DE942740C - Messwertumwandler fuer Mess-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke - Google Patents

Messwertumwandler fuer Mess-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke

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DE942740C
DE942740C DEL3496D DEL0003496D DE942740C DE 942740 C DE942740 C DE 942740C DE L3496 D DEL3496 D DE L3496D DE L0003496 D DEL0003496 D DE L0003496D DE 942740 C DE942740 C DE 942740C
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DE
Germany
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quotient
measuring
coil
coils
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Expired
Application number
DEL3496D
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Walter Boesch
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Landis and Gyr AG
Original Assignee
Landis and Gyr AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

  • Meßwertumwandler für Meß-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke Meßwertumwandler für Meß-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke mit Induktivitäten zur gleichzeitigen entgegengesetzten Regelung von zwei Strömen für einen räumlich mehr als go' zulassenden Verstellbereich, wie sie beispielsweise als Geber für Quotientenfernmeßinstrumente Verwendung finden und bei denen bekanntlich zwei Größen, z.B. zwei Spannungen, Ströme, Frequenzen, übertragen werden, haben den Vorteil, daß der Einfluß der Übertragungsleitung, der Hilfsspannungsquelle und der Temperatur weitgehend eliminiert werden kann. Als Sender können auch Impedanzen, d. h. auch ein ohmscher Widerstand in Potentiometerschaltung vorgesehen werden, während als Empfangsinstrument zweckmäßigerweise ein Ferrarismeßwerk mit zwei Triebsystemen verwendet wird. Die Triebscheiben müssen, von der Achse aus gesehen, unrund sein. Für die Triebsysteme werden vorzugsweise Spaltpolsysteme verwendet. Es sind aber auch normale Bipol- (Zähler-) Systeme brauchbar. Soll das Quotientenmeßinstrument unabhängig von der Hilfsspannung sein, so muß es richtkraftlos ausgeführt werden. Es sind Vorschläge gemacht worden, welche diese Aufgabe, einQuotientenmeßinstrument durch veränderbare Impedanzen zu steuern, zu lösen versuchen. So wurde z. B. als Geber ein Widerstandspotentiometer vorgeschlagen, welches entsprechend dem zu übertragenden Geberwinkel a eingestellt wird und den Quotienten zweier Ströme in zwei Stromkreisen dem Empfangsinstrument zuführt. Bewegt sich der Potentiometermittelabgriff von einer Extremstellung in die andere, so ändert sich der dem Empfangsinstrument zugeführte Stromquotient Q von einem sehr kleinen bis zu einem sehr großen Wärt. Aus Gründen, die hier nicht angeführt zu werden brauchen, muß der Stromquotient für das Quotientenmeßinstrument in seinem Bereich eingeschränkt werden. Dies geschieht entweder dadurch, daß der Potentiometermittelabgriff nicht von o bis i8o', sondern z, B. nur von 3o bis 150' laufen kann, oder es können auch bei voller Ausschlagmöglichkeit des Potentiometers feste Vorschaltwiderstände vorgesehen sein.
  • Andere bekannte Einrichtungen benutzen gleichartig gebaute Gebet und Empfänger nach Art von Drebstrommaschinen, indem entweder der Rotor oder der Stator oder auch beide DrehstromwickluDgen tragen und beim Verstellen des einen Rotors der andere infolge der durch die Erregung der kleinen Maschinen von einem Wechselstromnetz aus auftretenden Ausgleichsströme zum Nachfolgen gezwungen wird. Ähnlich arbeiten auch Geber und Empfänger, bei denen der Anker zwei gekreuzte Spulen trägt, die von einem magnetischen Wechselfeld induziert werden. Es sind auch verschiedene Lösungen bekannt, bei denen die Geber nach Art der Induktionsdynamometer oder als Doppeltransformator gebaut sind und als Empfänger bei Gleichrichtung der Meßströme Drehspulinstrumente benutzt werden oder andere, bei denen ein Drehtransformator mit Doppeldrehspule als Geber und ein Wechselstromquotientenmesser als Empfänger dient.
