abhängig ist, daß bei
dem Werte lull des einen Stromes der Zeiger des Instrunientes innerhalb der Skala
steht. Bei der Anordnung nach Abb. 3 dient als Anzeigegerät ein Otiotientenmesser,
dessen Skalenbereich einem endlichen Stromverhältnis entspricht, wie es z. B. bei
F@@rrarisquotientenmessei-n oder Dreheisenquotientenmessern der Fall ist. In Abb..I
ist als iL\leßgerät ein Quotienten-7 ähler nach dem Ferrarisprnzip verwendet.
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Das Ouotientenmeßgerät nach Abb. i, zu clei- Ah. 2 das Schaltschema
darstellt, besitzt eine Auslenkspule c, und eine Richtspule b.
wobei die Ein=stellung
so von zwei Strömen il und i_ abhängig ist, daß der durch die Richtspule b fließende
Stroin i.. den Zeiger in eine bestimmte, innerhalb der Skala liegende Stellung zu
ziehen versucht, während der durch die Auslenkspule a fließende Strom 1i (las Svstein
aus dieser Lage auszulenken sucht. Die Einstellung des Instrumentes ist nur
von dein Verhältns des Stromes i.1 zum Strom i_ abhängig. Nimmt man eine lineare
Abhängrigkeit an und bezeichnet .inan den Ausschlag von der Nullstellung (i,=o)
mit (z. so ist
Hierbei ist lj eine Konstante, die von den geoinetrischen Abmessungen des Gerätes
abhängt.
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Die Widerstandsgeber sind mit c und (l bezeichnet, auf denen durch
Geberabgriffe .i-,. und v,l bestimmte, den auszumessenden Größen entsprechende
Werte x und v abgegriffen werden.
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Bei dem Widerstandsgeber c liegt in (]ein einen Zweig der entsprechend
einer Meßgröße eingestellte Widerstand x, in dein anderen Zweig die Auslenkspule
a, die von dein Strom i., durchflossen wird. Bei dem Wi(lerstandsneber d liegt der
entsprechend der anderen Meßgröße eingestellte Widerstand _v in dem einen Zweig
und in dein anderen Zweig die Richtspule b, die von (lern Strom i_ durchflossen
wird. Die- Anordnung der Spulen und Geher- geht aus Abb. 2 hervor. Die beiden Widerstandsgeber
c und (i mit ihren Stroniverzweigungen sind in Reihe an eine Stromquelle q angeschlossen,
deren Strom finit i bezeichnet ist.
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Aus .Ahl). a ergibt sich, dal) liQ(C --t#%' (.L@lI) _I" und i.b+i,-,
@@-(i--i=) 1-d1') ist. Umgeformt ergibt sich für die die Meßwerkspulen durchfließenden
Ströme
Setzt man die Werte für i, und i= in die Gleichung
für den Ausschlag-
a ein, -so ergibt sich
Die Anzeige ist unabhängig von dem Strom i, also auch von Spannungsschwankungen
und voni Übergangswiderstand an den Gebern.
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Gemäß vorstehender Gleichung kann man den Ouotienten zweier Meßgrößen
anzeigen, wenn proportional der einen Meßgröße der abgegriffene Teil x des auf dem
Widerstandsgeber c proportional der anderen Meßgröße der abgegriffene Teil d-y
= z auf dem Widerstandsgeber d eingestellt wird. Aus der Gleichung für den
Instrumentenausschlag a ergibt sich, daß die Anzeige proportional dem Quotienten
der beiden Meßgrößen x und z ist.
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Man kann jedoch auch ein Produkt zweier Meßgrößen anzeigen. Hierzu
ist zunächst vorauszusetzen, daß sich die eine Meßgröße nur wenig ändert. Es sei
y, ein konstanter mittlerer Wert der Meßgröße y, d y die Abi weicheng von yo, so
daß y = y, -j- d 31 ist. Aus dem Ausdruck erhält man durch Erweitern mit
a yo +
4 y = a -:2 y, -E- y- den Ausdruck:
Für kleine Änderungen von y kann man das im Nenner stehende quadratische Glied.-(
y= vernachlässigen. Gibt man y, den Wert
d. 1i. der mittlere Betriebswert ist gleich dem halben Endwert des Widerstandsgebers,
so heißt der neue Ausdruck Hieraus geht hervor, daß eine Messung
des Produktes .x # y durchgeführt wird. Ist also das Produkt zweier Meßgrößen zu
erfassen, so wird pro portional der einen Meßgröße der abgegriffene Teil _t- des
Widerstandsgebers c, steigend mit der anderen Meßgröße der abgegriffene Teil y des
Widerstandsgebers d eingestellt. Aus der Gleichung für den entstehenden Ausschlag
a ergibt sich, daß die Anzeige mit steigenden Werten von x und y zunimmt, wie es
bei einer Produktenmessung notwendig ist.
