DEP0024401DA - Meßeinrichtung mit Magnetinduktor zur Messung von Kapazitäten - Google Patents

Description

Es ist bekannt und üblich, Isolationswiderstände, sowie auch allgemein ohm'sche Widerstände mit Magnetinduktoren zu messen. Im Gegensatz hierzu haben sich solche für die Messung von Kapazitäten nur sehr wenig eingeführt, da zweckentsprechende, einen grossen Messbereich umfassende Konstruktionen grosse Schwierigkeiten bereiten. Bei der Messung grosser Kapazitäten wird mit kleinen Spannungen gearbeitet und hierfür ist die mechanische Gleichrichtung des Wechselstromes für das zur Messung verwendete empfindliche Gleichstrommessinstrument eine nicht leicht zu lösende Aufgabe. Bei der Messung von kleinen Kapazitäten ist wohl die Spannung hoch genug, aber hier stören wieder die kapazitiven Kriechströme. Weiterhin ist der Kapazitätsstrom nicht nur proportional der Messpannung sondern auch noch proportional der Messfrequenz, sodass für die Einrichtung entweder hohe Anforderungen bezüglich der Drehzahlkonstanthaltung gestellt, oder sonstige Vorkehrungen für eine Drehzahlunabhängigkeit getroffen werden müssen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung mit Magnetinduktor, die die geschilderten Schwierigkeiten mit einfachen Mitteln dadurch überwindet, dass die Messung des im Messkreis fliessenden Wechselstromes mittels eines Gleichstrommessinstrumentes vorgenommen wird, das durch einen von der Induktorachse gesteuerten Schalter während einer Halbwelle parallel an einen Nebenwiderstand gelegt wird. Eine Verfeinerung der Messgenauigkeit, die auch die zweiter geschilderte Schwierigkeit bezüglich der Drehzahlkonstanthaltung herabsetzt, kann dadurch bewirkt werden, dass die Messpannung abgenommen wird, der so abgestimmt ist, dass der Messtrom bei kleinen Frequenzschwankungen um die Nennfrequenz praktisch konstant bleibt.

In Figur 1 ist die Wirkungsweise schematisch dargestellt. G ist der Wechselstrom erzeugende Magnetinduktor, der über die Wicklung WG einen Transformator speist. Auf dem Transformatorkern befinden sich im gleichen Sinn gewickelt noch die Wicklungen W(sub)c und W(sub)a. Die gesamte Wicklung bildet mit dem Kondensator C(sub)r einen Resonanzkreis, der so abgestimmt ist, dass die Spannung des Transformators innerhalb kleiner Schwankungen um die Nennfrequenz umgekehrt proportional der Frequenz ist. Dann ist der von den Kondensatoren C(sub)v und C(sub)x aufgenommene SStrom innerhalb der kleinen, bei einem Drehzahlregeler noch vorhandenen Drehzahlschwankungen praktisch konstant. Dabei muss die vom Messkreis aufgenommene Leistung - auch die Scheinleistung - klein gegenüber der Transformatorleistung bleiben, was in der Regel ohne Schwierigkeiten möglich ist. Der Resonanzkreis hat hierbei noch eine zweite Aufgabe, nämlich die Aussiebung der Oberwellen.

In den Punkten a und b ist der Messkreis angeschlossen. Er besteht aus dem festen Vorkondensator C(sub)v, dem zu messenden Kondensator C(sub)x und dem Nebenwiderstand R(sub)j, für das Messinstrument.

Da durch die Eigenkapazität und auch durch die Zuleitung ein kapazitiver Kriechstrom vorhanden ist, der bei der Messung kleiner Kapazitäten stört, wird er durch einen Gegenstrom ausgeglichen. Dieser wird von der Wicklung W(sub)c abgenommen und durch den Kondensator C(sub)c so eingestellt, dass für C(sub)x = 0 das Messinstrument stromlos ist.

Die Messung des durch C(sub)x und C(sub)v fliessenden Stromes wird dadurch vorgenommen, dass der Kontakt K durch die Antriebswelle des Magnetinduktors für die Halbwellen gleichen Vorzeichen geschlossen wird. Der Antrieb vom Magnetinduktor ist durch die strichpunktierte Linie angedeutet. Der Widerstand R(sub)j muss gegenüber dem kapazitiven Widerstand C(sub)x + C(sub)v so klein sein, dass der durch R(sub)j bedingte Fehlwinkel den Ausschlag des Messinstrumentes praktisch nicht beeinflusst. Die Skala des Messintrumentes erhält zweckmässig eine Teilung in Kapazitäten.

Für die in Figur 2 vorgesehenen 3 Messbereiche werden durch den Schalter S(sub)1 drei verschiedenen Spannungen vom Transformator abgegriffen. Gleichzeitig und zweckmässig zwangsläufig werden mit dem Schalter S(sub)1 der Schalter S(sub)2 sowie die Schalter S(sub)3a und S(sub)3b umgeschaltet. Mit dem Schalter S(sub)2 werden die Vorkondensatoren umgeschaltet, mit den Schaltern S(sub)3 die Nebenwiderstände.

Die umschaltbaren Nebenwiderstände sind mir R(sub)ja und R(sub)jb zweimal vorhanden und der Kontakt K ist als Umschalter ausgebildet. Diese Anordnung ist dann von Vorteil, wenn, wie es bei der Messung kleiner Kapazitäten der Fall ist, nur kleine Mesströme zu Verfügung stehen. Durch den Umschalter werden die Halbwellen beider Vorzeichen zur Messung ausgenützt.