  • Bei allen bekannten Einrichtungen mit Wechselstromempfängern ergibt sich nun aber der Nachteil, daß die praktisch überbrückbare Entfernung verhältnismäßig klein ist. Beispielsweise sind im Leitungswiderstand gewisse Grenzen gezogen, wenn der Wert des Potentiometerwiderstandes festgelegt ist. Letzterer ist praktisch auf einen Wert von etwa 300 Ohm beschränkt, da anderenfalls der Drahtquerschnitt zu klein wird, um den mechanischen Beanspruchungen besonders durch den Mittelabgriff gewachsen zu sein-Durch Verwendung von Spezialpotentiometern mit einer Anzahl besonders feiner Kontaktfinger kann zwar noch eine kleine Erhöhung des Potentiometerwiderstandswertes erreicht werden. Die oben angegebene Grenze bleibt jedoch im großen und ganzen erhalten. Um einerseits die Senderimpedanz zu erhöhen und andererseits die Kontaktschwierigkeiten zu vermeiden, wurden auch schon induktive Geber vorgeschlagen, welche aus zwei koaxialen Spulen bestehen, in denen ein Weicheisenkern hin und her bewegt wird, damit bald die eine, bald die andere Spule die größere Impedanz aufweist. Dieser Vorschlag konnte sich aber aus Dimensionierungs- und Genauigkeitsgründen nicht durchsetzen.
  • Die Erfindung betrifft nun einen Meßwertumwandler für Meß-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke, bei dein eine Winkelgröße in elektrische Wechselstromwerte durch Verdrehen einer Spule mit mehr als go' Verstellbereich im Felde zweier symmetrisch angeordneter feststehender Spulen umgewandelt wird und bei dem die Anzeige mit Hilfe eines Quotientenineßinstrumentes geschieht.
  • Fig. i zeigt schaltungsmäßig ein Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ist ein Diagramm, Fig. 3 bis 5 stellen ein Ausführungsdetail im Querschnitt, in Seitenansicht und in Draufsicht dar, und Fig. 6 veranschaulicht eine Variante zum Ausführungsdetail nach den Fig. 3 bis 5.
  • Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. i ist i die Wicklung eines zwischen den beiden mit den Wicklungen 2'und 3 versehenen Polen des Stators eines Gebers drehbar gelagerten Rotors. Die magnetischen Achsen der Statorwicklungen sind in der äußersten Stellung des Rotors bei a = 0 parallel zur magnetischen Achse des Rotors. Das eine Ende der Rotorwicklung ist an die Verbindungsstelle der beiden Statorwicklungen, die ihrerseits gleichen Wicklungssinn haben, das andere an eine Wechselstromquelle geschaltet. Die beiden freien Enden der Statorwicklungen 2 und 3 führen über Fernleitungen zu den freien Enden der beiden Stromsp:ulen S eines Quotientenmeßinstrumentes nach Ferrarischem Prinzip. Die beiden anderen Enden derSpulenS sindmiteinander verbunden, und an die Verbindungsstelle ist über eine dritte Fernleitung der zweite Pol der Wechselstromquelle geschaltet.
  • Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende: Steht die magnetische Achse der Rotorwicklung senkrecht zu den magnetischen Achsen der Statorwicklungen, d. h. befindet sich die Rotorwicklung in der Mittellage bzw. ist der Verstellwinkel a = go', so wird von der Rotorwicklung keine Spannung auf die Statorwicklungen induziert, und die Ströme durch die Statorwicklung 2 und die eine Spule S des Quotientenmeßgerätes bzw. durch die Statorspule 3 und die andere Spule S sind einander gleich. Das Quotientenmeßgerät zeigt go#. Bei aus der Mittellage gedrehtem Rotor wird hingegen von der Rotorwicklung auf die beiden Statorwicklungen# eine Spannung induziert, die sich zu der Spannung an der einen Statorwicklung addiert, von der anderen subtrahiert. Die Ströme in den Spulen S werden entsprechend verstärkt bzw. geschwächt, und der Quotientenmesser stellt sich nach diesem Stromverhältnis ein. Der Zusammenhang zwischen dem Einstellwinkel a am induktiven Geber und dem dabei entstehenden Stromquotienten Q ist in der Fig. 2 durch die Kurve b dargestellt. Im gleichen Diagranun ist durch Kurve a die gleiche Abhängigkeit bei einem Potentiometer als Geber dargestellt. Daraus geht hervor, daß beim induktiven Geber bei kleinen Werten von a, etwa von a = 0 bis a = 30', der Stromquotient Q verhältnismäßig weniger zunimmt und bei großen Werten von a, etwa von a = 13o0 bis 18o', verhältnismäßig stärker zunimmt als bei einem Potentiometer als Geber.
