DEP0024401DA

DEP0024401DA - Measuring device with magnetic inductor for measuring capacities

Info

Publication number: DEP0024401DA
Authority: DE
Inventors: Hermann Adelsdorf Paschen (Obfr.); Paul Nürnberg Paschen
Original assignee: Metrawatt AG, Nürnberg
Publication date: 1951-04-12

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.It is known and customary to measure insulation resistances and also general ohmic resistances with magnetic inductors. In contrast to this, those for the measurement of capacities have only been introduced very rarely, since appropriate constructions encompassing a large measuring range cause great difficulties. When measuring large capacitances, small voltages are used and for this the mechanical rectification of the alternating current for the sensitive direct current measuring instrument used for the measurement is not an easy task. When measuring small capacitances, the voltage is probably high enough, but here again the capacitive leakage currents are disturbing. Furthermore, the capacitance current is not only proportional to the measuring voltage but also proportional to the measuring frequency, so that either high demands are made on the device with regard to maintaining constant speed or other precautions must be taken to ensure speed independence.

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.The present invention relates to a measuring device with a magnetic inductor, which overcomes the described difficulties with simple means by measuring the alternating current flowing in the measuring circuit by means of a direct current measuring instrument that is connected to a shunt resistor in parallel by a switch controlled by the inductor axis during a half-wave . A refinement of the measurement accuracy, which also reduces the second difficulty described with regard to keeping the speed constant, can be achieved by taking the measurement voltage, which is tuned in such a way that the measurement current remains practically constant with small frequency fluctuations around the nominal frequency.

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.The mode of operation is shown schematically in FIG. G is the alternating current generating magnetic inductor which feeds a transformer via the winding WG. The windings W (sub) c and W (sub) a are also wound in the same direction on the transformer core. The entire winding forms a resonance circuit with the capacitor C (sub) r, which is tuned in such a way that the voltage of the transformer is inversely proportional to the frequency within small fluctuations around the nominal frequency. Then the S current consumed by the capacitors C (sub) v and C (sub) x is practically constant within the small speed fluctuations still present in a speed controller. The power consumed by the measuring circuit - including the apparent power - must remain small compared to the transformer power, which is usually possible without difficulties. The resonance circuit has a second task, namely filtering out the harmonics.

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.The measuring circuit is connected at points a and b. It consists of the fixed pre-capacitor C (sub) v, the capacitor C (sub) x to be measured and the shunt resistor R (sub) j for the measuring instrument.

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.Since there is a capacitive leakage current due to the self-capacitance and also due to the supply line, which interferes with the measurement of small capacities, it is compensated for by a countercurrent. This is taken from the winding W (sub) c and adjusted by the capacitor C (sub) c so that the measuring instrument is de-energized for C (sub) x = 0.

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.The measurement of the current flowing through C (sub) x and C (sub) v is carried out in that the contact K is closed by the drive shaft of the magnetic inductor for the half-waves of the same sign. The drive from the magnetic inductor is indicated by the dash-dotted line. The resistance R (sub) j must be so small compared to the capacitive resistance C (sub) x + C (sub) v that the incorrect angle caused by R (sub) j has practically no effect on the deflection of the measuring instrument. The scale of the measuring instrument is expediently divided into capacities.

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.For the 3 measuring ranges provided in FIG. 2, switch S (sub) 1 taps three different voltages from the transformer. Simultaneously and expediently inevitably, the switch S (sub) 2 and the switches S (sub) 3a and S (sub) 3b are toggled with the switch S (sub) 1. With the switch S (sub) 2 the precondensers are switched over, with the switches S (sub) 3 the shunt resistors.

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.The switchable shunt resistors are available twice for R (sub) ja and R (sub) jb and the contact K is designed as a changeover switch. This arrangement is advantageous when, as is the case when measuring small capacitances, only small measurement currents are available. With the switch, the half-waves of both signs are used for the measurement.

