DE967657C - Verfahren zur Messung des zeitlichen Verlaufes periodisch veraenderlicher Messgroessen - Google Patents

Verfahren zur Messung des zeitlichen Verlaufes periodisch veraenderlicher Messgroessen

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DE967657C DEL22677A DEL0022677A DE967657C DE 967657 C DE967657 C DE 967657C DE L22677 A DEL22677 A DE L22677A DE L0022677 A DEL0022677 A DE L0022677A DE 967657 C DE967657 C DE 967657C
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DEL22677A
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Dr-Ing Floris Koppelmann
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R13/00Arrangements for displaying electric variables or waveforms
    • G01R13/04Arrangements for displaying electric variables or waveforms for producing permanent records

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Verfahren zur Messung des zeitlichen Verlaufes periodisch veränderlicher Meßgrößen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufes von durch elektrische Größen darstellbaren, periodisch veränderlsichen Meßwerten, bei dem die elektrische Größe elektrisch nach Ider Zeit differ.enziert und die ihrem Differentialquotienten proportionale Größe, durch Vorschalten eines Meßkontaktes mit einstellbarer Phasenlage der Schaltzeiten vor ein Gleichstrommeßinstrument, über die Zeit integriert wird.
  • Der zeitliche Verlauf unsymmetrischer Meßgrößen wird bisher durch Aufzeichnung mit einem Oszillographen oder mit dem Jonbertschen Kurzkontaktverfahren ermittelt. Im ersten Fall erfordert eine quantitative Auswertung besondere Spezialgeräte. Werden größere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt, so sind diese kaum zu erfüllen.
  • Der Mangel an größerer Genauigkeit haftet auch den auf die Joubertsche Scheibe zurückgehenden Kurzkontaktverfahren an. Bei diesem wird der Wert der Meßgröße in einem kleinen Zeitintervall gemessen und durch eine Reihe derartiger Messungen ihr Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.
  • Nun ist es bekannt, -den zeitlichen Verlauf einer Meßgröße zu messen, indem man sie nach elektrischer Differentiation mittels einer Induktivität oder Kapazität über einen mechanischen, synchron mit der Meßgröße betätigten Kontakt (Meßkontakt, Vektormesser) einem Drehspulinstrument zuführt Da der Meßkontakt in Verbindung mit einem Drehspulinstrument die Meßgröße während seiner Schließzeit integriert, ist dann infolge der vorhergegangenen Differentiation die Anzeige des Drehspulinstrumentes der Differenz der Augenblickswerte der Meßgröße im Ein- und Ausschaltzeitpunkt des Meßkontaktes proportional.
  • Mathematisch erhält man beispielsweise für eine Schaltung nach Fig. I, bei der der durch den Leiter I fließende Strom I (t) durch die Induktivität 2 mit einem Gegeninduktionskoeffizienten M differenziert wird und zwischen den Klemmen 3 und 3' eine Spannung dl go = M dt (I) hervorruft, an dem Drehspulinstrument 5 eine Spannung r,1 u + R r,, wo (2) Dabei entspricht rg 1L dem Wert des Instrumentenwiderstandes und R dem Wert des Widerstandes 4.
  • Schließen und öffnen die in Reihe geschalteten Meßkontakte 6 und 7 gleichzeitig, so zeigt das Drehspulinstrument eine Gleichspannung Macht man die Schließzeit des Meßkontaktes gleich der Zeit einer Halbwelle und beschränkt man sich auf symmetrische Meßgrößen, so ist IaUsIein-Nach obiger Gleichung mißt man also mit der Gleichspannung u,l 1 den Augenblickswert IeinIaus der Meßgröße im Einschalt- bzw. Ausschaltzeitpunkt. Dieses bekannte Verfahren versagt bei der Messung unsymmetrischer Meßgrößen, bei denen jedoch die Gleichung (3) weiterhin gilt.
  • Die Bestimmung des zeitlichen Verlaufes von unsymmetrischen Meßgrößen läßt sich nun aber dadurch ermöglichen, daß erfindungsgemäß eine Parallelschaltung an sich bekannter Reihenschaltung von zwei Meßkontakten verwendet wird, von denen einer in der Phasenlage seiner Schaltzeiten zeitlich fest eingestellt und einer in der Phasenlage geändert wird.
  • In Reihe geschaltete Schaltkontakte, mit deren Hilfe die Schaltzeiten beliebig geändert werden können, haben bei Kontaktgleichrichtern bereits Anwendung gefunden, mit denen Ströme in der Größenordnung von einigen tausend Ampere gleichgerichtet werden. Dabei übernimmt der eine Kontakt ausschließlich die Einschaltung und der andere die Ausschaltung des Stromes. Entsprechend diesen besonderen Aufgaben werden sie ausgelegt.
  • Für Meßzwecke sind derartige Schaltkontakte viel zu unhandlich. Um daher mit den für Meßzwecke zur Verfügung stehenden Meßgleichrichtern zeit lich unsymmetrisch verlaufenden Größen messen zu können, muß der durch die Erfindung gezeigte Weg gegangen werden.
