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Elektrischer Spannungsintegrator in der elektrischen Messtechmik wird häufig die Aufgabe gestellt, das Spannungs-Zeitintegral einer periodischer. Wechszlstrommessgrösse über einen genau definierten Zeitabschnitt zu ermitteln. Als Zeitabschnitt kommt meist elm.
Halbwelle oder ein Bruchteil derselben in Betracht.
Diese Aufgabe wurde bisher durch die Kombination von einem Drehspulmesswerk (als Mittelwertsanzeiger der Messgrösse) und einem oder mehreren gesteuerten Ventilen gelöst.
Insbesondere haben sich für die häufigsten Anwendungsgebiete die Schwinggleichrichterschaltungen bestens bewährt.
In der Steuer-und Regeltechnik, bei Ein" schwingvorgängen und besonders bei der Aufnahme schnell veränderliche'magnetischer Vorgänge mit zeitweise gesättigten Ei & ehinduktivitäten kann die Anwendung von Schwmggleichrichtern und Drehspulmesswerken erhebliche Nachteile bringen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn bei einer an sich niederfrequenten Grundschwingung der zu integrierenden Messgrösse Oberwellen mit hohen Ordnungszahlen und erheblichen Amplituden vorhanden smd.
Nur im Niederfrcquenzgebiet bis etwa ! 00 Hertz lässt sich die Streuung der Schaltzeit der Schwinggleichrichter auf ein für die Messgenauigkeit erträgliches Mass verringern.
Je nach Ordnungszahlen und Amplitude tritt also bei diesen Anordnungen eine erhebliche Verzerrung des Messresultates durch Oberwellen ein. Ferner bedingt der hohe Scheitelwertsfaktor solcher Kurvenformen, dass das Drehspulmesswerk bei einer vernünftigen Skalenausnützung erstens eine erhebliche thermische Überlastbarkeit besitzen muss und zweitens tritt bei den Scheitelwerten der Messgrösse) die ein Vielfaches des Gleichstrommessbereiches betragen, eine nicht mehr zu vernachlässigende Rückwirkung auf das Luftspaltfeld auf, so dass man bei an sich gleichem Spannungsintegral (Mittelwert) eine von dvr Kurvenform abhängige Grösse des Zeigerau ìschlages feststellen kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Integratorschaltung, welche die oben geschilderten Mängel weitgehend vermeidet und damit der Messtechnik ein neues Anwendungsgebiet unter verbesserten Voraussetzungen erschliesst.
Der Erfindungsgedanke beruht auf der Erzeugung deb dem Spannungs-Zeitintegral proportionalen Messinstrumentenausschlages durch Verwendung eines elektrodynamischen Messwerkes, dessen Feldspulen von einem rechteckförmigen Erregerstrom durchflossen werden, welcher das Zeitintervall der Integration bestimmt.
Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung. Der Drehspule 1 des elektrodynamischen Messwerkes wird die zu integrierende Messspannung über einen Vorwiderstand 2 zugeführt.
Die Feldspule des elektrodynamischen Mess-
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der Rechteckform besitzt, wobei die Basis des Rechteckes ; n jeder Halbwelle der gewünschten Integratiouszeit entspricht (Fig. 2). Ausserhalb der Integrationszeit ist der Erregerstrom null und während der Integrationszeit besitzt er einen
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in bekannter Weise durch zwei gegensinnig von Gleichstrom vormagnetisierte eisengesättigte Kippdrosseln 4 und 5 erzeugt werden. Die Kippdrosseln werden über einen Phasenregler 6 von einer zur Messspannung synchronen Wechselspannung gespeist und damit eine beliebige Phasenverschiebung des Integrationszeitraumes gegenüber der zu integrierenden Spannung ermöglicht. Diese einfachste Anordnung nach Fig. 1 gestattet zunächst nur die Herstellung eines Integrationsintervalles von einer Halbwelle der Messspannung.
Gemäss Fig. 3 kann jedoch durch Überlagerung zweier in der Phase beliebig regelbarer Erregersysteme jedes gewünschte Integrationsintervall hergestellt werden. Die Überlagerung der beiden rechteckförmigen Stromwellen erfolgt am besten in einem Stromwandler 10. Ebenso könnte man das elektrodynamische Messwerk auch mit zwei getrennt erregten Feldwicklungen versehen. Bei der Dimensionierung der Erregerschaltung ist grösste Sorgfalt auf die Erreichung einer wirklich rechteckförmigen Stromform zu legen. Die Eisenkerne der Kippdrosseln müssen aus bestem Ni-Fe mit kleiner
Koerzitivkraft und besonders scharf ausgeprägtem
Sättigungsknie der Hysteresisschleife bestehen.
