DE910189C - Wechselstrommessbruecke mit mindestens einem eine Feld- und eine Drehspule aufweisenden eisengeschlossenen elektrodynamometrischen Nullindikator - Google Patents

Description

• Wechselstrommeßbrücke mit mindestens einem eine Feld- und eine Drehspule aufweisenden eisengeschlossenen elektrodynamometrischen Nullindikator Die Verwendung von eine Feld- und eine Drehspule aufweisenden eisengeschlossenen elektrodynamometrischen Instrumenten als Nullindikatoren in Wechselstrommeßbrücken ist an sich bekannt. Bei solchen Instrumenten ist die Grundform der Gleichstrom-Drehspulinstrumente beibehalten, der Permanentmagnet jedoch durch einen Elektromagneten ersetzt worden. Sie ermöglichen die hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit der Gleichstrom-Drehspulinstrumente zu erreichen. Der Zeigerausschlag erfolgt gemäß der Beziehung a = U - u cos 99, wobei U und u Effektivwerte der Spannung der Brückenspannungsquelle und der zu messenden Brückendiagonalspannung und g: der zwischen ihnen liegende Phasenwinkel bedeuten. Daraus ist ersichtlich, daß ein solches Instrument für ip = go° den Wert Null anzeigen kann, trotz endlicher Werte von u, so daß eine einwandfreie Abstimmung der Wechselstrommeßbrücke nicht immer möglich ist.
• Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil bei einer Wechselstrommeßbrücke mit mindestens einem eine Feld- und eine Drehspule aufweisenden eisengeschlossenen elektrodynamometrischen Nullindikator dadurch umgangen, daß die Feldspule des Nullindikators im Nebenschluß zu einem der Elemente einer aus einem Ohmschen Widerstand und einer Kapazität aufgebauten Reihenschaltung liegt, so, daß der Nullindikator nur eine der Vektorkomponenten der anzuzeigenden Größe angibt.
• . In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt Fig. i eine Wechselstrommeßbrücke mit zwei-Nullindikatoren, Fig. 2 ein Vektordiagramm und Fig. 3 eine Meßbrücke mit einem Nullindikator. In der Fig. i bedeuten X ein zu messender Wechselstromwiderstand, X ein Normal-Wechselstromwiderstand und R, R, zwei Ohmsche Widerstände, die zusammen eine durch eine Wechselspannung U gespeiste Meßbrücke bilden. Die Abgleichbedingung lautet X =- #V ' R,lR, Der Quotient R3!R4 ist ein skalarer Wert und dient zur Festlegung des Meßbereiches,während X und i'V im allgemeinen komplexe Werte sind. Zur Erfüllung der Abgleichbedingung müssen dann sowohl die Realteile als auch die Imaginärteile der Wechselstromwiderstände X, 1V proportional sein. In der Fig. i ist daher noch ein Widerstand r eingezeichnet, der zur Abgleichung des Realteiles des Wechselstromwiderstandes N dient. So lange die dargestellte Wechselstrommeßbrücke nicht vnllig abgeglichen ist, herrscht zwischen den Klemmen i, 2 eine Wechselspannung tt. Letztere wird nun durch zwei eisengeschlossene elektrodynamometrische Nullindikatoren gemessen, die je eine Drehspule Dl bzw. I>2 und eine Feldspule F1 bzw. I#'., aufweisen. Erfindungsgemäß liegen nun die beiden Feldspulen nicht direkt an der Spannung U, sondern im Nebenschluß zu zwei direkt an der Spannung U liegenden Reihenschaltungen eines Ohmschen Widerstandes R und einer Kapazität C, und zwar derart, daß die Feldspule F, im Nebenschluß zum Ohmschen Widerstand der ersten Reihenschaltung und .die Feldspule F2 im Nebenschluß zur Kapazität C der zweiten Reihenschaltung liegt. Stellt man die Wechselspannungen U und -u als Vektoren dar (s. Fig. 2), so ist erkenntlich, daß die Spannung-zt immer kleiner als die Spannung U -sein wird und auch Null werden kann. Der Phasenverschiebungsw-inkel g: kann seinerseits, je nach dem Abgleichzustand der Meßbrücke Werte zwischen o und 36o' einnehmen. Nach bekannten Regeln kann der Vektor tt in einen Realteil RT und einen Imaginärteil 1T zerlegt werden. Dieser zerlegte Vektor wird nun durch die beiden Nullindikatoren Dl, F1 und D,;, F, komponentenweise zur Anzeige gebracht. Die Daten für die Reihenschaltungen R, C werden nämlich so gewählt, daß der Phasenwinkel T zwischen dem Magnetisierungsstrom iv der Feldspulen F1, F2 und der Wechselspannung U im einen Falle o' und im anderen Falle go° wird. Die gleiche Phasenverschiebung herrscht dann auch zwischen den Magnetfeldern der Feldspulen und der Spannung U. Ist das Magnetfeld, in dem sich die Drehspule bewegen kann, in Phase mit der Spannung U, so zeigt das betreffende Meßinstrument lediglich den Betrag des Realteiles RT des Vektors u an. In ähnlicher Weise kann das Magnetfeld in seiner Phase um go' gegen die Spannung U gedreht werden und das betreffende Meßinstrument zeigt dann lediglich den Betrag des Imaginärteiles IT des Vektors u an. Die Bedingungen, die dabei einzuhalten sind, ergeben sich aus den folgenden Überlegungen Für die- Feldspule F1, die im Nebenschluß zum Widerstand R liegt, gilt die folgende Gleichung in

  symbolischer Schreibweise (i)

  7 /

  F -- yF -@- f,L R -I- j [ (co LF - --#;-C --R ( , C) .