  • In Fig. 4 ist eine derartige unsymmetrische Meßgröße als Strom J (t) über der Zeit t aufgetragen.
  • Läßt man beispielsweise in Fig. I den Meßkontakt 6 mit seinen in Fig. 2 dargestellten Schaltzeitpunkten II und 12 ungeändert, und ändert man die Phasenlage des Meßkontaktes 7 mit den Schaltzeitpunkten I3-und I4, so ergibt die Reihenschaltung der beiden Meßkontakte eine Ges amtschließ zeit zwischen den Zeitpunkten II und I4, von denen der Zeitpunkt 11 (ein) unverändert bleibt, während der Zeitpunkt 14 (tau) sich mit der Verstellung des Meßkontaktes 7 ändert. In der Gleichung (3) ist also die Größe I, konstant, während die Größe IaUs sich entsprechend dem zeitlichen Verlauf der Meßgröße ändert. Man mißt also den zeitlichen Verlauf der Meßgröße, bezogen auf den Festwert lein, d. h. die in Fig. 4 durch Schraffur 8 angedeuteten Werte.
  • Zweckmäßigerweise stellt man den Meßkontakt 6 in seiner Phasenlage so ein, daß der Zeitpunkt II (teil) mit einer Stelle der Meßgröße zusammenfällt, d;ie keine oder nur geringe zeitliche Änderungsgeschwindigkeit aufweist, damit kleine ungewollte Schwankungen des Zeitpunktes tetit möglichst keine Fehler in die Messung bringen. Mit der Reihenschaltung von zwei Einzelkontakten von je I80° Schließzeit kann man eine Gesamtschlließzeit von o bis I800 erreichen, mit der Parallelschaltung von zwei Meßkontakten mit je I800 Schließzeit läßt sich, wie in Fig. 3 gezeichnet, für die Gesamtschließzeit der Bereich von I80 bis 3600 beherrschen. Ein der Fig. 2 für den Fall der Parallelschaltung entsprechendes Diagramm der Phasenlagen der Schaltzeiten gibt die Fig. 3 wieder, in dem mit II und 12 wiederum die Schaltzeiten des unverändert bleibenden Meßkontaktes und mit I3 und 14 die des veränderbaren Meßkontaktes bezeichnet sind. Die Zeiten, zu denen der Stromkreis geschlossen ist, sind dabei in beiden Figuren schraffiert.
  • Es kann auch erforderlich sein, bei der Ausmessung einer Meßgröße von der Reihenschaltung zur Parallelschaltung überzugehen. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich auch für Meßgrößen, die ein Gleichstromglied enthalten. Das Gleichstromglied wird dabei jedoch nicht mitgemessen. Es muß auf andere Weise ermittelt werden.
  • Beispielsweise läßt sich nach dlem angegebenen Verfahren die Welligkeit von Gleichströmen oder Gleichspannungen ermitteln. Eine andere Anwendung findet das Verfahren zur Ausmessung des zeitlichen Verlaufes von Anodenströmen von Gleichrichtern, von Brenuspannungen von Gasentladungen oder Lichtbögen oder von vielen anderen praktisch interessierenden Meßgrößen.
  • Für Strommessungen wird man im allgemeinen als differenzierendes Schaltungselement eine Gegeninduktivität wie in Fig. I verwenden, für Spannungsmessungen dagegen eine Kapazität, deren Ladestrom bekanntlich proportional der Anderungs- geschwindigkeit der Spannung ist, so daß er in einem kleinen ohmschen Widerstand einen der Änderungsgeschwindigkeit der zu messenden Spannung proportionalen Spannungsabfall erzeugt, der von Meßkontakt und Drehspulinstrument zwischen den Zeitpunkten t,i,, und taus integriert wird, also ebenfalls die Differenz der Spannung in den Zeitpunkten tein und taus ergibt.
  • Statt mit einem mechanischen Meßkontakt kann das Verfahren nach der Erfindung auch mit anderen Schaltelementen, beispielsweise elektronischen Schaltern oder Transistoren ausgeführt werden.
  • Wesentlich für das Verfahren ist lediglich, daß der Beginn bzw. das Ende der Durchlaßzeit zeitlich festgehalten wird, während das Ende bzw. der Beginn der Durchlaßzeit zur Messung des zeitlichen Verlaufs variiert wird. Diese Verstellung der Phasenlage des Einschalt- bzw. Ausschaltzeitpunktes kann beispielsweise durch vorgeschaltete Phasendreher bewirkt werden, wobei die Phasenlage dieser Phasendreher genau ablesbar sein muß, damit keine Verzerrungen in der Messung des zeitlichen Verlaufes auftreten.
  • Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß seine Empfindlichkeit aus Gleichung (3) exakt berechenbar ist, und zwar ohne daß die Einzelschließzeit oder die Gesamtschließzeit der Reihenschaltung bzw. der Parallelschaltung bekannt zu sein braucht. Es eignet sich unter Verwendung einer Gegeninduktivität auch zur Ausmessung des zeitlchen Verlaufes großer Ströme oder bei Anwendung einer Kapazität zur Ausmessung des zeitlichen Verlaufes von Hochspannung.
  • Führt man die zeitliche Verstellung eines der beiden Meßkontakte mit' konstanter Geschwindigkeit beispielsweise automatisch durch und verwendet man als Anzeigeinstrument ein registrierendes Instrument, beispielsweise den Lichtzeiger einer Oszillographenschleife, so kann man statt der punktförmigen Ablesung des Drehspulinstrumentes auch zusammenhängende Kurven aufzeichnen, bei

