-
Anordnung zum Verringern der Einstelldauer des elektrischen Meßwerks
bei sich selbsttätig abgleidienden Kompensationseinrichtungen
Um bei elektrischen,
sich selbsttätig abgleichenden Kompensationsmeß einrichtungen eine schwingungsfreie
Einstellung des Meßwerks zu erreichen, ist im allgemeinen eine verhältnismäßig starke
Dämpfung des Meßwerks erforderlich. Dadurch wird aber die Einstellzeit des Anzeigemittels
in unerwünschtem Maße verlängert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun eine
Verringerung der Einstelldauer des elektrischen Meßwerks von sich selbsttätig abgleichenden
Kompensationsmeßeinrichtungen bei verhältnismäßig schnellen Änderungen der Meßgröße.
Die Lösung besteht gemäß der Erfindung darin, daß mit zunehmendem Kompensationsstrom
durch zusätzliche, nicht lineare elektrische Glieder im Kompensationskreis die Einstellkraft
des Meßwerks vergrößert oder daß die Dämpfung des Meßwerks durch den zunehmenden
Kompensationsstrom verringert ist.
-
Es sind verschiedene Mittel bekannt, um die von dem einem elektrischen
Meßwerk zugeführten Strom herrührende Einstellkraft zu erhöhen. So ist z. B. die
Einstellkraft bei einem elektrodynamischen Meßlwerk von der Stärke des Feldstromes
abhängig, und man könnte für den vorliegenden Zweck z. B. in dem Stromkreis der
Feldwicklung einen druckempfindlichen Kohlewiderstand anordnen, der
elektromagnetisch
durch den Kompensationsstrom beeinflußt wird. Wenn der Kompensationsstrom ansteigt,
so sinkt der Widerstandsbetrag. Damit steigt die Feldstromstärke und somit auch
die Stärke des Magnetfeldes, so daß das Drehmoment des Meßwerks zunimmt. Einfacher
ist es aber, wenn in dem Kompensationsstromkreis ein stromabhängiger Widerstand
angeordnet wird, z. B. ein Heißleiter, der unmittelbar von dem Kompensationsstrom
durchflossen und somit von diesem geheizt wird.
-
In allen diesen Fällen wirkt der Kompensationsstrom entsprechend
seiner Stromstärke auf das Meßwerk ein. Wenn nun die Meßgröße plötzlich geändert
wird, so steigt auch der Kompensationsstrom plötzlich an und nimmt dann in dem Maße
wieder ab, wie das Meßwerk nachfolgt und sich dem Abgleichzustand nähert. Nach erfolgter
Einstellung ist der- Kompensationsstrom gleich Null.
-
Die die Einstellung beschleunigende Wirkung ist somit zunächst sehr
groß und nimmt um so mehr ab, je mehr sich das Meßwerk dem Abgleichzustand nähert.
Dadurch wird eine erhebliche Verkürzung der Einstellzeit erreicht, ohne daß ein
tSbersohwingen stattfindet.
-
Da der Kompensationsstrom bei plötzlichen Anderungen der Meßgröße
zunächst schnell ansteigt, so ist eine wesentliche Beschleunigung der Einstellung
gemäß der Erfindung auch durch einen im Kompensationsstromkreis angeordneten kapazitiven
oder induktiven Widerstand möglich. Man kann einen solchen Widerstand dann stets
so schalten, daß dadurch die das Meßwerk durchfließende Stromstärke in erheblichem
Maße gesteigert wird. Insbesondere kann zu diesem Zweck einem von dem Kompensationsstrom
durchflossenen Vorwiderstand ein Kondensator parallel geschaltet werden. Statt dessen
kann man aber der Meßwerkwicklung auch eine Drosselspule parallel schalten.
-
Wenn, wie es meistens erforderlich ist, das Meßwerk über einen Verstärker
gespeist wird, so besteht eine weitere Möglichkeit in der Benutzung eines Transformators,
dessen Primärwicklung von dem Kompensationsstrom durchflossen wird und dessen Sekundärwicklung
dem Eingang des - Verstärkers zugeführt wird.
-
In diesem Falle können aber gemäß- der Erfindung auch Mittel benutzt
werden, um den Verstärkungsgrad des Verstärkers mit zunehmender Stärke des Kompensationsstromes
zu erhöhen.
