DE971568C - Messeinrichtung fuer kleine Gleichspannungen, insbesondere Thermo-Spannungen - Google Patents

Messeinrichtung fuer kleine Gleichspannungen, insbesondere Thermo-Spannungen

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DE971568C
DE971568C DEA20659A DEA0020659A DE971568C DE 971568 C DE971568 C DE 971568C DE A20659 A DEA20659 A DE A20659A DE A0020659 A DEA0020659 A DE A0020659A DE 971568 C DE971568 C DE 971568C
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Expired
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DEA20659A
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Inventor
Guido Wuensch
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Askania Werke AG
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Askania Werke AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/02Arrangements in which the value to be measured is automatically compared with a reference value
    • G01R17/06Automatic balancing arrangements
    • G01R17/08Automatic balancing arrangements in which a force or torque representing the measured value is balanced by a force or torque representing the reference value

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Description

  • Meßeinrichtung für kleine Gleichspannungen, insbesondere Thermo-Spannungen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Messen kleiner Gleichspannungen, insbesondere Thermo-Spannungen, im Kompensationsverfahren.
  • Bekannte Einrichtungen dieser Art enthalten ein galvanometrisches Meßsystem und einen elektromagnetischen Kraftgeber. Die Kräfte des Meßsystems und des Kraftgebers werden mittels eines Waagebalkens gegeneinander ausgewogen.
  • Dabei wird durch den Waagebalken eine Stromquelle gesteuert, deren Strom den Kraftgeber betätigt. Man läßt den Strom an einem Ohmschen Widerstand, welcher in Reihe mit dem Thermoelement und dem galvanometrischen Meßsystem geschaltet ist, einen Spannungsabfall erzeugen, der der Thermo-Spannung entgegengerichtet ist und erreicht so, daß der Strom ein Maß für die Thermo-Spannung ist. Der Vorteil solcher Einrichtungen besteht darin, daß sich ein Gleichgewichtszustand der Einrichtung einstellt, in welcher in dem das Thermoelement enthaltenden Stromkreis kein Strom fließt und daß infolgedessen schwankende Ohmsche Widerstände des Thermoelementes und der Zuleitungen desselben zur Meßeinrichtung das Meßergebnis nicht beeinflussen. Der Nachteil solcher Einrichtungen besteht darin, daß es besonderer, auf den die Thermo-Spannung abbildenden Strom ansprechender Geräte bedarf, wenn die Thermo-Spannung registriert werden soll.
  • Andere bekannte Einrichtungen, welche eine Registrierung kleiner Spannungen gestatten, l>esitzen einen Waagebalken, an welchem die Kraft eines die Thermo-Spannung messenden galvanometrischen Meßsystems gegen die Spannkraft einer Feder ausgewogen wird. Der Waagebalken steuert den Lauf eines Motors, welcher die Feder spannt und gleichzeitig das Schreibmittel einer Registriereinrichtung stellt. Im Gleichgewichtszustand ist der Motor in eine Stellung gelaufen, in welcher er der Feder eine Spannkraft erteilt hat, welche die Kraft des galvanometrischen Meßsystems kompensiert. Eine derartige Einrichtung hat den Vorteil, daß sie eine unmittelbare Registrierung ermöglicht, hat aber den Nachteil, daß die Thermo-Spannung einen Strom durch die galvanometrische Meßeinrichtung treiben muß. Dieser Strom ist durch schwankende Widerstände des Kreises, in denen er fließt, beeinflußbar; er ist also nicht unbedingt ein genaues Maß der Thermo-Spannung.
  • Bekannt sind ferner Meßeinrichtungen, bei denen der Unterschied (Fehlerspannung) zwischen Meß-und Gegenspannung über eine geeignete Verstärkereinrichtung (Zerhacker und Röhrenverstärker) einem elektrischen Stellmotor zugeleitet wird, der - die Schreib- oder Anzeigeeinrichtung betätigend - erst zur Ruhe kommt, wenn beide Spannungen gegeneinander genau abgeglichen sind.
  • Die Gegenspannung wird bei den bisher bekanntgewordenen Anordnungen von einem - durch den Stellmotor betätigten - Potentiometer abgegriffen, welches an eine Konstant-Spannungsquelle, z. B. Normalelement, angeschlossen ist.
  • Bei diesen bekannten Meßeinrichtungen hängt die Genauigkeit einmal von der Konstanz der Spannungsquelle ab, welche der Lieferung der Gegenspannung dient, und andererseits von der Genauigkeit des Potentiometerabgriffes. Da zumeist eine Fehlergrenze von nicht mehr als io-3 gefordert ist, ergeben sich zwangläufig relativ teuere, umfangreiche und umständliche Einrichtungen für die Konstantspannungsquelle. Ebenso sind die an das Potentiometer gestellten Anforderungen sehr hoch, wobei noch erschwerend hinzukommt, daß infolge des unvermeidlichen Gleitkontaktes durch Korrosion, Abnutzung usw. zusätzliche Fehler auftreten.
  • Die Erfindung weist einen Weg, wie man bei den Meßeinrichtungen des eingangs beschriebenen Prinzips diese Nachteile vermeiden kann, d. h. ohne Konstantspannungsquelle und ohne Verwendung eines immer mit Fehlern behafteten Kontaktabgriffes auskommt unter gleichzeitiger Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit.
