Einrichtung zur elektrischen Fernübertragung von Nesswerten mit induktivem Wechselstr omgeber. l,'ie bekannten Einrichtungen zur elek trischen Fernmessung und Fernzählung von illesswerten mit induktivem Wechselstrom- gcber arbeiten in der Weise, da.ss die von einem magnetischen )Vechselfeld in einer in diesem Feld angeordneten Drehspule indu zierte Wechselspannung, die proportional der Messgrösse ist,
entweder mit einem Ausschlag- iiistrument, zum Beispiel einem Drehspul- Galvanometer mit vorgeschaltetem inechani- sehen Gleichrichter, oder mit einer auf einem Kompensationsverfahren beruhenden Anord nung, zum Beispiel einem selbsttätig schrei benden Potentiometer, gemessen und zur An zeige, Aufzeichnung oder Zählung benutzt wird.
Bei solchen Einrichtungen kommt es vor allem darauf an, dass die Einstellung des Geberinstrumentes, zum Beispiel eines elek trischen llessgerätes, Manometers oder einer Ringwaage, durch die mit seinem beweg lichen Organ mechanisch gekuppelte Dreh- spule des induktiven Wechselstromgebers möglichst wenig beeinflusst wird, dass also auf dieses Geberinstrument keine störende Rückwirkung stattfindet.
Während bei denjenigen Anordnungen, bei denen die in der Drehspule induzierte E11IK durch Kompensation gemessen wird, bei denen somit die Drehspule bei abge glichener Anordnung vollständig stromlos ist, eine derartige Rückwirkung überhaupt nicht auftreten kann, ist bei allen bisher be kannten Einrichtungen, bei denen in der Drehspule ein von der Aiessgrösse abhängiger Wechselstrom fliesst, eine mehr oder weniger grosse Rückwirkung vorhanden, welche die Anwendungsmöglichkeit dieser Einrichtun gen sehr beschränkt hat.
Dies ist insbeson dere dann der Fall, wenn der Drehspule, zum Beispiel zwecks Speisung eines span nungsunabhängigen Induktionszählers zur Fernzählung von Durchflussmengen, eine ver- hältnismässig grosse Energie entnommen wer den muss. Aber auch bei sehr geringer Ener gieentnahme aus der Drehspule können un angenehme Rückwirkungserscheinungen auf treten, wenn das Drehmoment des die Dreh spule steuernden Geberinstrumentes klein ist und zum Beispiel nur etwa 0,1 bis 1 gcm beträgt.
Die Erfindung ermöglicht nun, auch in denjenigen Fällen, in denen der Drehspule des induktiven Wechselstromgebers eine verhält nismässig grosse Energie entnommen werden muss, die erwähnte Rückwirkungserscheinung auf das diese Drehspule steuernde Geber instrument zu vermeiden und die an sich be kannten, mit induktivem Wechselstromgeber arbeitenden Fernmess- und Fernzähleinrich- tungen auch in Verbindung mit solchen Geberinstrumenten anzuwenden, die nur ein kleines Drehmoment von etwa 0,1 bis 1 gcm entwickeln.
Dieser für viele Gebiete der Messtechnik bedeutsame Fortschritt wird er findungsgemäss .dadurch erreicht, dass die in dem an die Drehspule des induktiven Wech- selstromgebers angeschlossene Stromkreise (Messkreis) enthaltenen Widerstände so abge glichen sind, dass die Phasenverschiebung zwischen dem im Lüftspalt .des Wechsel stromgebers wirksamen magnetischen Wech selfeld und dem in der Drehspule fliessenden Induktionsstrom 90 beträgt.
Dadurch wird erreicht, dass .die Drehspule, auch wenn sie von einem verhältnismässig starken, zur Fernmessung oder Fernzählung dienenden Strome durchflossen wird, mit dem Feld im Luftspalt überhaupt kein Drehmoment er zeugen kann, das die Einstellung des die Spule steuernden Geberinstrumentes störend beeinflussen könnte.