-
Solche Mittel sind an sich bekannt. Wenn man dabei wie üblich einen
mit Rückkopplung arbei- -tenden Verstärker benutzt, so kann die Tatsache ausgenutzt
werden, daß auch der Strom im Rückkopplungskreis ansteigt, wenn der Kompensationsstrom
ansteigt. Man erhält deshalb eine wesentliche Beschleunigung der Einstellung auch
durch einen im Rückkopplungskreis angeordneten stromabhängigen Widerstand. Ebenso
ist es möglich, mit Hilfe eines kapazitiven oder induktiven Widerstands zum Ziele
zu kommen, der in dem Rückkopplungskreis derart angeordnet ist, daß der Rückkopplungsstrom
mit zunehmendem Kompensationsstrom in erhöhtem Maße ansteigt. Zu diesem Zweck kann
ein Kondensator einem von dem Rückkopplungsstrom durchflossenen Vorwiderstand parallel
geschaltet werden.
-
Um zum Zwecke der Beschleunigung der Einstellung die Dämpfung des
Meßwerks mit zunehmender Kompensationsstromstärke zu verringern, sind ebenfalls
verschied,ene Mittel anwendbar.
-
Wenn man wie üblich eine Wirbelstromdämpfung benutzt, so wird man
Mittel anwenden, um die Stärke des Magnetfeldes, in dem sich der mit dem beweglichen
Teil des Meßwerks gekuppelte leitende Körper bewegt, durch den Kompensationsstrom
zu verringern. Zu diesem Zweck könnte man z. B. einen Elektromagneten benutzen,
dessen Wicklung unter ;Vorschaltung eines Widerstandes an eine konstante Gleichstromquelle
angeschlossen ist, und zu der Elektromagnetwicklung einen druckempfindlichen Kohlewiderstand
parallel schalten, dessen Widerstand unter dem Einfluß des Kompensationsstromes
auf elektromagnetischem Wege verringert wird. Dann wird die Erregerstromstärke und
somit die Stärke des die Bremsung bewirkenden Magnetfeldes mit zunehmender Kompensationsstromstärke
verringert.
-
Eine besonders zweckmäßige Anordnung besteht darin, daß die Wicklung
des Elektromagneten in einer Stromüberlagerungsschaltung von der Differenz eines
konstanten Hilfsstromes und des Kompensationsstromes durchflossen wird.
-
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
in Schaltbildern dargestellt. Dabei zeigen die Fig. I und 2 als Brückenschaltungen
aufgebaute Einrichtungen zum Fernübertragen von Zeigerstellungen; Fig. 3 betrifft
eine Anordnung zum Messen eines schwachen Gleichstromes mittels einer Stromkompensationsschaltung
und eines Verstärkers beliebiger Bauart; Fig. 4 stellt eine Anordnung zum Messen
einer Thermospannung mittels einer Spannungskompensationsschaltung dar, wobei ein
magnetischer Verstärke benutzt wird; Fig. 5 zeigt eine Einrichtung zur Temperaturmessung
mittels eines Widerstandsthermometers in einer über einen Gleichrichter aus einer
Wechselstromquelle gespeisten Brückenschaltung, wobei ebenfalls ein magnetischer
Verstärker benutzt wird.
-
Dabei dient ein nach Art eines Zählertriebwerks gebautes Meßwerk
als »Nullmotor« zum Abgleichen der Schaltung, während bei den übrigen Beispielen
zu diesem Zweck Drehspulenmeßwerke benutzt werden.
-
In Fig. 1 ist an eine Gleichstromquelle 1 ein Schleifdraht 2 angeschlossen,
dessen Abgriffkontakt 3 von der Drehspule 4 eines Drehspul.meßwerks gesteuert wird,
dessen Magnetsystem nicht besonders dargestellt ist. Durch drei Leitungen 5, 6,
7 ist der durch den mit dem Abgriffkontakt 3 versehene Schleifdraht 2 gegebene Empfänger
in an sich bekannter Weise an den aus einem SchleifdrahtS und dem zugehörigen verschiebbaren
Ab-
griffkontakt 9 bestehenden Geber angeschlossen.
-
Gemäß der Erfindung ist nun in der von dem Kompensationsstrom durchflossenen
Leitung 6 in Reihe mit der Drehspule 4 ein Heißleiter 10 angeordnet.
