DEM0023576MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 28. Juni 1954 Bekanntgemacht am 13. September 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Wechselstromfrequenzen mit einem synchron erregten Vibrator sowie einem Kondensator, der durch diesen Vibrator wechselweise mit einer Gleichstromquelle und mit einem Entladekreis verbunden ist, womit eine der zu messenden Frequenz proportionale Gleichspannung einem Meßkreis übermittelt ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in der' USA.-Patentschrift 2 in 598 von W. A. Marrison beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der Vibrator nicht nur von der Wechselstromquelle, deren Frequenz gemessen werden soll, erregt, sondern auch noch von einer anderen Wechselstromquelle konstanter Vergleichsfrequenz, um Schwebungsschwingungen zu erzeugen. Die Erzeugung der konstanten Vergleichsfrequienz bedingt einen erheblichen Aufwand.

Dieser Aufwand wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Vibrator nur von der Wechselspannungsquelle, deren Frequenz gemessen werden soll, erregt ist und daß im Meßkreis ein an sich bekanntes selbstabgleichendes Potentiometer zur Anzeige und zum Abgleich der der zu messenden Frequenz proportionalen Gleichspannung vorhanden ist.

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M 23576 VIII c 121 e

Vorzugsweise wird dieselbe Gleichstromquelle zugleich für den Vibrator und für das Potentiometer verwendet, was zur Folge hat, daß Spannungsschwankungen der Gleichstromquelle sich auf die Meßgenauigkeit praktisch nicht auswirken. Die Anwendung des an sich bekannten selbstabgleichenden Potentiometers gestattet im vorliegenden Zusammenhange die Erreichung einer mit derartigen Vorrichtungen bisher noch nie erreichten Meßgenauigkeit, von beispielsweise 0,02 Hertz bei einem vollen Meßbereich von 2 Hertz.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Mit io, Ii ist eine Wechselstromleitung bezeichnet, deren Frequenz gemessen werden soll. Ein Transformator 12'mit Primärwicklung 13 und Sekundärwicklung 14 ist parallel zwischen den Wechselstromleitungen 10 und 11 geschaltet. Die Sekundärwicklung 14 übermittelt einem synchronen Vibrator die Antriebsspannung. Dieser Vibrator 15 besteht aus einer Antriebsspule 16, einer schwingenden einpoligen Schaltzunge 17 und einem Paar feststehender Kontakte 18, 19. Solche Vibratoren sind an sich bekannt, siehe z. B. die USA.-Patentschrift 2 423 524.

Ein Kondensator 20 ist mit der Schaltzunge 17 geschaltet, wobei ein temperaturausgleichender Widerstand 21 mit diesem Kondensator in Serie geschaltet ist. An der anderen Klemme des Wider-Standes 21 sind zwei Widerstände 22, 23 in Serie mit einem regelbaren Widerstand geschaltet.

Die Widerstände 22, 23, 24 sind in der Eingangsleitung eines integrierenden Netzwerkes 25 geschaltet, das aus Widerständen 26, 28, 30 und Kondensatoren 27, 29, 31 besteht.

Ein zweiter Transformator 35 ist ebenfalls an der Leitung 10, 11 angeschlossen. Dieser Transformator weist eine Primärwicklung 36 und eine Sekundärwicklung 37 auf, welch letztere mit einem zweiten Vibrator 38 zwecks Antrieb verbunden ist. Dieser Vibrator ist dem Vibrator 15 gleich und besteht aus der Antriebsspule 39, der Schaltzunge 40 und den Kontakten 41, 42. Der Vibrator 3'8 wirkt mit dem Transformator 42^4 zusammen als Umwandler der Gleichspannung in Wechselspannung (s. USA.-Patentschrift 2423524). Der Transformator 42^ weist eine Primärwicklung 43 mit einer Anzapfung 44 und eine Sekundärwicklung 45 auf, welch letztere mit einem Verstärker 46 verbunden ist. Der Vibrator 38, der Transformator 424 und der Verstärker 46 sind an sich bekannt (s. z.B. USA.-Patentschrift 2423 540).

Ein Transformator 47 mit Wicklungen 48, 49 bildet den Eingang des Vibrators 38. Zwei Kondensatoren 50, 51 sind in Serie zwischen je einem Pol der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators 47 geschaltet, wobei ihr Verbindungspunkt in der Nähe des Transformatorkerns geerdet ist, um die Wirkung unerwünschter Signale im Vibrator 38 zu eliminieren.