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.FIGS. 3a and 3b show the structure of a particularly suitable changeover switch - called a contact maker - for the arrangement according to FIG. 2, specifically for a four-pole magnetic inductor with a fixed winding, which avoids slip rings. The contacts 31 and 32 in FIG. 3 b correspond to the contacts a and b in FIG. 2. The contact springs are riveted to metal webs 33 and 34. The metal webs 33 and 34 are electrically connected to one another and thus correspond to the pivot points of the switch. The contact cam 35 made of insulating material is attached to the drive axis A and designed as a double cam with two cams offset by 90 °. The contacts 31 and 32 are arranged differently in height. Each contact is therefore closed twice during one revolution, i.e. in two periods, each time in a half-wave with the same sign. The contact cam rotates in the direction of the arrow. The direction of rotation is more advantageous than the opposite, because when the contact is pressed, the free end is short and the risk of bouncing is therefore small. 36 is the support plate made of insulating material. This has a circular recess 37 which centers the contact maker on the end shield of the generator, which has a shoulder for this purpose. The position of the contact maker can be adjusted by turning it around axis A on the Set the most appropriate position. The screws 38 then hold the selected position.

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.FIGS. 4a and 4b show the external shape of the stator and the rotating magnet of a four-pole generator. The magnet 41 is attached to the drive shaft A. The stand 42 is composed of iron sheets, the surrounding frame and the pole shoes are expediently made of one piece. Windings 43 are placed on the pole shoes.

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.The design of the end shields is shown in Figures 5a and 5b. 52 is a concentric approach in which the pole pieces of the stator jump in and center it with the end shields. The other concentric extension 53 engages in the recess 37 of the contact maker and centers it to the drive axis A. The end shields can consist of injection molding or molding compound or hard linen and can also have ball bearings.

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.In FIGS. 6a and 6b, the components described so far are shown assembled while retaining the reference symbols. The two side plates 61 and 62 are screwed together by means of screws 63 and nuts 64 and press end shields 52 and stands 42 against one another in a centered manner. The contact maker is screwed with its support plate 36 through the screws 38 on the board 61 and centered on the drive axis A by the shoulder 52 of the end shield in the manner already described.

Von den Generatorwicklungen wird der Transformator Tr gespeist wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.The transformer Tr is fed by the generator windings, as shown in FIGS.

Claims

1.) Measuring device with magnetic inductor for measuring capacities with alternating current, characterized in that the measurement of the alternating current flowing in the measuring circuit is carried out by means of a direct current measuring instrument that is connected to a shunt resistance in parallel by a switch controlled by the inductor axis during a half-wave.

2.) Measuring device with magnetic inductor according to claim 1, characterized in that the measuring voltage is taken from a resonance circuit fed by the magnetic inductor, which is tuned so that the measuring current remains practically constant with small frequency fluctuations around the nominal frequency.

3.) Measuring device with magnetic inductor according to claim 1, characterized in that the switch controlled by the inductor axis is designed as a changeover switch which applies the measuring instrument to a shunt resistance in each case in both half-waves.

4.) Measuring device with magnetic inductor according to claim 1 and 3, characterized in that a capacitive countercurrent is sent through the shunt resistor or resistors in order to compensate for capacitive leakage currents.

5.) Measuring device with magnetic inductor according to claim 4, characterized in that the capacitor to be supplied to the capacitive countercurrent can be regulated.

6.) Measuring device with magnetic inductor according to claim 2 to 5, characterized in that a contact maker controlled by the magnetic inductor is used as a changeover switch, which from consists of two spring contacts offset by 180 °, which are controlled by two cams located on the magnetic inductor axis offset by 90 ° (Fig. 3)

7.) measuring device with magnetic inductor with contact maker according to claim 6, characterized in that the contact cam rotates in such a direction that the contact springs are pressed from the free end and thus the risk of bouncing is reduced.

8.) Measuring device with magnetic inductor according to claim 1 to 7, characterized in that several voltages, current and capacitance ranges are provided, which can be switched manually by automatically controlled switches.