-
Wenn nun nach dem Abgleich der so gebildeten Brückenschaltung durch
Verschieben des Abgriffkontaktes 3 mittels der von dem Kompensationsstrom durchflossenen
Drehspule 4 der mit dem Abgriffkontakt g gekuppelte Zeiger, dessen Stellung übertragen
werden soll, den Abgriffkontakt 9 plötzlich verstellt, so tritt ein Kompensationsstrom
auf, der den Heißleiter 10 durchfließt. Wenn dieser so gebaut ist, daß er möglichst
schnell seinen Widerstand in Abhängigkeit von der ihn durchfließenden Stromstärke
ändert, so wird sich eine viel höhere Stromstärke einstellen, weil der Widerstandsbetrag
im Kompensationskreis entsprechend abnimmt. Die Folge davon ist eine wesentliche
Erhöhung des Drehmoments und daher eine schnellere Bewegung der Drehspule. Andererseits
wird aber die Kompensationsstromstärke nach wie vor gleich Null, wenn der Abgriffkontakt
3 die Abgleichstellung erreicht. Wenn also eine genügend kräftige Dämpfung vorgesehen
ist, so stellt sich die Drehspule wieder ohne störende Schwingungen, aber wesentlich
schneller in die neue Abgleichlage ein.
-
Bei der in Fig. 2 dargestellten ähnlichen Anordnung liegt in der
Brückendiagonale ein Vorwiderstand II, dem ein Kondensator 12 parallel geschaltet
ist. Wenn nun wieder der Abgleich durch plötzliches Verstellen des Abgriffkontaktes
3 am Geber gestört wird, so entsteht durch das plötzliche Ansteigen der Stromstärke
gewissermaßen ein Stromstoß, der über den Parallelkondensator fließt, während für
einen Gleichstrom gleichbleibender Stärke nur die Leitfähigkeit des Widerstandes
II maßgebend ist. Der Kondensator kann dann so bemessen werden, daß die Drehspule
4 unter dem Einfluß des über den Kondensator geleiteten starken Stromstoßes wesentlich
schneller die neue Abgleichlage erreicht.
-
Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung dient zum Messen oder Aufzeichnen
einer schwachen Stromstärke Jx, die durch eine Vergleichsstromstärke Jv kompensiert
wird. Diese wird von dem durch einen verschiebbaren Kontakt 3 abgegriffenen Teil
eines Schleifdrahtes 2 abgenommen, wobei die Stromdifferenz Jx-fv über einen Vorwiderstand
I3 dem Eingangskreis eines Verstärkers 14 zugeführt wird.
-
An die Ausgangsklemmen des Verstärkers 14 ist über die Primärwicklung
15 eines Transformators I6 die Drehspule 4 eines als »Nullmotor« wirkenden Drehspulenmeßwerks
angeschlossen, das den Abgriffkontakt 3 steuert. Die Sekundärwicklung I7 des Transformators
I6 ist an die Eingangsklemmen des Verstärkers 14 angeschlossen.
-
Wenn nun die Stromstärke Jx plötzlich ansteigt, so steigt auch der
Eingangsstrom J Jv und damit auch der Ausgangsstrom des Verstärkers, der in diesem
Fall den Kompensationsstrom darstellt. Der so entstehende, die Primärwicklung 15
durchfließende Stromstoß erzeugt dann in der Sekundärwicklung 17 einen entsprechenden
Stromstoß, der dem Eingang des Verstärkers 14 zugeführt wird und so eine weitere
Verstärkung des Kompensationsstromes erzeugt. Dadurch wird die Bewegung der Drehspule
4 stark beschleunigt, so daß die Einstellung des Abgriffkontaktes 3 wesentlich schneller
erfolgt.
-
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ebenfalls
als Nullmotor ein Drehspulmeßwerk benutzt, das in diesem Fall über einen mit Rückkopplung
arbeitenden magnetischen Verstärker gespeist wird. Zu diesem Zweck ist an ein Wechselstromnetz
I8 die Primärwicklung 19 des Transformators 20 angeschlossen, der mit zwei Sekundärwicklungen
2I und 22 versehen ist. Die Sekundärwicklung 2I speist über eine Gleichrichteranordnung
23 die Erregerwicklungen 24 und 25 zweier Eisenkerne 26 bzw. 27. Entsprechend speist
die Sekundärwicklung 22 über eine Gleichrichteranordnung 28 die Erregerwicklungen
29 und 30 zweier Eisenkerne 3I bzw. 32. An die beiden Gleichrichteranordnungen 23
und 28 ist nun, wie in Fig. 4 dargestellt, in einer Stromüberlagerungsschaltung
über einen Widerstand 33 die Drehspule 4 des als Nullmotor wirkenden Drehspulmeßwerks
angeschlossen, die den auf einem von einer Gleichstromquelle I gespeisten Schleifdraht
2 verschiebbaren Abgriffkontakt 3 steuert.