Der Verstärker 46 sendet einen Wechselstrom in die eine. Wicklung 55 des Zweiphasenmotors 56. Die andere Wicklung dieses Motors ist über einen in Serie geschalteten Phasenverschiebungskoindensator 58 mit der Leitung 10 und 11 verbunden. Der Motor 56 dient dem Antrieb des Schiebers 65 des Schleifdrahtpotentiometers 66. Ein Widerstand 67 ist parallel mit dem Potentiometer 66 geschaltet, während die Widerstände 68, 69 in Serie mit diesem Potentiometer 66 geschaltet sind. Ein Zeiger 70 ist mit dem Schieber 65 verbunden und spielt vor einem Zifferblatt 71, das direkt in Hertz geeicht ist. Der Zeiger 70 zeigt die zu messende Frequenz an.

Die Gleichstromquelle für den Meßkreis besteht ■ aus einem Akkumulator 75. Mit diesem Akkumulator ist ein Widerstand 76 in Serie und ein Kondensator parallel geschaltet, wobei letzterer den Akkumulator 75 in dem Sinn stabilisiert, daß Spannungsschwankungen vermieden werden, die die Genauigkeit der- Frequenzmessung beeinträchtigen würden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung wird nachstehend erläutert.

Die Antriebsspule 16. des Vibrators 15 ist von dem Wechselstrom erregt, der direkt yon der Leitung 10, 11 kommt.

Dieser Wechselstrom verursacht ein Schwingen der Schaltzunge 17, die wechselweise mit den Kontakten 18, 19 verbunden ist, wobei die Frequenz dieser Schwingungen gleich der an der Spule 16 angelegten Frequenz ist. Die Kontaktdauer¹ der Zunge 17 mit den Kontakten 18 und 19 ist einstellbar, sie wird vorzugsweise auf 2.5% der Dauer einer Periode für jeden Kontakt festgelegt.

Wenn die Schaltzunge 17 mit dem Kontakt 18 verbunden ist, wird ein Stromkreis geschlossen, über den der Kondensator 20 geladen wird. Die Zeitkonstante dieses Kreises ist derart festgelegt, daß der Kondensator 20 auf die volle Spannung des Akkumulators 75 aufgeladen wird. Das heißt, daß durch den Widerstand 23 ein Gleichspannungsimpuls erzeugt wird, der dem Netzwerk 25 zugeführt wird.

In der zweiten Hälfte der Periode wird die Schaltzunge 17 mit dem Kontakt 19 verbunden, wodurch der Kondensator 20 sich über die Widerstände 24, 22, 21 entlädt. Die Zeitkonstante dieses Kreises entspricht der Zeitkonstante des Ladekreises, wodurch durch die Widerstände 22, 24 wieder ein Gleichspannungsimpuls erzeugt wird, der die gleiche Polarität hat wie der Ladeimpuls. Dieser Impuls wird auch dem Netzwerk 25 zugeführt.

Diese Gleichspannungsimpulse werden im Netzwerk 25 integriert. Die Ausgangsgleichspannung dieses Netzwerks ist direkt der Wechselstromfrequenz proportional, die die Schaltzunge 17 antreibt. Diese Gleichspannung wird mit der vom Potentiometer 66 herrührenden Spannung verglichen. Diese Spannung des Potentiometers 66 wird über den folgenden Stromkreis erzeugt: Akkumulator 75, Leiter 80, 87, Widerstand 68, Potentiometer 66, Widerstand 69, Leiter 86. Die Gleichspannung im Leiter 85 wird über die Primärwicklung 48 des Transformators 47 der Schaltzunge 40 des Unterbrechers 38 angelegt.

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M 23576 VIIIc/21e

Die Spannung über den Schieber 65 ist über die Sekundärwicklung 69 der Anzapfung 44 der Primärwicklung 43 des Transformators 42^ angelegt. Wenn die Amplituden der an der Zunge 40 und der Anzapfung 44 liegenden Spannungen nicht übereinstimmen, wird eine Wechselspannung durch die Schwingung der Schaltzunge 40 zwischen den Kontakten 41 und 42 erzeugt, und die im Transformator 42^ erzeugte Wechselspannung gelangt zum Verstärker 46. Dieser verstärkt dieses Signal und erzeugt ein die Steuerwicklung 55 des Motors 56 erregendes Signal, wodurch der Motor angetrieben wird, um den Schieber 65 zu verstellen, und zwar in der Richtung, daß ein Ausgleich zwischen der Ausgangsgleichspannung des Netzwerks 25 und der Spannung des Schiebers 65 stattfindet.

