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Elektrische Meßvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische
Meßvorrichtung, welche mit einem Meßarm, z. B. in Gestalt eines Zeiger- oder Schreibarmes,
versehen ist, der gegenüber einem wachsenden Vergleichswiderstand, z. B. einer Feder,
entsprechend dem Momentanwert der Meßgröße vermittels eines Ferraris-Systems, eines
Drehfeldsystems od. dgl. eingestellt wird.
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So wird z. B. für die Messung elektrischer Leistung eine Vorrichtung
verwendet, bei welcher eine von einem Ferraris-System entgegen der Wirkung einer
Meßfeder bewegte Wirbelstromscheibe mit einem Meßarm in Gestalt eines Zeigerarmes
verbunden ist. Mit dem Ferraris-System können hierbei nur verhältnismäßig kleine
Drehmomente übertragen werden, weshalb es große Schwierigkeiten macht, diese Vorrichtung
als Schreibinstrument auszubilden, insbesondere, weil die am Schreibarm zur Verfügung
stehende Kraft nur gering ist.
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Bei Einstellung des Zeigerarmes in die dem Momentanwert der Meßgröße
entsprechende Stellung tritt Stillstand der Wirbelstromscheibe ein, wobei die gleitende
Reibung in den Lagern der Wirbelstromscheibe bzw. des Zeigerarmes in die größere
ruhende Reibung übergeht, so daß das Zeigersystem durch nachfolgende Änderungen
der Meßgröße erst nach Überschreitung eines gegenüber dem bewegten Zustand größeren
Schwellwertes anspricht, die Meßanzeige also ungenau ausfällt.
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Die gleichen Nachteile treten bei Meßgeräten auf, bei welchen ein
ähnliches Antriebssystem über ein
Zalingetriebe den Schleifkontakt
eines Regulierwiderstandes so lange verstellt, bis dieser den Wert der zu messenden
oder zu kompensierenden Größe bestimmt. Hierbei macht sich außerdem störend bemerkbar,
daß in der Nähe der Meß- oder Kompensierstellung die Stellgeschwindigkeit und die
Stellkräfte sehr klein werden und dem Wert 0 zustreben. Bei derartigen Einrichtungen
muß auch eine besondere, von einem zweiten Ferraris-System od. dgl. beeinflußte
zweite Wirbelstromscheibe vorgesehen werden, wenn ein Zähler angetrieben werden
soll. Überdies verlangen diese Geräte eine sehr genaue und daher kostspielige feinmechanische
Ausführung.
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Um die Nachteile der bekannten Meßvorrichtungen zu überwinden, wird
gemäß der Erfirídung'der Meßarm durch eine Wirbelstromkupplung mit einem entsprechend
dem jeweiligen Wert der.Meßgröße durch ein Ferraris-System od. dgl. schneller oder
langsamer in gleichgerichtete Umdrehungen versetzten Wirbelstromkörper verbunden.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Bewegung des Meßarmes in der Anzeigestellung
ohne Stillsetzen der Wirbelstromscheibe, auf welche die Meßgröße einwirkt, erfolgt.
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Diese Scheibe setzt vielmehr ihre Drehung in ein und derselben Richtung
langsamer oder schneller fort.
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Für die Bewegung des Meßarmes ist also in keinem Fall eine Überwindung
der ruhenden Reibung oder eines Schwellwertes, noch eine Massebeschleunigung aus
der Ruhe heraus erforderlich, so daß der Meßarm genauer und schneller den Veränderungen
der Meßgröße zu folgen vermag. Infolge des in der Wirbelstromschçibe vorhandenen
Schwungmomentes ist die an den Meßarm abgegebene Kraft, die allein durch das Kraftlinienfeld
übertragen wird, auch größer, als wenn die Wirbelstromscheibe von einer RuhestelIung
in die andere bewegt wird.
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Ferner kann neben dem Momentanwert der Meßgröße unmittelbar auch
deren zeitlicher Integralwert gemessen werden, indem durch den sich langsamer oder
schneller drehenden Wirbelstromkörper ein entsprechender Zähler angetrieben wird.
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Die auf den Meßarm übertragene Drehkraft und seine Bewegungsgeschwindigkeit
können beliebig geändert werden, indem das Kraftfeld des Meßarmes gegenüber dem
antreibenden Kraftfeld des Ferraris-Systems od. dgl. mit Unter- oder Ubersetzung
an dem Wirbelstromkörper angreift.
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Das magnetische Kraftfeld des feder- oder gewichtbelasteten Meßarmes
ist mit diesem starr oder zwangsläufig verbunden. An der durch das Ferraris-System
od. dgl. gedrehten Wirbelstromscheibe ist unter- oder übersetzt eine zweite Wirbelstromscheibe
angeschlossen, welche mit dem Magnetfeld des Meßarmes zusammenwirkt und den Meßarm
je nach der Geschwindigkeit der Drehbewegung mehr oder weniger verstellt.
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Hierdurch können leicht Unter- oder Übersetzungen im Verhältnis 1
: 50 und I: IOO erzielt werden. Das zu wählende Über- oder Untersetzungsverhältnis
hängt von der gewünschten Bewegungskraft und Empfindlichkeit des Meßarmes ab.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung eines in der Zeichnung
dargestelltenAusführungs beispieles eines ars Schreibgerät ausgebildeten Leistungsmessers.
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Eine Wirbelstromscheibe I ist mit ihrer Achse 2 in Lagern 3, 4 gelagert
und wird von einem Ferraris-System in Gestalt einer Spannungsspule 5, 7 und einer
Stromspule 6, 8 entsprechend dem zu messenden Strom beaufschlagt. Während bei den
bekannten Meßvorrichtungen dieser Art der Zeiger oder Schreibarm starr an der Achse
2 befestigt ist und gegen eine Meßfeder arbeitet, so daß bei Gleichgewicht zwischen
der Federkraft und der Antriebskraft des Wirbel-.stromsystems 5 bis 8 die Scheibe
I und der Zeiger zur Ruhe kommt, volIzieht bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
die Wirbelstromscheibe I eine fortlaufende, je nach dem Momentanwert der Meßgröße
schnellere oder langsamere Drehbewegung. Der Zeigerarm 9, welcher mittels einer
Achse II in Lagern In, 13 leicht 'drehbar gelagert ist und gegen die Wirkung einer
einerseits auf seiner Achse, andererseits an einem ortsfesten Punkt 14 angeschlossenen
Meßfeder 15 zusammenarbeitet, wird von einer zweiten Wirbelstromscheibe I6 in Bewegung
gesetzt, die von permanenten oder Elektromagneten 17 umfaßt wird, welche mit dem
Meßarm g starr verbunden sind.
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Die zweite Wirbelstromscheibe I6 steht mit einer an ihrem Rand I8
befindlichen Verzahnung dauernd im Eingriff mit einem an der Achse 2 befestigten
Ritzel 19. Der Meßarm g ist in an sich bekannter Weise als Schreibarm ausgebildet,
und sein Schreibröhrchen 2I arbeitet in bekannter Weise mit einem gleichförmig bewegten
Papierstreifen 22 zusammen.
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Ein fester Anschlag 23 begrenzt das Überschwingen des Meßarmes 9.
Auf der Achse 2 ist eine Schnecke 24 befestigt, welche mit einem auf der Achse 25
eines Zählwerks 26 befestigten Schneckenrades 27 dauernd im Eingriff steht.
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Die der Wirbelstromscheibe I durch das Ferraris-System 5 bis 8 erteilten
schnelleren oder langsameren Umdrehungen werden, um das 50- bis Ioofache untersetzt,
durch die Verzahnung I9, I8 auf die zweite Wirbelstromscheibe I6 übertragen. Durch
die Wirbelstromwirkung des Magnetfeldes der Magnete 17 wird auf den Schreibarm g
je nach der Drehgeschwindigkeit ein kleineres oder größeres Drehmoment einwirken,
so daß der Arm entgegen der Wirkung der Feder Ig eine kleinere oder größere Schwenkung
erfährt und sich entsprechend dem Momentanwert des zu messenden Stromes einstellt.
Der Integralwert des Momentanwertes kann planimetrisch aus der auf den Streifen
22 gezeichneten Kurve ermittelt werden; er ist aber auch ohne weiteres aus dem Stand
des Zählwerkes 26 ersichtlich.
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Durch diese Einrichtung wird also auch ohne Schreibwerk gleichzeitig
sowohl der Momentanwert als auch der Integralwert gemessen; infolge der Unter-oder
Übersetzung zwischen den Wirbelstromscheiben 1 und I6 kann die Einwirkung auf den
Meßarm g den Erfordernissen angepaßt werden.
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Es steht auch nichts im Wege, die zweite Wirbelstromscheibe I6 wegzulassen
und die Magnetsysteme I7 des Meßarmes g unmittelbar mit der Wirbelstromscheibe I
zusammenarbeiten zu lassen. Eine Über-oder Untersetzung kann in diesem Falle dadurch
herbeigeführt
werden, daß die Magnete I7 mit einem anderen Radius als das Ferraris-System 5 bis
8 mit der Scheibe I zusammenarbeiten.