-
Die in einem Thermoelement 34 auftretende Spannung wird nun in einer
Spannungskompensationsschaltung durch die in dem Schleifdraht 2 abgegriffene Spannung
kompensiert, wobei der Stromkreis über die Steuerwicklungen 35 . . .38 der Eisenkerne
26, 27, 3I und 32 geschlossen ist.
-
Außerdem ist an das Wechselstromnetz I8 über Widerstände 39 und 40
eine Gleichrichteranordnung 41 angeschlossen, die gleichstromseitig über Widerstände
42 und 43 derart an die Steuerwicklungen 35... 38 angeschlossen ist, daß in den
Wicklungen 35 und 36 ein Strom, der der Summe, und in den Wicklungen 37 und 38 ein
Strom fließt, der der Differenz der betreffenden Gleichströme entspricht.
-
An dem Widerstand 33 ist nun ein Stromkreis angeschlossen, der die
Reihenschaltung von auf den Eisenkernen 26, 27, 3I und 32 angeordneten Hilfswicklungen44
. . . 47 enthält sowie einen Widerstand 48, dem ein Kondensator 49 parallel geschaltet
ist.
-
Wenn sich die Spannung am Thermoelement 34 ändert, so entsteht ein
Ausgleichsstrom, der die Steuerwicklungen 35 . . .38 in der Weise durchfließt, daß
die Vormagnetisierung der Eisenkerne 26 und 27 verstärkt und die Vormagnetisierung
der Eisenkerne 3I und 32 entsprechend geschwächt wird. Dadurch entsteht in der an
die Sekundärwicklungen 21 und 22 angeschlossenen Wechselstrom-Differenzschaltung
und somit auch in dem die Drehspule 4 enthaltenden Kompensationsstromkreis ein Gleichstrom,
der der Änderung der Thermospannung entspricht. Infolgedessen entsteht auch an den
Klemmen des Widerstandes 33 eine Spannung, die einen Strom in den Hilfswicklungen
44 . . . zu zu zu 47 erzeugt. Dadurch tritt eine magnetische
Rückkopplung
auf, durch die der Verstärkungsgrad wesentlich erhöht wird.
-
Da nun der Rückkopplungsstrom den Widerstand 4S durchfließt, dem
der Kondensator 49 parallel geschaltet ist, so tritt beim Entstehen des einer plötzlichen
Änderung der Meßgröße entsprechenden Stromstoßes die gleiche Wirkung auf wie bei
dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im ersten Augenblick ist der Widerstand
in dem Rückkopplungsstromkreis sehr klein, da der Widerstand 48 durch den Kondensator
überbrückt wird, so daß eine sehr starke Rückkopplung auftritt, die eine beschleunigte
Einstellung des Abgriffkontaktes 3 zur Folge hat und in dem Maße abnimmt, wie dieser
sich seiner neuen Abgleichlage nähert.
-
Dabei kann der Kondensator 49 so bemessen werden, daß die einer plötzhchen
Änderung der Meßgröße entsprechende Rückkopplung vorübergehend weit über das sonst
zulässige Maß hinaus gesteigert wird, wodurch eine sehr schnelle und beim Vorhandensein
einer genügend starken Dämpfung dennoch pendelungsfreie Einstellung erreicht wird.
-
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Beschleunigung der Einstellung
durch zeitweise Verminderung der zum pendelungsfreien Einstellen erforderlichen
Dämpfung erreicht wird, ist in Fig. 5 dargestellt, wobei ein in der Zeichnung durch
gestrichelte Linien umrahmter magnetischer Verstärker 50 benutzt wird. An ein Wechselstromnetze8
ist wieder die Primärwicklung 19 eines Transformators 20 angeschlossen, dessen Sekundärwicklungen
21 und 22 in diesem Fall einseitig miteinander verbunden sind. Auch hier speist
die Sekundärwicklung 2I über eine Gleichrichteranordnung 23 die Erregerwicklungen
24 und 25 der Eisenkerne 26 bzw. 27 und die Sekundärwicklung 22 über eine Gleichrichteranordnung
28 die Erregerwicklungen 29 und 30 der Eisenkerne 3I bzw.
