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Stufenkompensator zur Eichung von Strom-, Spannungs- und Leistungsmessern
Stufenkompensatoren
dienen in Verbindung mit verschiedenen Zusatzgeräten zur Eichung und Prüfung der
Skalen von Strom-, Spannungs- und Leistungsmessern mit Gleichstrom. Sie gestatten
bei leichter Bedienbarkeit die schnelle Feststellung der Skalenfehler an einer Anzahl
von Skalenpunkten. Der Skalenfehler wird im allgemeinen in etwa 3ofacher Vergrößerung
an einem Lichtmarkeninstrument abgelesen.
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Kompensationsmessungen beruhen auf dem Vergleich zweier Spannungen.
Um die den Zeigerausschlag eines Prüflings bewirkenden Meßgrößen (Strom oder Spannung
oder beides) mit bekannten Eichspannungen in Beziehung zu bringen, werden deshalb
die Meßgrößen auf Spannungen entsprechender Größe zurückgeführt. Dies geschieht
bei Strömen unter Verwendung eines Stufennormalwiderstandes bei Spannungen mit Hilfe
des üblichen Kurbelspannungsteilers.
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Der Stufennormalwiderstand enthält eine Kette von Präzisionswiderständen
für die gebräuchlichsten Strombereiche derPrüflinge. Der Kurbelspannungsteiler enthält
im allgemeinen drei Dekaden von Präzisionswiderständen, mit welchen alle praktisch
vorkommenden Prüflingsspannungsbereiche erfaßbar sind. Die Widerstände des Stufennormalwiderstandes
und des Kurbelspannungsteilers sind so ausgelegt, daß an ihren Meßabgriffen immer
der gleiche Spannungsabfall entsteht, wenn die angeschlossenen Meßgrößen genau dem
Nennwert des gewählten Bereiches entsprechen. Im Stufenkompensator wird ein Spannungsabfall
gleicher Größe hergestellt, indem ein Hilfsstrom durch Kompensation eines Spannungsabfalles
gegen die EMK eines
Normalelements genau eingestellt und durch einen
Widerstand bekannter Größe geschickt wird. DIeser Widerstand (Teilstrichwähler)
ist bei den bisherigen Ausführungen durch Anzapfungen in zehn gleich große Stufen
unterteilt, so daß im ganzen zehn verschiedene Eichspannungen abgegriffen werden
können. Mit diesen Eichspannungen werden idie am Stufennormalwiderstand bzw. am
Kurbelspannungsteilers bei ideen entsprechenden Zeigerstellungen des Prüflings abgegriffenen
Spannungen verglichen.
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Bei Spannungsgleichheit zeigt das in Reihe mit den gegeneinandergeschalteten
Spannungen liegende Galvanometer auf Null. Besteht eine Spannungsdifferenz, so entsteht
ein Ausschlag, welcher proportional der Spannungsdifferenz, mithin auch der Abweichung
der Meßgröße vom Sollwert ist. Die Galvanometerskala kann also direkt in Skalenteile-Fehler
geeicht werden.
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Die Anpassung der Galvanometeranzeige an die verschiedenen Prüflingsskalen,
die z. B. 100- oder Isoteilig sein können, geschieht durch umschaltbar Vor- und
Nebenwiderstände, mit welchen die Empfindlichkeit der Schaltung beeinflußt wird.
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Mit Hilfe der Meßtasten für Strom-, Spannungs-und Normalelement kann
das Galvanometer wahlweise zur Anzeige der Kompensation am Normalwiderstand, am
Kurbelspannungsteiler und am Normalefement verwendet werden. Zwischen der Meßtaste
für die Spannung und dem Teilstrichwähler liegt ein Umschalter, durch den die Art
des Prüflings berücksichtigt wird. Während nämlich bei der Prüfung von Strom- und
Spannnngsmessern die Meßgröße entsprechend den Teilstrichwählerabgriffen schrittweise
geändert wird, erfolgt die Prüfung von Leistungsmessern bei schrittweiser Änderung
des Hauptstroms, jedoch bei konstanter Nennspannung am Spannungspfad. Die Spannung
muß aber bei jedem Meßpunkt kontrolliert werden.
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Um nun zu vermeiden, daß dabei die Kurbel des Teilstrchwählers jedesmal
auf den Endabgriff gedreht werden muß, ist dieser zusätzlich mit einem festen Spannungsabgriff
versehen, welcher in der Schalterstellung Leistungsmesserprüfung mit der Meßtaste
verbunden ist. Die Meßtaste kann also unabhängig von der Kurbelstellung des Teilstrichwählers
für die Spanuungskontrolle benutzt werden.
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Die Prüfung eines Teilstriches einer Wattmeterskala geschieht dann
z. B. ill folgender Weise: a) Einstellung der Teilstrichwählerkurbel entsprechend
dem zu kontrollierenden Skalenstrich, b) Hilfsstromkontrolle mit der Meßtaste für
das Normalelement, c) Spannungskontrolle mit der Meßtaste für die Spannung, d) Einstellung
des Wattmeterzeigers auf den zu prüfenden Skalen strich, was mittels eines Stromreglers
geschieht, e) Fehlermessung durch Ablesung am Galvanometer heim Drücken der Taste
für den Strom.