Wenn die Frequenz der Wechselspannung in den Leitern 10, 11 abnimmt, wird der synchron angetriebene Vibrator 15 ebenfalls eine kleinere Anzahl Impulse für das Netzwerk 25 erzeugen.

Entsprechend wird die Spannung an den Leitern 85, 86 abnehmen, wodurch über den Unterbrecher 38 und den Motor 56 eine Verstellung des Schiebers 65 erfolgt. Es ist klar, daß der Ausschlag des Motors 56 schon eine Anzeige bilden kann bzw. die Steuerwirkung erzielen kann.

Wenn die Frequenz des Stromes in der Leitung 10, 11 zunimmt, wird der Schieber 65 in der umgekehrten Richtung verstellt.

Die beschriebene Vorrichtung gestattet eine Messung, die auf 0,02 Hertz genau ist. Der volle Meßbereich der Vorrichtung ist gleich 2 Hertz, d. h. bei einer Meßbereichmitte von 60 Hertz arbeitet die Vorrichtung genau zwischen 59 und 61 Hertz.

Da die Vorrichtung Temperaturschwankungen ausgesetzt werden kann, kann der Kondensator 20 mit Temperaturausgleichmitteln verbunden sein. Dies kann mit dem Widerstand 21 geschehen, da derselbe sowohl während des Ladens als auch während des Entladens mit dem Kondensator 20 in Serie geschaltet ist. Wenn nötig, kann dieser Widerstand 21 in Serie entweder mit dem Widerstand 22 oder dem Widerstand 23 geschaltet werden, so daß die Widerstand-Kondensator-Zeitkonstante des Stromkreises geändert wird, wodurch die Änderungen der Kapazität des Kondensators 20 ausgeglichen werden.

Der Ausschlag der Vorrichtung ist eine Funktion ersten Grades der zu messenden Frequenz. Der Hauptgrund dafür ist darin zu suchen, daß Impulse konstanter Amplituden verwendet werden, im Gegensatz zu bisher bekannten Vorrichtungen.

Diese konstante Amplitude ist dadurch gegeben, daß die Zeitkonstanten, des Lade- und des Entladekreises kleiner gewählt sind als die Kontaktdauer der Schaltzunge 17 mit den Kontakten 18, 19. Nur das Verhältnis der Impulse variiert mit der Frequenz, wodurch lineare Variationen entstehen. Es ist daher möglich, die Vorrichtung für die verschiedensten Frequenzmessungen ohne große Änderungen zu verwenden.

Die Vorrichtung ist ebenfalls unabhängig vom Klirrfaktor der Meßfrequenz, da der Vibrator 15 auf die Harmonischen nicht anspricht. Die Eichung der Vorrichtung ist einfach durchführbar.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Messen von Wechselstromfrequenzen mit einem synchron erregten Vibrator, sowie einem Kondensator, der durch diesen Vibrator wechselweise mit einer Gleichstromquelle und mit einem Entladekreis verbunden ist, womit eine der zu messenden Frequenz proportionale Gleichspannung einem Meßkreis übermittelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator nur von, der Wechselspannungsquelle, deren Frequenz gemessen werden soll, erregt ist und daß im Meßkreis ein an sich bekanntes selbstabgleichendes Potentiometer zur Anzeige und zum Abgleich der der zu messenden Frequenz proportionalen Gleichspannung vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator in an sich bekannter Weise eine schwingende einpolige Schaltzunge aufweist, daß der Kondensator während je einer halben Periode der zu messenden Frequenz mit dem Lade- und Entladekreis, die je einen Widerstand aufweisen, verbunden ist, und daß diese Widerstände in Serie mit einem integrierenden Netzwerk geschaltet sind, dessen Ausgangsgleichspannung proportional der zu messenden Frequenz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein, zweiter mit dem ersten synchron erregter Vibrator vorgesehen ist, der eine Wechselspannung erzeugt, die proportional der Gleichspannung am Ausgang des Netzwerkes ist, daß ein umsteuerbarer von dieser Wechselspannung erregter Motor mit dem Schieber des Potentiometers-derart mechanisch verbunden ist, daß der Ausschlag des letzteren eine Gleichspannung bestimmt, die die Gleichspannung am Ausgang des Netzwerkes ausgleicht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten des Lade- und des Entladekreises kleiner sind als die Kontaktdauer im erstgenannten Vibrator.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Gleichstromquelle (75) mit dem erstgenannten Vibrator und mit dem Potentiometer zusammen zur Verwendung gelangt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift: »Archiv für technisches Messen«, Blatt J 037—1;

USA.-Patentschrift Nr. 2 in 598.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen