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Einrichtung zum Vergleich der Geschwindigkeiten zweier sich b ewegender
Systeme, insbesondere der Umdrehungsgeschwindigkeit eines zu prüfenden Elektrizitätszählers
mit der eines Eichzählers
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vergleich der
Geschwindigkeiten zweier sich bewegender Systeme, insbesondere der Umdrehungsgeschwindigkeit
eines zu prüfenden Elektrizitätszählers mit der eines Eichzählers. Es sind Verfahren
zur Prüfung von Elektrizitätszählern und Zählvorrichtungen bekanntgeworden, bei
denen man sich von subjektiven Meßfehlern freigemacht hat, indem man selbsttätige
Eichvorrichtungen geschaffen hat Diese Eichvorrichtungen haben den Nachteil, daß
zu ihrer Durchführung Eingriffe in dem zu prüfenden Zähler vorgenommen werden müssen,
die entweder darin bestehen, daß zur Übermittlung elektrischer Signale ein Kontaktgeber
oder zur tibermittlung optischer Signale ein Spiegel angebracht werden muß. Beide
Vorrichtungen sollen dazu dienen, die Umläufe der Achse des Prüflings auf eine Zählvorrichtung
zu übertragen. Es ist auch bereits eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der das
Anbringen eines
Kontaktgebers oder eines Spiegelchens am Prüfling
dadurch vermieden wird, daß die umlaufende Markierung der Zählerscheibe selbst die
Umdrehungszahl der Achse des Prüflings auf optischelektrischem Wege, und zwar über
eine Photozelle, auf eine selbsttätige Eichvorrichtung überträgt.
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Bei diesen bekannten Eichmethoden bedient man sich der optischelektrischen
Übertragung der Umdrehungszahl des Prüflings, um die Zeit, die für eine bestimmte
Anzahl von Umdrehungen erforderlich ist, zu messen. Wenn während dieser Zeit die
vom Prüfling festzustellende Größe auf einem bestimmten Wert gehalten wurde, so
läßt sich aus der Zeit und der tatsächlichen Umdrehungszahl des Prüflings der Fehler
des Prüflings errechnen. Meistens wird die Prüfung von Elektrizitätszählern nach
diesem Verfahren, d. h.
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Konstanthaltung der Leistung und Messung der Zeit und Umdrehungszahl,
vorgenommen. Es sind auch schon Einrichtungen bekanntgeworden, welche sich zum Prüfen
von Elektrizitätszählern sogenannter Eichzähler bedienen, die mit geringen Fehlern
arbeitende Elektrizitätszähler sind. Ihre Verwendung wird hauptsächlich dadurch
erleichtert, daß dem Eichzähler die elektrischen Werte über Meßwandler zugeführt
werden, so daß man die Möglichkeit hat, den Eichzähler dauernd mit Nennstrom und
Nennspannung zu betreiben, während der Prüfling bei Teilung des Nennstromes bzw.
der Nennspannung gespeist wird. Die Zählerprüfung mit Eichzählern, d. h. das sogenannte
Gleichlastverfahren, hat gegenüber der Zählerprüfung mit Wattmetern den Vorteil,
daß die messende Größe, im Fall der Elektrizitätszähler die elektrische Leistung,
nicht über diePrüfzeit genau konstant gehalten zu werden braucht, da Schwankungen
dieser zu messenden Größe sowohl vom Eichzähler wie vom Prüfling integriert werden.
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Man erspart also sowohl die Konstanthaltung der Leistung als auch
die Messung der Zeit, da ja der Eichzähler schon das Produkt aus Leistung und Zeit
anzeigt. Trotz dieser Vorteile hat sich das Gleichlasteichverfahren nicht richtig
in die Praxis eingeführt. Dies hat hauptsächlich seinen Grund darin, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Eichzählers meistens von der Sollumdrehungsgeschwindigkeit des Prüflings abweicht,
daß also ein unmittelbarer Vergleich der beiden Umdrehungszähler miteinander nicht
möglich ist. Es muß vielmehr die Umdrehungszahl jedes der beiden Zähler ausgezählt
und mittels Berechnung der Fehler des Prüflings festgestellt werden. Es sind auch
bereits Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine genau festgelegte Umdrehungszahl
des Prüflings auf photoelektrischem Wege festgestellt wird und die während des Ablaufes
dieser Umdrehungszahl zurückgelegte Umdrehungszahl des Eichzählers gemessen wird.
Auch diese Einrichtung hat den Nachteil, daß, abgesehen von den Fehlern, die durch
verschieden langen An- und Ablauf des Eichzählers auftreten, der Fehler des Prüflings
erst nach der Stellung des Eichzählers und den Konstanten des Prüflings errechnet
werden muß.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vergleich der Drehzahlen
zweier sich drehender Systeme, insbesondere der Drehzahl eines zu prüfenden Elektrizitätszählers
mit der eines Eichzählers, wobei auf optisch-elektrischem Wege mit Hilfe von Photozellen
den;D rehzahlen entsprechende elektrische Impulse erzeugt werden. Erfindungsgemäß
werden wenigstens durch die von dem einen System ausgehenden Impulse ein elektrischer
Widerstand selbsttätig und ein weiterer elektrischer Widerstand gegebenenfalls unter
Einstellung von Hand derart gesteuert, daß in den diese Widerstände enthaltenden
Stromkreisen den Drehzahlen der beiden Systeme proportionale bzw. umgekehrt proportionale
Ströme fließen, deren gegenseitiges Verhältnis elektrisch angezeigt wird. Auf diese
Weise werden sowohl Ablesungsfehler als auch durch An- und Auslaufen des Zählers
hervorgerufene Fehler vermieden, insbesondere auch die umständliche Errechnung des
zu ermitteln den Fehlers des Prüflings erspart. Die Anordnung kann beispielsweise
so getroffen werden, daß durch die Impulse Ohmsche Widerstände eingestellt werden
und daß das Verhältnis der Differenz der durch die Widerstände bestimmten Spannungsabfälle
zum Spannungsabfall des einen Widerstandes in einem Quotientenmeßgerät, z. B. einem
Kreuzspulinstrument, angezeigt wird. Die Angabe dieses Instrumentes entspricht dann
dem zu ermittelnden Fehler. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn
ein Widerstand mit mindestens zwei verstellbaren Abgriffen vorgesehen wird, von
denen der eine Abgriff der Umdrehungszahl des einen Systems, z. B. des Eichzählers,
in einer gewissen Zeiteinheit entspricht, während der andere Abgriff der Umdrehungszahl
des anderen Systems, z. B. des Prüflings, in derselben Zeiteinheit entspricht, so
daß die Differenz der dem Eichzähler und dem Prüfling entsprechenden Widerstandsgröße
direkt auf das Kreuzspulinstrument gegeben werden kann.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
dargestellt, und zwar zwei Schaltungsanordnungen für eine selbsttätige Zählereichvorrichtung.
Mit II ist die umlaufende Scheibe eines Eichzählers bezeichnet, die mit einer Anzahl
Löcher I2 versehen ist, über denen eine Lichtquelle 13 angeordnet ist, deren Lichtstrahl
durch die Löcher I2 auf die eine Photozelle 15 fallen kann. Die auf diese Weise
von der Photozelle 15 entsprechend der Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe II
erzeugten elektrischen Impuls werden in einer Verstärkereinrichtung I6 verstärkt
und der Spule I7 eines Schrittschaltwerkes zugeführt, das den Abgriff oder Schieber
I8 auf einen Widerstand 19 schrittweise von links nach rechts verstellt. Beispielsweise
kann man hierzu einen aus der automatischen Telephonie bekannten, schrittweise fortschaltenden
Wähler verwenden, an dessen Kontakte die Anzapfungen des Widerstandes 19 geführt
sind. Bei jedem Impuls macht dann das Schrittschaltwerk undxdamit der Wähler einen
Schritt und verstellt dadurch jedesmal um
eine Stufe den Schieber
18 des Widerstandes 19.
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Die Scheibe des zu prüfenden Wählers ist mit 20 bezeichnet. Sie trägt
auf ihrem Umfange die üblicherweise zur Kenntlichmachung einzelner Umdrehungen dienende
rote Marke 21. Auf die umlaufende Scheibe fällt von einer Lichtquelle 22 durch eineRingphotozelle23
ein Lichtstrahl, dessen unterschiedliche Reflexe, die durch Bestrahlung der Zählerscheibe
einerseits und der roten Marke auf der Zählerscheibe andererseits hervorgerufen
werden, auf die Photozelle 23 fallen. Die dadurch hervorgerufenen elektrischen Impulse
werden über einen Verstärker 24 und einen von Hand zu betätigenden Schalter 25 einem
Zählwerk 26 zugeführt, das während einer vorher bestimmten Anzahl von Impulsen den
Schalter 27 geschlossen hält.
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Die Enden des Widerstandes 19 liegen an einer Spannungsquelle 28.
Das Ende 29 des Widerstandes 19 und der Abgriff 18 sind mit den beiden Enden des
Widerstandes 30 verbunden, auf welchen der Abgriff 3I gleitet. An der Spannungsquelle
28 liegt ferner der aus den Widerständen 32 und 33 bestehende Spannungsteiler, dessen
Abgriff 34 über die eine Spule 35 eines Kreuzspulinstrumentes mit dem Abgriff 31
verbunden ist. Der Endpunkt 36 dieses Widerstandes 30 ist über die andere Spule
37 des Kreuzspulinstrumentes ebenfalls mit dem Abgriff 3I verbunden. Das Kreuzspulinstrument
mißt also das Verhältnis der in den Kreuzspulen hervorgerufenen Ströme, die ihre
Ursache in den Spannungen zwischen den Punkten 3I-34 und 3;I-36 haben, und, falls
der Widerstand der Kreuzspulen gegenüber den Widerständen 19 und 30 genügend groß
ist, das Verhältnisdieser Spannungsabgriffelgegeneinander.
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Der Abgriff 34 wird von Hand entsprechend der vorher bestimmten gewünschten
Umdrehungszahl des Zählers 20 eingestellt. Die Stellung des Abgriffes I8 entspricht
der in derselben Zeiteinheit zurückgelegten Umdrehungszahl des Eichzählers II. Die
Stellung des Abgriffs 3I entspricht einer Konstanten, die sich aus dem Verhältnis
der Sollumdrehungszahl des Prüflings zu der Sollumdrehungszahl des Eichzählers ergibt,
und wird von Hand zweckmäßig nach einer entsprechend aufgestellten Tabelle eingestellt.
Zwischen den Punkten 3I und 36 herrscht also, wenn der Widerstand 19 vernachlässigbar
klein gegenüber dem Widerstand 30 ist, eine Spannung, die dem Produkt aus zurückgelegter
Umdrehungszahl des Eichzählers und dieser Verhältniszahl entspricht.
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Das Kreuzspulinstrument mißt also das Verhältnis der Differenz aus
der Sollumdrehungszahl des Prüflings und verhältnisgleich umgerechneter Umdrehungszahl
des Eichzählers zu der umgerechneten Umdrehungszahl des Eichzählers. Das ist aber
eine Größe, die dem Fehler des Prüflings direkt proportional ist, so daß an dem
Kreuzspulinstrument der Fehler unmittelbar abgelesen werden kann.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung ist kurz folgende: Die Triebscheiben
IIs und 20 des Eichzählers und des zu prüfenden Zählers, deren Spannungsspulen parallel
und deren Stromspulen in Reihe liegen bzw. über Meßwandler gekuppelt sind, laufen.
ZWird der Schalter 25 geschlossen, so schließt das Zählwerk 26 beim nächsten Vorbeigang
der roten Marke 21 den Schalter 27, den er nach einer bestimmten vorher eingestellten
Anzahl von Umdrehungen bzw. Vorbeigängen der Marke 21 wieder öffnet. Beim Schließen
des Schalters 27 beginnt der Abgriff I8' von dem Ende 29 aus nach rechts zu wandern
und bleibt beim Offnen des Schalters 27 auf einem bestimmten Wert stehen.
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Die Abgriffe 3-1 und 34 sind vorher von Hand eingestellt worden.
Die Ablesung kann also nun erfolgen. Da das Kreuzspulinstrument keine festgelegte
Nullage und einen begrenzten Anzeigebereich hat, empfiehlt es sich, die Spannungsquelle
28 erst dann einzuschalten, wenn die Laufzeit abgeschlossen ist. Zweckmäßig geschieht
dies unter gleichzeitigem Einschalten einer das Kreuzspulinstrument beleuchtenden
Signallampe. Diese beiden Schaltvorgänge können durch einen weiteren Kontakt des
Zählwerkes 26 ausgelöst werden, und zwar gleichzeitig oder kurz nach Offnen des
Schalters 27. Nach Beendigung der Messung werden das Zählwerk 26 und das Schrittschraltwerk
I7 mit dem Abgriff I8 in die Anfangsstellung zurückgebracht, was auch selbsttätig
erfolgen kann.
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Die in der Abb. 2 dargestellte Schaltung hat gegenüber der in Abb.
I gezeichneten Widerstandsschaltung den Vorteil, daß nur ein einziger Widerstand
gebraucht wird, an dem die Differenz der Umdrehungszahlen eingestellt wird. Dies
ist insofern von besonderem Vorteil, weil dieser Widerstand nicht die hohe Präzision
der Widerstände 19 und 30 aus Abb. I aufzuweisen braucht. Der Anschluß der in Abb.
2 dargestellten Schaltung an das vom Eichzähler gesteuerte Schrittschaltwerk und
an das vom Prüfling gesteuerte Zählwerk erfolgt auf die gleiche Weise wie in Abb.
I. Aus diesem Grunde ist in der Abb. 2 lediglich die Spule I7 des Schrittschaltwerkes
von dem in der Abb. 2 fortgelassenen Teil der Anordnung dargestellt. Auf dem Widerstand
40 läuft wieder der Abgriff 18, der so wie bei Abb. I gesteuert wird. Außerdem gleitet
auf ihm noch ein von Hand einstellbarer Abgriff 4I, dessen Stellung dem Produkt
aus der vorherbestimmten Umdrehungszahl des Prüflings 20 und dem Verhältnis der
Sollumdrehungszahl des Prüflings und Eichzählers entspricht. Der Widerstandswert
zwischen 41 und I8 entspricht also der Differenz dieser beiden Größen. Das Verhältnis
des Widerstandes 4I bis I8 zum Widerstand I8 bis Endpunkt 42 entspricht dem zu ermittelnden
Fehler. Zur Verringerung der Meßfehler müssen hier die Spulen 43 und 44 des Kreuzspulinstrumentes
einen kleinen Widerstand gegenüber den zu messenden Widerständen aufweisen. Die
eine Spule 43. liegt zwischen dem Abgriff 4I und der Spannungsquelle, die andere
Spule 44 zwischen dem Endpunkt 42 und der Spannungsquelle. Der andere Pol der Spannungsquelle
ist mit dem Abgriff verbunden. Die Arbeitsweise dieser abgeänderten Eicheinrichtung
ist im übrigen die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
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In ähnlicher Weise lassen sich Schaltungen entwickeln, bei denen
das Kreuzspulinstrument im diagonalen Zweig einer Brücke liegt, oder bei denen statt
eines Kreuzspulinstrumentes ein Wattmeter benutzt wird. Hier muß das eine System
des Wattmeters einen Strom erhalten, der proportional einer der Widerstandsgrößen
ist, während das andere System des Wattmeters einen Strom erhält, der umgekehrt
proportional der anderen Widerstandsgröße ist, deren gegenseitiges Verhältnis bestimmt
werden soll.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen empfiehlt es sich, die Abgriffe
31 bzw. 41 so einzustellen, daß der die Spulen des Kreuzspulinstrumentes durchfließende
Strom selbst bei negativen Fehlern des Prüflings dieselbe Richtung beibehält, was
lediglich eine Verschiebung des Anzeigebereiches bedeutet. Bei Verwendung eines
Wattmeters ist dies nicht notwendig, wenn man ein Wattmeter mit beiderseitiger Anzeige
besitzt.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Elektrizitätszähler beschränkt, sondern
sinngemäß auch zur Prüfung oder Eichung von Uhren, Gas-, Wassermessern oder irgendwelchen
anderen pulsierenden oder umlaufenden Apparaten brauchbar.
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Will man nicht mit einer vorher festgesetzten Umdrehungszahl des
Prüflings arbeiten, sondern diese beliebig groß machen können, so muß der Abgriff
31 bzw. 41 ebenso wie der Abgriff in selbsttätig von der Photozelle 23 gesteuert
werden.
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Die Ablesung erfolgt nach Abschaltung nach Erreichen der jeweils gewünschten
Umdrehungszahl.
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Während der Eichung ist eine Ablesung unzweckmäßig, da infolge der
nicht gleichzeitig folgenden Schritte der Abgriffe i8 und 34 bzw. 4I eine schwankende
Angabe erhalten werden würde. Es ist aber ohne selbsttätige Verstellung des Abgriffes
34 bzw. 41 mit den in beiden Abbildungen dargestellten Einrichtungen möglich, mit
zwar vorher bestimmten, jedoch voneinander abweichenden Umdrehungszahlen des Prüflings
zu arbeiten, z. B. statt mit 100 Umdrehungen mit 50, 25, 20, 10 oder 5 Umdrehungen,
so daß man auf diese Weise den Prüfling mit Nennlast, halber, viertel, fünftel,
zehntel oder zwanzigstel Last eichen kann, indem lediglich bei Einstellung dieser
Lastpunkte das Zählwerk 26 bereits nach der gewünschten entsprechenden iZahl von
Umdrehungen den Schalter 27 öffnet.
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Man kann mit der in Abb. 2 dargestellten Einrichtung auch mehr als
zwei Systeme miteinander vergleichen, indem auf dem Widerstand 40 eine entsprechende
Anzahl von weiteren Abgriffen 41 mit Kreuzspulinstrumenten angeordnet wird.