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Die vorstehend kurz beschriebenen, bisher gebräuchlichen Stufenkompensatoren
weisen den Nachteil auf, daß die häufig vorkommenden Skalen mit 120, I30 und I50
Teilstrichen nicht bei ihren Hauptstrichen geprüft werden können, weil nur zehn
Prüfpunkte vorgesehen sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Instrumente,
deren Nennströme am Stufennormalwiderstand nicht vorgesehen sind, dieser Widerstand
ist in bestimmten festen Werten abgestuft, nur mit Umrechnung der Galvanometeranzeige
und nur bei einer beschränkten Anzahl von Eichpunkten kontrolliert werden können.
Mit Rücksicht auf die Belastbarkeit muß nämlich ein höherer Bereich des Stufennormalwiderstandes
benutzt werden.
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Der Nachteil, daß nur zehn Skalenpunkte geprüft werden können, wird
gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Teilstrichwähler des Stufenkompensators
mit mehr als zehn Abgriffen, vorzugsweise 15 Abgriffen, versehen wird und daß der
Hilfsstrom je nach der zu prüfenden Skala durch entsprechend eingeschaltete Verzweigungswi
derstände so geteilt wird, daß die zum Skalenendwert gehörende Kompensationsspannung
je nach Art der zu prüfenden Skala beim Endwert des Teilstrichwählers oder bei einer
Anzapfung dieses Wählers auftritt. Wenn beispielsweise der Stufenkompensator 15
Abgriffe hat, wird je nachdem, ob eine Skala mit 100, 120, 130 oder 150 Skalenteilen
zu prüfen ist, durch einen zusätzlichen Schalter mit diesem zugeordneten Verzweigungswiderständen
der Hilfsstrom so geteilt, daß die zum Skalenendwert gehörende Kompensationsspannung
bei der Anzapfung 100, 120, 130 oder 150 des Teilstrichwählers vorhanden ist. Dadurch
ist bei allen angeführten Skalenarten die Prüfung der Hauptstriche möglich, soweit
die Nennwerte der Prüflinge am Stufennormalwiderstand und am Kurbelspannungsteiler
einstellbar sind.
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Die neue Anordnung ermöglicht fernerhin, mit höheren Kompensationsspannungen
zu messen, wenn man dafür sorgt, daß die Belastbarkeit der Normalwiderstandsstufen
auf das 1,5fache ihrer Nennströme erhöht wird. In diesem Fall sind z. B. bei der
Einstellung für rooteilige Skalen an den Teilstrichwählerabgriffen 110 bis I50 die
I,I- bis I, 5fachen Beträge der zum Skalenendwert gehörenden Kompensationsspannung
vorhanden. Dadurch können alle Strommesser, deren Meßbereich das I,I-.
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1,2-, I,3-, I,4- und I, sfache der Nennströme des Stufennormalwiderstandes
betragen, ebenfalls bei ihren Hauptstrichen und ohne Umrechnung der Galvanometeranzeige
geprüft werden.
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Bei dem nachstehend angeführten Ausführungsbeispiel wird dies noch
näher erläutert. Die Figur veranschaulicht die Schaltung des neuen Kompensators.
Der als Kurbelspannungsteiler ausgebildete Teilstrichwähler I ist mit I5 Abgriffen
ausgebildet, deren wichtigste mit 10, 100, 120, I30 und I50 bezeichnet sind. Zur
Einstellung wird die Spannung des Normalelements 2 mittels des Schalters 2, an den
Widerstand 3 gelegt, der vom Hilfsstrom Ili durchflossen wird. Dieser Hilfsstrom
wird von der Hilfsbatterie 4 geliefert; sein Wert wird mittels des Reglers 5 so
eingestellt, daß die am Widerstand 3 entstehende Spannung gleich der Kompensationsspannung
des Normalelements ist. Der
Hilfsstrom fließt noch über den Schalter
6 und die wahlweise einschaltbaren Widerstände 7, die bewirken, daß die zum Endwert-gehörende
Kompensationsspannung an verschiedenen Anzapfungen des Teilstrichwählers auftritt.
Es tritt also eine Stromverzweigung über die Leitungen 8 und 8a ein, wobei die Widerstände
aber so bemessen sein müssen. daß der durch den Widerstand 3 fließende Hilfsstrom
insgesamt seinen Wert nicht ändert. Mit dem Schalters, der im Stromkreis des Galvanometers
10 liegt und der Skala des Prüflings entsprechende Vorwiderstände schaltet, wird
eine Anpassung der Galvanometeranzeige an die verschiedenen Prüflingsskalen, z.