Wenn, wie dies bei den bisher bekannten Einrichtungen mit induktivem Wechselstrom geber der Fall ist, der an die Drehspule all- geschlossene Messkreis induktiv ausgebildet ist, so sucht sich die Drehspule bekanntlich immer in ihre Mittellage (Symmetriestellung) einzustellen, das heisst in diejenige Lage, in welcher ihre Achse (im physikalischen Sinne) senkrecht steht auf der resultierenden Rieh- tung des die Drehspule durchsetzenden mag netischen Flusses.
Die Drehspule übt dann auf das bewegliche Organ des Geberinstru- mentes ein Drehmoment aus, sobald sie aus ihrer oben definierten Mittellage abgelenkt wird, und zwar ist dieses störende Dreh moment proportional dem jeweiligen Ablen kungswinkel der Drehspule aus ihrer Mittel- lage.
In den beigefügten Fig. 1 und 2 ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungs beispielen erläutert.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrich tung handelt es sich um die Aufgabe, mit Hilfe eines induktiven Wechselstromgebers einen der jeweiligen Zeigereinstellung des Geberinstrumentes<B>11</B> entsprechenden Gleich strom JF zu erzeugen, der über zwei Fern leitungen F auf je ein Anzeige-, Schreib- und Zählgeräte A, S und Z übertragen wird. die beispielsweise hintereinander geschaltet sind.
Mittels der bekannten, aus Drosselspule LI;, Kondensator CI; und Transformator TI; be stehenden Spannungskonstanthaltungsvorrieh- tung K wird aus der zum Beispiel um etwa 10 bis 20% schwankenden Netzspannung U eine auf etwa 0,5 bis 1 % konstante Mess- spannung UI@ hervorgebracht, die sowohl der im Eisenkern El feststehend angeordneten Erregerspule W1 des Wechselstromgebers Ei,
E2, W" W2, als auch über Vorwiderstaaad RG nebst Parallelkondensator<I>Co</I> der Erreger wicklung eines Schwingkontakt-Gleiohrich- richters G zugeführt wird, dessen Schwing kontakt mit den Fernleitungen F, dem Justierwiderstand Rv und den Messgeräten A, S und Z in Reihe geschaltet ist.
Die Grösse von RG und<B>CC,</B> wird so bemessen, dass die Schaltzeit des Gleichrichters G mit dem Nulldurchgang des Stromes JF genau zu sammenfällt, so dass an A, S und Z maximale Wirkung auftritt.
Der in der den feststehenden innern Eisenkern E2 umschliessenden Drehspule TY- induzierte Wechselstrom J, der dem Ablen kungswinkel a .der Drehspule aus ihrer Mit tellage verhältnisgleich ist, weil der Luft spalt zwischen E1 und E#_ homogen ist, wird über Vorwidersta.nd B nebst Parallelkonden sator C dem Widerstand RN zugeführt, 'In dessen Klemmen die dem Induktionsstrom J proportionale und somit dem Winkel a ver hältnisgleiche Wechselspannung Ur auftritt.
Diese Wechselspannung erzeugt durch die Wirkung des Schwingkontakt-Gleichrichters G den ihr proportionalen, auf die Empfän gerinstrumente A, S und Z wirkenden Gleichstrom Jy. Ist a = 0, so ist auch JF = 0, und die "Drehspulinstrumente A, b" zeigen auf den in ihrer Skalenmitte liegenden Nullpunkt, während der Gleichstrom-Arn- perestundenzähler Z stillsteht.
Bei a= 47 hat JF seinen positiven bezw. negativen Höchstwert, und die Instrumente A, S rea gieren hierauf mit positivem bezw. negativem Maximalausschlag, während der Zähler Z nach rechts oder links mit maximaler Dreh zahl läuft. Eine derartige Einrichtung eignet sich beispielsweise für Leistungsmessungen mit wechselndem Vorzeichen der über tragenen Leistungsgrössen (Abgabe und Bezug), wenn das Geberinstrument durch ein Wattmeter mit in der Skalenmitte liegendem Nullpunkt gebildet wird.
Im Messkreis der Drehspule ZPO ist ein Kondensator C vorgesehen, dessen Kapazität so bemessen ist, dass die Phasenverschiebung zwischen dem Feld im Luftspalt und dem die Drehspule durchfliessenden Induktions strom J möglichst genau<B>90'</B> beträgt.
Be zeichnet Lw die Induktivität der Drehspule W., so ist diese Bedingung der<B>90'</B> - Pha senverschiebung zwischen Luftspalt - Feld- und Induktionsstrom J erfüllt, wenn BZ # <I>C =</I> Lw gemacht wird. In diesem Falle kann die Drehspule<U>TV.</U> überhaupt kein eigenes Drehmoment entwickeln und infolge dessen auf die Einstellung des Geberinstru mentes 117, zum Beispiel einem Wattmeter. keine störende Rückwirkung ausüben.
Die zur Erfüllung dieser Bedingung er forderliche Grösse von B und C kann in ein fachster Weise dadurch experimentell ermit telt werden, dass man die Drehspule 11'.- zu nächst durch Abtrennen des Messkreises R, C, RN vollkommen stromlos macht und düs Geberinstrument<B>31</B> auf seinen (positiven oder negativen) b1aximalausschlag bringt (Maximum des -@Tinkels a), .der genau ab gelesen wird.
Hierauf wird der Messkreis 1?, C, RN mit der Drehspule WZ verbunden, und es werden dann B oder C oder B und C so lange geändert, bis das Geberinstrument M wieder den vorher abgelesenen Ausschlag zeigt. Eine Rückwirkung von W2 auf<B>-11,</B> ist dann nicht mehr vorhanden, und der Aus schlag von 117 ist dann unabhängig davon, ob TV, offen (Drehspule stromlos) oder an den Messkreis B, C, EN angeschlossen ist (Dreh spule vom Induktionsstrom J durchflossen).
Wenn auch bei der in Fig. 1 dargestell ten Einrichtung der in .der Drehspule TV, fliessende Induktionsstrom J im allgemeinen nur sehr klein zu sein braucht, um eine aus reichende Empfindlichkeit der Messung zu erzielen, so bringt die Einrichtung doch einen Vorteil, weil das vom Geberinstrument M (zum Beispiel Wattmeter) entwickelte Drehmoment an sich ,schon sehr klein ist und jedenfalls ein zusätzliches, durch die Dreh spule T'2 hervorgerufenes Drehmoment nicht vertragen könnte.
Fig. 2 zeigt als zweites Beispiel eine Ein richtung zur elektrischen Fernzählung von Durchflussmengen bei wechselnder Strö mungsrichtung (Vorwärts- und Rückwärts strömung). An der Wechselstromnetzspan- nung U, die um etwa 10 ö schwanken kann, liegt einerseits die auf dem Eisenkern E, des induktiven Wechselstromgebers E,, E2, <I>W,,</I> W, angeordnete Erregerspule W, und anderseits über zwei Fernleitungen P,
die Spannungswicklung 8, eines vorzugs weise spannungsunabhängigen Induktions zählers Al, A,., 82, -die im Spannungs eisen<I>A,</I> den der Betriebsspannung<I>U</I> pro portionalen Fluss (P, hervorruft. Das Geber instrument 111, wird in diesem Beispiel in nicht dargestellter Weise gebildet durch eine an ein Drosselgerät für wechselnde Strö mungsrichtung (Blende) angeschlossene Ring waage mit Nullpunkt in der Skalenmitte.
Die Drehachse der Ringwaage ist mit der Drehachse der den feststehenden innern Eisenkern F@ umschliessenden Drehspule Tlr, mechanisch gekuppelt, so dass der in Fig. 2 dargestellte Ablenkungswinkel a der Dreh spule aus ihrer Mittellage dem jeweiligen Einstellungswinkel der Ringwaage 16T, ver hältnisgleich ist.