Claims (3)

  1. denen jedoch im Gegensatz zu den bekannten Schleifenoszillographen Fehler durch die Eigenfrequenz der Schleife um so mehr beseitigt sind, je langsamer die automatische Verstellung der Kontaktphase eines der Meßkontakte vorgenommen wird. pATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufes von durch elektrische Größen darstellbaren, periodisch veränderlichen Meßwerten, bei dem die elektrische Größe elektrisch nach der Zeit differenziert und die ihrem Differentialquotienten proportionale Größe durch Vorschalten eines Meßkontaktes mit einstellbarer Phasenlage der Schaltzeiten vor ein Gieichstrommeßinstrument über die Zeit integriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei unsymmetrischen Größen eine Parallelschaltung oder eine an sich bekannte Reihenschaltung von zwei Meßkontakten verwendet wird, von denen einer in der Phasenlage seiner Schaltzeiten zeitlich fest eingestellt und einer in der Phasenlage geändert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzeitpunkt des zeitlich fest eingestellten Meßkontaktes auf einen Zeitpunkt eingestellt wird, in dem die Meßgröße möglichst zeitlich konstant ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverstellung des einen Meßkontaktes mit zeitlich konstanter Geschwindigkeit, beispielsweise automatisch, erfolgt und als Anzeigeinstrument ein schreibendes Instrument benutzt wird, dessen Eigenschwingungszeit klein ist im Verhältnis zur Verstellzeit der Phasenlage des Meßkontaktes.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Siemens Zeitschrift, 26. Jahrgang, I952, Heft 3, S. I27.
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