Die Induktivität im Erregerkreis muss zur Er- zi'"ng steilster Stromflanken so klein als möglich gehalten werden. Es empfielt sich, die erhebliche
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Streuinduktivität des Phasenreglers durch einen passenden Kondensator 7 zu kompensieren.
Die Gleichstromerregung der Kippdrosseln muss vollständig oberwellenfrei und stabilisiert sein. Es ist daher eine grosse Glättungsdrossel 8 und ein Eisen-Wasserstoff-Stromrege1rohr 9 in diesem Kreis vorzusehen.
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schaltung gegenüber den Schwinggleichrichtersystemen erheblich grösser ist, liegt doch der Vorteil in der Vermeidung jedweder Schaltkontakte als Steuerglieder klar zu Tage.
Die Anwendung des elektrodynamischen Messwerkes gestattet ferner eine grössere Freizügigkeit in der Wahl der Messbereiche und bei verringertem Verbrauch im eigentlichen Messkreis eine Steigerung der Empfindlichkeit, ohne dass die oben beschriebenen Nachteile des Drehspulmesswerkes im gleichen Masse auftreten.
Wenn durch die Qualität der Eisenkerne für die Kippdrosseln bei einer direkten Erregung der Feldspulen des elektrodynamischen Messwerkes zu grosse Abweichungen von der Rechteckform entstehen, kann man den über die Kippdrosseln fliessenden Wechselstrom durch einen Ohmschen Widerstand schicken und die Spannung an denselben zur Gittersteuerung eines Rohres benützen, welches von einer stabilisierten Anodenspannung gespeist wird, wobei der gesteuerte rechteckförmige Anodenstrom des Rohres durch die Feldspule des elektrodynamischen Messwerkes geleitet wird.
Man macht die am Arbeitswiderstand abgegriffene Steuerspannung, etwa durch Zwischenschaltung eines geeigneten Übertragers, entsprechend gross, so dass das Rohr stark übersteuert wird, dann erhält man erstens eine wesentlich bessere Anpassung an die Rechteckform und kann zweitens auf eine besondere negative Gittervorspannung verzichten, wenn man den positiven Gitterstrom durch einen Vorwiderstand begrenzt. Bei um
180'symmetrischen Halbwellen der Mess- spannung kann natürlich mittels einer Zwei- wegschaltung erhöhte Messempfindlichkeit erreicht werden.
Ferner kann man bei dieser Schaltung auf besonders sorgfältige Glättung und Stabili- sierung der Hilfserregung der Kippdrosseln ver- sichten, wens man die Steuerspannung so gross wählt, dass nur ihr steil veränderlicher Teil in der
Nähe des Spannungsnulldurchganges eine wesent- liche Steuerwirkung hervorruft.
Statt mit Kippdrosseln kann die Steuerung des Rohres auch auf rein elektrischem Wege, beispielsweise durch eine Multivibratorschaltung erfolgen.
Fig. 4 zeigt das Prinzipschaltbild eines Inte- grators mit Röhrensteuerung des Integrations- intervalles unter Verwendung eines elektrodynamischen Messwerkes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Spannungsintegrator für Wechselstrommessgrössen mit periodisch unveränderlichem Kurvenverlauf zur direkten Anzeige eines dem Spannungs-Zeitintegral proportionalen Messwertes und mit einer durch einen Phasenschieber (6) einstellbaren Grösse und Phasenlage des Integrationsbereiches, gekennzeichnet durch ein elektrodynamisches Messwerk, an dessen Drehspule (1) über einen Vorwiderstand die zu integrierende Spannung liegt, während den festen Feldspulen (3) ein in der Phasenlage zur Integrationsspannung regelbarer, rechteckförmiger Erregerstrom gleicher Frequenz zugeführt wird, wobei die Basis des Rechteckes das gewünschte Integrationsintervall bestimmt.
2. Elektrischer Spannungsintegrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreis der Feldspulen des elektrodynamischen Instrumentes in Reihe mit denselben ein Paar vom Gleichstrom gegensinnig vormagnetisierter Kippdrosseln (4) und (5) liegt, welche Bandringkerne aus hochpermeablen Ni-Fe mit einer schmalen fast rechteckförmigen Hysteresisschleife enthalten una einen besonders kleinen Induktionsanstieg im Sättigungsbereich aufweisen, dass ferner in diesem Kreis die Sekundärwicklung eines Drehfeldphasenschiebers (6) liegt, welche die Erregerspannung der Kippdrosseln phasenabhängig in bezug auf die Messspannung einzustellen gestattet.
3. Elektrischer Spannungsintegrator nach den
Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Serienschaltung der Feldspulen des
Dynamometers und der Erregerwicklungen der
Kippdrosseln ein Kondensator (7) liegt, der einen erheblichen Spannungsabfall der Erregerspannung während der steilen Stromkommutierung des rechteckförmigen Erregerstromes an den Sekun- därklemmen des Phasenschiebers (6) verhindert.
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