An W. ist über den Justierwiderstand Rv, zwei Fernleitungen F2 und den Kondensator C die Stromwicklung S., des spannungsunabhängigen Induktions zählers angeschlossen, die im Stromeisen .A2 einen der Betriebsspannung U und dem Ab lenkungswinkel a proportionalen Fluss 0. er zeugt.
Die mit dem Zählwerk Z gekuppelte Scheibe B des Induktionszählers wird durch die beiden Flüsse 01 und O= angetrieben und gebremst. Die Drehzahl n der Scheibe B ändert sich mit dem Verhältnis J). / < .T)1 und ist somit, da 0. = const # <I>LT . a</I> und <B>0,</B> = const . U ist, dem Ablenkungswinkel a, das heisst dem jeweiligen Durchfluss unter Berücksichtigung des Vorzeichens proportio nal.
Ist die Strömung gleich Null, so spielt der Zeiger der Ringwaage M auf die Skalen mitte ein (a = 0). Dann ist auch der Tn- duktionsstrom J gleich Null (das heisst 0-, = 0), und die Zählerscheibe steht still. Bei a = 45 (Höchstwert der Vorwärts- bezw. Rückwärtsströmung) hat J seinen po#Ü- tiven bezw. negativen Höchstwert, und die Zählerseheibe läuft dann nach rechts oder links mit maximaler Drehzahl.
Der der Dreh spule W@ entnommene Induktionsstrom J muss aber verhältnismässig stark sein, um eine genügend hohe Scheibendrehzahl und insbesondere ein ausreichend grosses Dreh moment des Zählers zu erreichen. Hierdurch kann, insbesondere bei kleinen Messbereichen der Ringwaage, eine beträchtliche Rück wirkung der Drehspule auf die Ringwaage auftreten, wodurch die Messergebnisse ganz erheblich gefälscht werden können.
Die störende Rückwirkung der Drehspule WZ auf das Geberinstrument !11 kann somit auch dann vermieden werden, wenn, wie bei der Fernzähleinrichtung nach Fig. 2, der Drehspule ein verhältnismässig starker Strom entnommen werden muss. Auch bei dieser Einrichtung wird die Kapazität C so bemessen, dass die Phasenver schiebung zwischen dem Feld im Luftspalt und dem in der Drehspule fliessenden Induk tionsstrom .7 möglichst genau<B>90'</B> beträgt.
Bezeichnet Lw die Induktivität der Dreh spule W_ und Ls die Induktivität der Strom wicklung & , so ist diese Bedingung der 90'- Phasenverschiebung zwischen Luftspaltfeld und Induktionsstrom J erfüllt, wenn
EMI0004.0056
gemacht wird.
In diesem Fall kann die Drehspule 1i'., überhaupt kein eigenes Dreh moment entwickeln und infolgedessen auf die Einstellung des Geberinstrumentes<B>31</B> keine störende Rückwirkung ausüben, und zwar auch dann nicht, wenn der Drehspule ein verhältnismässig starker Strom entnom men wird.
Die Erfüllung der durch den obigen Formelausdruck gegebenen Grundbedingung kann in der bereits oben beschriebenen Weise auf experimentellem Wege erfolgen, indem die Grösse der Kapazität C so lange abge glichen wird, bis das Geberinstrument M, beim An- und Abschalten des Messkreises Pv, F2, <I>C,</I> S2 den gleichen Ausschlag zeigt, das heisst bis überhaupt keine Rückwirkung mehr vorhanden ist.
Es empfiehlt sich daher, die Schaltungsteile C, Fig. 2, ebenso wie h und C, Fig. 1, regelbar auszubilden, um im Be darfsfalle auch eine Nachjustierung in be quemer Weise vornehmen zu können.