  • Um nun am Quotienteninstrument einerseits Triebscheiben mit linearen arithmetischen Spiralen anwenden zu können und bei annähernd linearer Instrumentenskala auch in den Endstellungen noch genügend Drehmoment bei Ablenkung aus der Gleichgewiclitslage, d.h. eine gute Einstellsicherheit zu bekommen, muß der Regelbereich reduziert werden. Es stehen dann nicht mehr 18o', sondern nur noch etwa no' Regelbereich am Geber zur Verfügung. Die Vorteile dieser Schaltung sind nun mehrfach: i. Der Regelbereich ist größer als go', dies bedeutet höhere zulässige Ungenauigkeit im mechanischen Ankoppelungsgetriebe; 2. es ergibt eine sehr weitgehende Unabhängigkeit von Schwankungen der Hilfssparmungsquelle; 3. es wird sehr weitgehende Unabhängigkeit vom Widerstand der Übertragungsleitung und dessen Änderungen mit der Temperatur erzielt; 4. es kann die Femmeßanlage leicht an verschiedene Hilfsspannungen angepaßt werden, d.h., es ist kein spezieller Anpaßtransformator nötig, und 5. es ist kein Schiebekontakt am Geber vorhanden, so daß kein Fehler durch Verschmutzen oder Funken im Stromkreis entstehen kann.
  • Berücksichtigt man einerseits, daß bei einem linear gewickelten Potentiometer mit Verdrehung des Abgriffes sich der Widerstand ebenfalls linear verändert, daß aber andererseits sich die Impedanz eines Meßwertumwandlers nach Schaltung Fig. i nicht mehr linear, sondern sinusförmig mit zunehmendem Verstellwinkel an der Welle ändert, so erkennt man, daß insbesondere bei den Verstellwinkeln von o bis 30' und 15o bis 18o' die Änderung der Impedanz pro Verstellwinkel außerordentlich klein ist und deshalb das Gebiet der Extremwerte nicht verwendet werden soll; denn in diesem Gebiete wird am Ouotientenmeßinstrument nur eine außerordentlich kleine Einstellsicherheit erzielt. Weil die Reibung nun über dem gesamten Instrumentenskalenbereich ungefähr gleich groß ist, würde also der Reibungsfehler des Instrumentes im Extrembereich wesentlich größer werden als im Mittelbereich des Quotientenmeßinstrumentes.
  • An und für sich ist die Anzeige des Quotientenmeßverfahrens nach Fig. i aus Symmetriegründen unabhängig von den Schwankungen der Hilfsspannung, dies aber nur so lange, als die einzelnen Impedanzen stromunabhängig sind, was praktisch zutrifft, da sowohl der Meßwertumwandler als auch das Quotientenmeßinstrument relativ sehr große Luftspalte und daher praktisch lineare Magnetisierungskurven besitzen.
  • Aus Isolationsgründen macht die Unterbringung von genügend Kupfer auf den Rotor immer Schwierigkeiten. Bei gleicher Windungszahl der Spulen i und ?, bzw. 3 würden sich die Durchflutungen der Wicklungen i und 2 in eine Extremlage gerade aufheben, während sich die Durchflutungen der Wicklungen i und 3 in der anderen Extremlage des Rotors aufheben, d.h. Q geht von praktisch 0 in cc, über. Da nun aber wegen der Eigenschaften des Empfangsinstrumentes an diesem QE = 0,3 gewählt werden muß, erhält die Rotorwicklung weniger Windungen als die Statorwicklung, was aus Isolierungsgründen sehr erwünscht ist.