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Ändert sich dagegen die zweite Größe in einem größeren Bereich und
wird eine reine Produktenmessung gewünscht, so ist die Abhängigkeit des Wertes y
von der zweiten Größe etwa durch ungleichmäßige Wicklung des Widerstandsgebers oder
durch einen Kurventrieb zwischen dem Meßgerät für die zweite Meßgröße und die Verstellung
des Abgriffes von dem Widerstandsgeber d zu erreichen.
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Man kann auch eine Nullpunktunterdrückung vornehmen und die Skala
des Quotientenm,essers so ausbilden, daß sie von etwa io bis ioo % des Endwertes
geht, wenn man die Richtspule so ausbildet, daß sie das bewegliche Svstem in eine
außerhalb der Skala gelegene Lage zu bringen versucht.
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Die Eichung ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber bekannten
Anordnungen dadurch wesentlich vereinfacht, daß die einzelnen Stromkreise unabhängig
voneinander beeinflußt werden können. Diese Beeinflussung ist möglich durch die
Größe der Geberwiderstände, durch zwischengeschaltete Widerstände oder durch geeignete
Wahl des Widerstandes und der Windungszahl der Instrumentenspulen.
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Bei Benutzung - eines Quotientengerätes, etwa nach Abb. 3, dessen
Skalenbereich einem endlichen Stromverhältnis entspricht, ausgeführt als Ferrarisquotientenmesser,
Dreheisenquotientenmesser (Abb,.3) oder Gleichstromkreuzspulinstrument, wird gleichachsig
mit der einen Erregerspule ei, die der Spulea entspricht, eine weitere Spule e,
angeordnet, wobei der Einfachheit halber angenommen werden möge, daß e die gleiche
Windungszahl hat wie die der Spule b entsprechende Spule f, mit der e., in
Reihe liegt. Die Spulen sind wieder mit Gebern c und d zusammengeschaltet.
Die Spule ei wird auch in der Nullstellung des Gebers ständig von einem Strom durchflossen,
so, daß der Zeiger in der Nullstellung gehalten wird. Schickt man jetzt durch die
beiden Spulen e. und f denselben Strom i#. so wird sich das System in seine
Symmetrielage einstellen. Bei anderem Spulenverhältnis erhält der Zeiger eine andere
Lage. Ein durch die Spule e1 fließender Strom il wird das System aus dieser Lage
auslenken. Also hat die Hintereinanderschaltung der beiden Spulen f und e. dieselbe
Wirkung wie die Richtspule b, die Spule ei hat dieselbe Wirkung wie die Aüslenlctptile
a des Quotientengerätes der Abb. i.
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Bei der Anordnung nach Abb. 3 gelten ebenfalls die oben entwickelten
Gleichungen unter zulässiger Vernachlässigung der Phasenlage der Ströme und der
evt1. vorhandenen Gegeninduktivitäten.
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Für einen Wechselstromzähler, dessen Drehzahl abhängig von dem Verhältnis
zweier Ströme ist, läßt sich eine dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 entsprechende
Anordnung treffen, wie sie in Abb. q. dargestellt ist. Es sei, um die Überlegung
zu vereinfachen, allgenommen, daß auf die Wählerscheibe bei dein Anschluß an einen
Widerstandsgeber ebenfalls zwei gleiche Systeme mit den Spulen g und h einwirken.
Diese versuchen den Zähler in verschiedener Richtung zu drehen. Falls die beiden
Spulen vom gleichen Strome durchflossen
werden, möge der Zähler
stillstehen; sind die Ströme aber verschieden, die durch die Spulen fließen, so
möge sich der Zähler mit einer gewissen Geschwindigkeit drehen, die nur von
dem Verhältnis der beiden Ströme abliäiigig ist.
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Für die Beeinflussung durch zwei Widerstandsgeber werde jetzt angenommen,
statt der Spule g seien die beiden Spulen -I und ä@ vorhanden, und g @ und h mögen
der Einfachheit halber dieselbe Windungszahl haben. Die Zusammenschaltung mit den
beiden Widerstandsgebern c und (f sei nach Abb. -. so, erfolgt, daß durch die Spule
g1 der Strom il fließen möge, durch die Spulen g. und lt der Strom i- Für il = 0
wird der Zähler stehen. Für variable Werte von ii und i. stellt sich eine Drehzahl
ein, die mit wachsendem il zunimmt und mit wachsendem i., abnimmt. Da il proportional
x ist und i._ umgekehrt mit 3, wächst, nimmt die Drehgeschwindigkeit mit
wachsendem x und mit wachsendem y zu.