  • Gemäß der Erfindung wird mit dem Stellmotor eine seinem Stellweg proportionale mechanische Kraft erzeugt, welche eine die Gegenspannung liefernde »Stromwaage« steuert. Die Steuerung geschieht beispielsweise in der Weise, daß der Stellmotor die Spannung einer an dem Waagehebel der Stromwaage angreifenden Feder ändert Bei Ausbildung der »Stromwaage« nach Art einer Laufgewichtswaage kann die Steuerung aber auch in der Weise erfolgen, daß der Motor das Laufgewicht der Waage verstellt. Im Ausgangsstromkreis der »Stromwaage« liegt ein Widerstand, und der an diesem erzeugte Spannungsabfall wird als Kompensationsspannung der Meßspannung entgegengeschaltet. Zur Erzielung einer möglichst kurzen Einschwingzeit der Stromwaage wählt man letztere zweckmäßig so, daß ihr Waagehebel -z. B. durch Verwendung eines induktiven Abgriffs für diesen - unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von pneumatischen oder hydraulischen Mitteln den Kompensationsstrom steuert.
  • Es sei bemerkt, daß die erwähnten »Stromwaagen« schlechthin, bei denen bekanntlich die von einer Meßgröße ausgeübte Kraft gegen eine von einer veränderlichen elektrischen Größe ausgeübte Gegenkraft selbsttätig ausgewogen wird, zum Stand der Technik zu zählen sind. Ferner sei darauf verwiesen, daß mit sogenannten Schwenkspulkompensatoren arbeitende Einrichtungen zur Aufzeichnung kleiner Gleichspannungen, insbesondere von Thermoelementen, bekanntgeworden sind, bei denen ebenfalls keine verstellbaren Potentialabgriffe mehr Verwendung finden. Diese Einrichtungen sind indessen ganz anders als der Erfindungsgegenstand aufgebaut. Es handelt sich dort um einen Proportionalverstärker im Zusammenhang mit einem üblichen Linienschreiber. Mit dem Erfindungsvorschlag dagegen liegt ein echter Kompensationsschreiber vor, der eine um mindestens eine Zehnerpotenz höhere Anzeigegenauigkeit gewährleistet als die erwähnte Einrichtung.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisierter Darstellung wiedergegeben.
  • Mit I ist ein Thermoelement bezeichnet, dessen Temperaturangaben angezeigt bzw. registriert werden sollen. Über den im Thermoelementenkreis liegenden Widerstand 2 wird die Kompensationsspannung der Meßspannung (EMK des Thermoelementes) entgegengeschaltet. Der Unterschied zwischen der auftretenden Thermo-Spannung und der herrschenden Kompensationsspannung wird über eine Verstärkereinrichtung 3 (Zerhacker und Röhrenverstärker) als Wechselsteuerspannung einem Wechselstromstellmotor 4 zugeleitet. Der Stellmotor verändert über ein Getriebe 5 - proportional seinem Stellweg - die Spannung einer Feder 6, die mit ihrem einen Ende an dem Waagehebel 7 einer sogenannten »Stromwaage« angreift.
  • Zu diesem Zweck ist das andere Ende der Feder an einer Spindelmutter 8 befestigt, die auf einer durch den Stellmotor über das Getriebe 5 angetriebenen Spindel 9 läuft. Im vorliegenden Falle ist als »Stromwaage« eine solche gewählt, bei der - zur Erzielung einer möglichst kurzen Einschwingzeit -durch den Waagehebel unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung einer pneumatischen oder hydraulischen Hilfskraft, ein elektrischer Kompensationsstrom ausgesteuert wird. Aus diesem Grunde ist am Waagehebel ein induktiver Abgriff 10 vorgesehen. Der ausgesteuerte Strom durchfließt nach Verstärkung und Gleichrichtung bei ii die im Felde eines Permanentmagneten sich bewegende Tauchspule I2, deren Richtkraft der Kraft der Feder 6 am Waagehebel 7 entgegenwirkt. In Reihe mit der Tauchspule 12 ist ein Widerstand I3 geschaltet. Der an diesem Widerstand auftretende Spannungsabfall wird nach Glättung durch Siebmittel 14 über den Widerstand 2 als Kompensationsspannung der Thermo-Spannung entgegen geschaltet. Der Stellmotor 4 betätigt gleichzeitig die Schreib- oder Anzeigevorrichtung, was bei I5 angedeutet ist. Der Stromwaagenverstärker 11 wird vom gleichen Netzanschlußgerät betrieben, das ohnehin für den Verstärker 3 der Fehlerspannung zwischen Thermo- und Gegenspannung vorbanden sein muß. Da die Wirkungsweise einer »Stromwaage« bekannt ist, dürften sich nach dem Vorstehenden weitere Ausführungen bezüglich der Funktion der Meßeinrichtung erübrigen. pATENTANSPR0CHE: I. Einrichtung zum Messen kleiner, insbesondere von Thermoelementen gelieferter Gleichspannungen durch Kompensation mittels einer künstlich erzeugten Gegenspannung, bei welcher der Unterschied (Fehlerspannung) zwischen der auftretenden Meßspannung und der herrschenden Gegenspannung nach Verstärkung einen die Gegenspannung steuernden Stellmotor so lange verstellt, bis beide Spannungen gegeneinander genau abgeglichen sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Stellmotor eine seinem Stellweg proportionale mechanische Kraft erzeugt wird, welche eine die Gegenspannung liefernde »Stromwaage« steuert.