-
32. Der Differenzstrom der Wechselstromdifferenzschaltung durchfließt
nun über eine Gleichrichteranordnung 51 und einen Kondensator 52 die Stromwicklung
53 eines als Nullmotor wirkenden Induktionszählermeßwerkes, dessen Spannungswicklung
54 unter Vorschaltung eines Kondensators 55 an das Wechselstromnetz I8 angeschlossen
ist.
-
Die Triebschei-be 56 des Meßwerkes ist über ein Schneckenradgetriebe
57 mit dem Abgriffkontakt 58 eines Schleifdrahtes 59 gekuppelt, -der zu einer Brückenschaltung
gehört, - deren Brückenzweige durch Widerstände 60 . . . 63 gebildet werden, wobei
der Widerstand 63 als Widerstandsthermometer ausgebildet ist. Die Brückenschaltung
wird über eine Gleichrichteranordnung 64 und einen Vorwiderstand 65 aus der Sekundärwicklung
66 eines Hilfswandlers 67 gespeist, dessen Primärwicklung 68 an das Wechselstromnetz
I8 angeschlossen ist.
-
Um eine magnetische Rückkopplung zu erhalten, sind die Eisenkerne
26 und 27 mit Hilfswicklungen 44 bzw. 45 versehen, die von der Gleichrichteranordnung
23 gespeist werden. Entsprechend sind auf den Eisenkernen 31 und 32 Hilfswicklungen
46 bzw. 47 vorgesehen, die von der Gleichrichteranordnung 28 gespeist werden. An
das Wechselstromnetz I8 ist noch die Primärwicklung 69 eines weiteren Hilfswandlers
70 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 71 über einen Vorwiderstand 72 eine Hilfsgleichnichteranordnung
73 speist. An die beiden Gleichrichteranordnungen 73 und 5I ist nun in einer Stromüberlagerungsschaltung
die Erregerwicklung 74 eines Elektromagneten 75 angeschlossen, in dessen Felde sich
die Triebscheibe 56 des Zählermeßwerks bewegt.
-
Wenn durch eine plötzliche Änderung des Widerstandes 63 der Abgleich
der Brückenschaltung gestört wird, so durchfließt der Diagonalstrom die Steuerwicklungen
35 . . . 38. Dadurch entsteht auch in dem Differenzzweige der Wechselstromdifferenzschaltung
ein Strom, wobei der Verstärkungsgrad durch die magnetische Rückkopplung mittels
der Hilfswicklungen 44... 47 erhöht wird. Dieser Kompensationsstrom durchfließt
die Stromwicklung 53 des Nullmotors, und die Triebscheibe 56 verstellt den Abgrifflontakt58,
um den Abgleich wiederherzustellen. Dabei wird ihre Bewegung durch das Magnetfeld
des Elektromagneten 75 gebremst, der so bemessen ist, daß die Einstellung schwingungsfrei
erfolgt.
-
Nun wird aber das Feld des Bremsmagneten von einem Strom erregt,
der der Differenz der von den Gleichrichteranordnungen 73 und 51 erzeugten Strömen3
und J2 entspricht. Dabei ist der Strom J, im wesentlichen konstant, vorausgesetzt,
daß die Spannung des Wechselstromnetzes I8 sich nicht ändert. Dagegen entspricht
die Stromstärke J2 der Stärke des Kompensationsstromes, der im Augenblick einer
Änderung der Meßgröße verhältnismäßig groß ist und in dem Maße abnimmt, wie sich
der Abgriffkontakt 58 seiner Abgleichlage nähert.
-
Die Folge davon ist eine durch den Kompensationsstrom J2 hervorgerufene
Verringerung der Bremsung, die eine beschleunigte Einstellung bewirkt, wobei die
Bremsung um so stärker wird, je mehr sich der Abgrifflontakt 58 bzw. ein mit ihm
verbundenes Anzeige- oder Schreibmittel der Abgleichlage nähert.