Die Figuren 3a und 3b zeigen den Aufbau eines besonders geeigneten Umschalter - Kontaktmacher genannt - für die Anordnung nach Figur 2 und zwar für einen vierpoligen Magnetinduktor mit feststehender Wicklung, wodurch Schleifringe vermieden werden. Die Kontakte 31 und 32 in Figur 3b entsprechen den Kontakten a und b in Figur 2. Die Kontaktfedern sind an Metallstegen 33 und 34 festgenietet. Die Metallstege 33 und 34 werden elektrisch miteinander verbunden und entsprechen so den Drehpunkten des Umschalters. Der Kontaktnocken 35 aus Isolierstoff ist an der Antriebsachse A befestigt und als Doppelnocken mit zwei um 90° versetzten Nocken ausgeführt. Die Kontakte 31 und 32 sind in der Höhe verschieden angeordnet. Jeder Kontakt wird mithin während einer Umdrehung, also in zwei Perioden zweimal, jedesmal in einer Halbwelle gleichen Vorzeichens, geschlossen. Der Kontaktnocken läuft in Pfeilrichtung um. Die Drehrichtung ist gegenüber der entgegengesetzten vorteilhafter, weil beim Anpressen des Kontaktes das freie Ende kurz und dadurch die Gefahr des Prellens klein ist. 36 ist die aus Isolierstoff hergestellte Tragplatte. Diese besitzt eine kreisrunde Aussparung 37, die den Kontaktmacher am Lagerschild des Generators, das zu diesem Zweck einen Ansatz besitzt, zentriert. Die Lage des Kontaktmachers lässt sich durch Verdrehen um die Achse A auf die zweckmässigste Stellung einstellen. Die Schrauben 38 halten dann die gewählte Stellung fest.

Figur 4a und 4b zeigt die äussere Formgebung des Ständers und des umlaufenden Magneten eines vierpoligen Generators. Der Magnet 41 ist auf der Antriebsachse A befestigt. Der Ständer 42 ist aus Eisenblechen zusammengesetzt, der Umschlussrahmen und die Polschuhe bestehen dabei zweckmässig aus einem Stück. Auf die Polschuhe sind Wicklungen 43 aufgesetzt.

Die Ausgestaltung der Lagerschilde wird in den Figuren 5a und 5b gezeigt. 52 ist ein konzentrischer Ansatz, in welchen die Polschuhe des Ständers einspringen und diesen mit den Lagerschildern zentrieren. Der andere konzentrische Ansatz 53 greift in die Aussparung 37 des Kontaktmachers ein und zentriert diesen zu der Antriebsachse A. Die Lagerschilde können aus Spritzguss oder aus Pressmasse bzw. aus Hartleinen bestehen und können auch Kugellager besitzen.

In Figur 6a und 6b sind die bisher beschriebenen Bauelemente unter Beibehaltung der Bezugszeichen zusammengebaut dargestellt. Die beiden Seitenplatinen 61 und 62 werden mittels Schrauben 63 und Muttern 64 zusammengeschraubt und pressen Lagerschilde 52 und Ständer 42 zentriert gegeneinander. Der Kontaktmacher wird mit seiner Tragplatte 36 durch die Schrauben 38 auf die Platine 61 aufgeschraubt und durch den Ansatz 52 des Lagerschildes in der schon beschriebenen Weise zur Antriebsachse A zentriert.

Von den Generatorwicklungen wird der Transformator Tr gespeist wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.

Claims (8)

1.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor zur Messung von Kapazitäten mit Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des im Messkreis fliessenden Wechselstromes mittels eines Gleichstrommessinstrumentes vorgenommen wird, dass durch einen von der Induktorachse gesteuerten Schalter während einer Halbwelle parallel an einen Nebenwiderstand gelegt wird.

2.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpannung von einem durch den Magnetinduktor gespeisten Resonanzkreis abgenommen wird, der so abgestimmt ist, dass der Messtrom bei kleinen Frequenzschwankungen um die Nennfrequenz praktisch konstant bleibt.

3.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Induktorachse gesteuerte Schalter als Umschalter ausgebildet ist, der das Messinstrument in beiden Halbwellen an je einen Nebenwiderstand legt.

4.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch den oder die Nebenwiderstände ein kapazitiver Gegenstrom geschickt wird, um kapazitive Kriechströme auszugleichen.

5.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der den kapazitiven Gegenstrom zuzuführende Kondensator regelbar ist.

6.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Umschalter ein vom Magnetinduktor gesteuerter Kontaktmacher benutzt wird, der aus zwei um 180° versetzten Federkontakten besteht, die von zwei um 90° versetzten auf der Magnetinduktorachse sitzenden Nocken gesteuert werden (Fig. 3)

7.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor mit Kontaktmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktnocken in einer solchen Richtung umläuft, dass die Kontaktfedern vom freien Ende aus angedrückt werden und damit die Gefahr des Prellens herabgesetzt wird.

8.) Messeinrichtung mit Magnetinduktor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spannungen-Strom- und Kapaztitätsbereiche vorgesehen sind, die durch zwangsläufig gesteuerte Schalter von Hand umgeschaltet werden können.