Claims (1)

  1. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor die Spannung einer an dem Waagehebel der »Stromwaage« angreifenden Feder ändert.
    3. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der »Stromwaage« nach Art einer Laufgewichtswaage der Stellmotor das Laufgewicht der Waage verstellt.
    4. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer »Stromwaage« mit einer Einschwingzeit unter 0,5, vorzugsweise unter 0,I sec.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Waagehebel der »Stromwaage« unmittelbar den Kompensationsstrom steuert.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangsstromkreis der »Stromwaage« ein Widerstand liegt und daß der an letzterem erzeugte Spannungsabfall als Kompensationsspannung der Meßspannung entgegengeschaltet ist.
    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, gekennzeichnet durch einen induktiven Abgriff für die Waagehebelausschläge der »Stromwaage«.
    8. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7, bei dem der Stellmotor eine Schreibvorrichtung betätigt, insbesondere für den Temperaturschrieb, gekennzeichnet durch ein zwischen Stellmotor und Schreibglied vorgesehenes Getriebe, das im maximalen Temperaturbereich einen Schrieb im größeren Maßstab bewirkt als im unteren Schreibbereich.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 547 385, 726 o84; ETZ-A, H20, Okt. I953; Zeitschrift »L'Elettrotecnica«, Mai I929; Buch v. A. P a 1 m, »Registrierinstrumente«, 1950.
DEA20659A 1954-07-04 1954-07-04 Messeinrichtung fuer kleine Gleichspannungen, insbesondere Thermo-Spannungen Expired DE971568C (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE547385C (de) * 1927-07-02 1932-08-24 Alfred Huster Dipl Ing Elektrische Neigungswaage
DE726084C (de) * 1929-12-04 1942-10-06 Aeg Einrichtung zur Fernuebertragung von Messgroessen nach dem Kompensationsverfahren unter Verwendung einer lichtelektrischen Zelle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE547385C (de) * 1927-07-02 1932-08-24 Alfred Huster Dipl Ing Elektrische Neigungswaage
DE726084C (de) * 1929-12-04 1942-10-06 Aeg Einrichtung zur Fernuebertragung von Messgroessen nach dem Kompensationsverfahren unter Verwendung einer lichtelektrischen Zelle

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