  wo iF der Magnetisierungsstrom, rF der Ohmsche Widerstand und LF die Induktivität der Feldspule F1 bedeuten. Daraus ergibt sich Soll p = o sein, so muß tgT=o oder CRw'LF-R-rF=o werden. Damit (T - o wird, muß also die Bedingung erfüllt werden.
• Für die Feldspule F2, die im Nebenschluß zur Kapazität C liegt, gilt analog Soll jetzt 99 = go' sein, so muß tg ([ =_ oc. werden. Dies ist dann der Fall, wenn rF - R - co 2 LF C R =_ ist. Es ist leicht ersichtlich, daß sich daraus die gleiche Bedingung wie unter (2) angegeben ergibt. Es ist zu beachten, daß im ersten. Fall jedoch der Ohmsche Widerstand R parallel zur Feldspule F1 liegt, während im zweiten Fall die Kapazität C parallel zur Feldspule F. liegt. Werden die oben ermittelten Bedingungen erfüllt, so läßt die Stellung des Zeigers des Meßinstrumentes F., D2 sofort erkennen, ob der Imaginärteil IT klein oder groß, negativ oder positiv ist. Dementsprechend kann er durch alleinige Änderung von R3 oder R,, auf Null gebracht werden. Die gleiche Überlegung gilt für die Stellung des Zeigers des Meßinstrumentes F1 Dl, der durch Regulierung des Widerstandes r auf Null gebracht wird. In beiden Fällen ist eindeutig zu erkennen, ob der entsprechende Widerstand vergrößert oder verkleinert werden muß, so daß die Abgleichung der Meßbrücke erheblich erleichtert wird.
• Eine bedeutende Vereinfachung der beschriebenen Einrichtung ergibt sich dann, wenn dafür gesorgt wird, daß in den Feldspulen beider Meßinstrumente der gleiche Magnetisierungsstrom iF fließt. Statt zweier Meßinstrumente genügt dann ein einziges, dessen Feldspule einmal im N ebenschluß zum Ohmschen Widerstand und dann im Nebenschluß zur Kapazität ein und derselben Reihenschaltung R, C geschaltet wird. Die Messung des Real- und des Imaginärteiles werden dann am gleichen Meßinstrument nacheinander vorgenommen. In diesem Falle sind die folgenden Bedingungen zu erfüllen: In beiden Fällen wird dann iF = Ul(yF + o)LF). Zu diesem Resultat gelangt man leicht, wenn man den reellen Teil der Gleichung (i) gleich dem imaginären Teil der Gleichung (3) setzt und die oben gefundene Bedingung (2) mitberücksichtigt. In der Fig. 3 ist eine derart vereinfachte Schaltung mit nur einem Meßinstrument dargestellt. Eine Drehspule D eines eisengeschlossenen elektrodynamometrischen Nullindikators liegt an den Klemmen i, 2 einer Wechselstrommeßbrücke der gleichen Art, wie in der Fig, i bereits besprochen. Direkt an der Spannung U liegt wiederum eine Reihenschaltung einer Kapazität C und eines Ohmschen Widerstandes R. Der Mittelabgriff 31 derselben ist mit dem einen Ende der Feldspule F des Meßinstrumentes verbunden, deren anderes Ende an den Drehkontakt eines Umschalters S geführt ist. Die beiden Außenkontakte des Umschalters S sind mit den beiden Enden der Reihenschaltung R, C verbunden. Aus der Fig. 3 ist leicht ersichtlich, daß bei der dargestellten Lage des Drehkontaktes des Umschalters S die Kapazität C und in der anderen Lage der Widerstand R der Feldspule F parallel geschaltet ist. Sind die Werte für R, C nach der Bedingung (q) gewählt worden, so zeigt das Meßinstrument bei der dargestellten Stellung des Umschalters S nur den Imaginärteil und in der anderen Umschalterstellung nur den Realteil der anzuzeigenden Größe an.
• Die beschriebene Einrichtung weist eine verhältnismäßig große Meßgenauigkeit auf. Die Abgleichung der Wechselstrommeßbrücke erfolgt nicht durch das unsichere Aufsuchen der Mitte eines Minimums, sondern durch eine klare Nullpunktablesung, wobei auch in der engsten Umgebung des Nullpunktes etwaige Einstellfehler linear angezeigt werden. Oberwellen haben keinen- Einfluß auf die Anzeige, so daß keine genaue sinusförmige Spannungsquelle benötigt wird.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wechselstrommeßbrücke mit mindestens einem eine Feld- und eine Drehspule aufweisenden eisengeschlossenen elektrodynamometrischen Nullindikator, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldspule des Nullindikators im Nebenschluß zu einem der Elemente einer aus einem Ohmschen Widerstand und einer Kapazität aufgebauten Reihenschaltung liegt, so, daß der Nullindikator nur eine der Vektorkomponenten der anzuzeigenden Größe angibt.
2. 2. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullindikatorfeldspule im Nebenschluß zum Ohmschen Widerstand der Reihenschaltung liegt und die Elemente der letzteren derart dimensioniert sind, daß mir der Realteil der Meßgröße angezeigt wird.
3. 3. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullindikatorfeldspule im Nebenschluß zur Kapazität der Reihenschaltung liegt , und die Elemente der letzteren derart dimensioniert sind, daß nur der Imaginärteil der Meßgröße angezeigt wird.
4. 4. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Feldspule eines einzigen Nullindikators zwischen dem Ohmschen Widerstand und der Kapazität der Reihenschaltung angeschlossen ist, während ihr anderes Ende über einen Umschalter abwechselnd mit je einem Ende der Reihenschaltung verbindbar ist und die Elemente der letzteren derart dimensioniert sind, daß der Nullindikator je nach der Umschalterstellung nur den Real- bzw. nur den Imaginärteil der TVIeßgröße anzeigt.