B. 100- oder i5oteilig, in bekannter Weise erzielt.
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Da je nach der Stellung des Schalters 6 die zum Endwert gehörende
Kompensationsspannung an verschiedenen Anzapfungen des Teilstrichwählers auftritt,
wäre eine feste Anzapfung am Endkontakt 150, wie sie bei der Prüfung von Leistungsmessern
üblich ist, nur bei der Prüfung solcher Leistungsmesser mit Isoteiligen Skalen für
die Spannungskontrolle verwendbar. Aus diesem Grund ist gemäß weiterer Ausbildung
der Erfindung ein~SchaFter 11 vorgesehen, der die Kompensationsleitung für die Spannungskontrolle
immer an die Teilstrichwähleranzapfung schaltet, an welcher gerade die Kompensationsspannung
auftritt, die der Nennspannung entspricht. Der Umschalter 13 wird betätigt, je nachdem
ob Leistungsmesser, Strommesser oder Spannungsmesser geprüft werden sollen. Die
dargestellte Schalterstellung entspricht der Prüfung von Leistungsmessern. Für die
Prüfung von Strommessern kommt die mittlere Stellung in Betracht.
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Bei der Prüfung von Spannungsmessern ist dieser Schalter nach rechts
zu legen. Die Meßtaste für den Strom ist mit 14 und die für die Spannung mit 15
bezeichnet. I6 ist der Prüfling im Fall der Strommessung, I7 der im Fall der Spannungsmessung.
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Zur Grobeinstellung des Stroms im Strompfad ist noch ein Kontrollinstrument
IS vorgesehen, dessen Strom mittels des Umschalters 19 über die Vorwiderstandskombination
20 der Skala des Prüfling entsprechend eingestellt wird.
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Die Vorteile des neuen Kompensators sollen durch ein Anwendungsbeispiel
näher veranschaulicht werden. Beispielsweise sei ein Strommesser zu prüfen mit I,5
Amp. Meßbereich und I soteiliger Skala: I. Bisherige Ausführung des Stufenkompensators
und des Stufennormalwiderstandes Der Stufennormalwiderstand hat üblicherweise die
dem Wert 1,5 A benachbarten Bereiche 1, 1.25. 2, 2,5. Da bei -den üblichen Widerständen
eine Überlastung nicht zulässig ist, muß der Bereich 2 verwendet werden. Man denkt
sich daher den Meßbereich des Prüflings auf 2 A und die Skalenteilung auf 200 Teilstriche
erweitert, wie dies die Fig. 2 veranschaulicht. Mit a ist die Prüflingsskala, mit
b ist der Teilstrichwähler mit den Anzapfungen I0, 20... 100 bezeichnet. Es ist
deutlich ersichtlich, daß mit dem Teilstrichwähler nur sieben Prüfpunkte ein, gestellt
werden können. Die Galvanometerausschläge sind in diesem Fall mit dem Faktor 2 zu
multiplizieren, wenn die Empfindlichkeit für die Iooteilige Skala eingestellt ist
2. Stufenkompensator gemäß der Erfindung mit überlastbarem Stufennormalwiderstand
Der Stufennormalwiderstand hat die gleichen Bereiche wie oben, ist aber mit 500/0
überlastbar. Es kann also der Bereich 1 A verwendet und die Empfindlichkeit für
die Iooteiligen Skalen eingestellt werden. Dann entsteht am Teilstrichwählerabgriff
I50 die Kompensationsspannung, welche I,5 A am Prüfling entspricht, wie dies die
Fig. 3 deutlich veranschaulicht. Mit a ist wieder die Prüfskala, mit b der Teilstrichwähler
mit seinen Anzapfungen, von denen nur die für 50, 100 und 150 beziffert sind, bezeichnet.
Es ist deutlich zu erkennen, daß mit dem Teilstrichwähler 15 Prüfpunkte eingestellt
werden können, welche sich mit den Hauptstrichen der Prüflingsskala decken. Die
Fehler können ohne Umrechnung abgelesen werden. Für die praktisch vorkommenden Strommeßbereiche,
die sich bei dem vorerwähnten Beispiel nicht mit den am Stufennormalwiderstand angegebenen
Nennströmen decken, können die erforderlichen Einstellungen am Kompensator in einem
Bedienungsblatt angegeben werden, so daß für die Bedienung des Kompensators kein
besonders geschultes Personal erforderlich ist.
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Die wesentlichen Merkmale des neuen Kompensators sind dementsprechend
folgende: a) Im Hilfsstromkreis ist eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, mit welcher
der gleichbleibende Gesamthilfsstrom so verzweigt werden kann, daß die zum Endwert
des Prüflings gehörende Kompensationsspannung wahlweise an verschiedenen Anzapfungen
des Teilstrichwählers entsteht. b) Weiter ist eine Umschaltvorrichtung vorhanden,
mit welcher die für die Nennspannungskontrolle bei der Leistungsmesserprüfung erforderliche
Kompensationsspannung unabhängig von der Kurbelstellung des Teilstrichwählers wahlweise
an verschiedenen Anzapfungen des Teilstrichwählers abgegriffen werden kann. c) Die
Umschaltvorrichtungen nach a) und b) werden zwangsläufig gleichzeitig mit einer
Umschaltvorrichtung für die zugehörigen Galvanometerempfindlichkeiten betätigt.
d) Die Widerstandsstufen im Stufennormalwiderstand sind so bemessen, daß sie ohne
Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit mit höheren. z. B. I. sfachen Strömen als den
angegebenen Nennströmen belastbar sind.