  • Es werden also zwei Wicklungen 2, 3 auf dem leicht zu isolierenden Stator und eine Wicklung i auf dem Rotor aufgebracht. Die zwei Wicklungen auf dem Stator haben den gleichen Wicklungssinn und können ebenfalls als eine Wicklung mit Mittelanzapfung ausgeführt werden. Das Rückdrehmoment des induktiven Gebers auf den Meßwertfühler ist in der Mittelstellung (a = go') = 0, da die Ströme beider Kreise im Rotor Drehmoment entwickeln, welche gegeneinander wirken. Erfindungsgemäß wird auch QLT ungleich 0 bzw. ungleich oo gewählt, so daß selbst in den Endstellungen noch eine Reduktion des resultierenden Drehmomentes stattfindet. Es kann auch durch eine zur Rotorwicklung parallel geschaltete Kapazität eine das Rückdrehmoment schwächende Wirkung erzielt werden.
  • Da auf den Stator relativ viel Kupfer aufzubringen ist, ist es notwendig, die Statorspulenköpfe unter Isolierung und nachstellbar aus der Nähe des Rotors wegzuhalten. Dies wird nach den Fig. 3 bis 5 durch eine Spannvorrichtung erreicht, die eine Saite 6 aus nicht leitendem Stoff aufweist, die um ein Spannschloß 7, 8 herumgelegt ist und deren Enden bei 9 miteinander verknüpft sind. Wie die Variante nach Fig. 6 zeigt, können die Enden der Saite 6 auch durch Löcher des einen platten- oder zylinderförmigen Teiles 7 des Spannschlosses in der einen und anderen Richtung durchgesteckt und durch eine am äußeren Loch vorgesehene Schraube io fixiert sein.
  • Soll der induktive Spannungsabfall, welcher durch den magnetischen Querfluß im Meßwertumwandler hervorgerufen wird, reduziert werden, so kann dies durch eine Kurzschlußwicklung erfolgen, welche im Stator senkrecht zur Primärwicklung angeordnet ist.
  • Sollen für den Fabrikationsprozeß die zulässigen Toleranzen möglichst groß sein, damit der Meßwertumwandler billig wird, so wird der induktive Spannungsabfall wegen der Toleranzen für den.Luftspalt von Stück zu Stück auch verschieden groß werden. Um nun trotzdem eine bequeme Einstellung des Stromverhältnisses Q_r erzielen zu können, wird ein variabler Widerstand im Rotorkreis des Meßwertumwandlers vorgeschlagen. Dieser Widerstand wird zweckmäßigerweise in das Quotientenmeßinstrument eingebaut und bei der Eichung fest eingestellt. Um aber diese Einstellung wirklich durchführen zu können, ist es nötig, das Stromverhältnis Q_, für den Meßwertumwandler kleiner zu dimensionieren, als für das Quotientenmeßinstrument nötig wäre; denn mit wachsendem Vorwiderstand steigt ebenfalls das Stromverhältnis QE, am Quotientenmeßinstrument. Bei Unterbrechung der Mittelleitung ist dieser natürlich i.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHr: Meßwertumwandler zur Umwandlung einer Winkelgröße in elektrische Wechselstromwerte für Meß-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke durch Verdrehen einer Spule mit mehr als go' Verstellbereich im Felde zweier symmetrisch angeordneter, feststehender Spulen und durch Messung mit Hilfe eines Quotientenmeßinstrumentes, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme der beiden feststehenden Spulen (?,3) den Wicklungen des Quotientem-nessers zugeführt werden, während die beiden Spulen mit je einem Ende miteinander verbunden sind, und daß die drehbare Spule in Reihe mit der Stromquelle zwischen den Verbindungsstellen der festen Spulen und der Quotientenmeßspulen angeschlossen ist. Angezogene Druckschriften: ATM-Blatt V 387,2-2; deutsche Patentschrift Nr. 555 04-2; USA.-Patentschriften Nr. 1743 852, 22 330 427
DEL3496D 1945-01-12 1945-03-02 Messwertumwandler fuer Mess-, Regel- und Steuer-, insbesondere Fernwirkzwecke Expired DE942740C (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1743852A (en) * 1925-12-29 1930-01-14 Brown Instr Co Meter
DE555042C (de) * 1930-07-25 1932-07-19 Hell Rudolf Dr Ing Anordnung zur induktiven Fernuebertragung von Bewegungsvorgaengen, insbesondere zur Fernanzeige der Zeigerstellung von Messgeraeten
US2330427A (en) * 1940-03-23 1943-09-28 Bailey Meter Co Telemetric control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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