5iessanordnung mit Kompensationssehaltung, insbesondere für die Zwecke der Fernmessung. Zur Messung kleiner Ströme ist es be kannt, Kompensationsschaltungen zu ver wenden, mit deren Hilfe in einem besonderen Hilfsstromkreis unter Benutzung eines Kom pensationsgerätes ein Strom eingestellt wird, der der zu messenden Grösse proportional ist. Für die Zwecke der Fernmessung kann die ser Kompensationsstrom über die Fern leitung gesandt werden.
Als Kompensa tionsgerät können verschiedenartig gebaute Einrichtungen verwendet werden, mit deren Hilfe die zu messende Grösse (Strom oder Spannung) mit dem im Hilfsstromkreis fliessenden Strom oder einem bestimmten Bruchteil dieses Stromes verglichen wird. Dieser Vergleich kann auch auf elektrischem Wege durchgeführt werden, indem man beide Ströme durch ein und dieselbe Spule eines Mess- oder Steuergerätes in entgegen gesetzter Richtung fliessen lässt.
Bei den be kannten Schaltungen macht die Beeinflus- sung des Kompensationsstromes in Ab hängigkeit von dem durch das Kompensa tionsgerät durchgeführten Vergleich zwi schen der zu messenden Grösse und dem -Kompensationsstrom oder einem bestimmten Bruchteil dieses Stromes Schwierigkeiten, weil jede mechanische Rückwirkung der Ver- stelleinrichtung für den Kompensations strom auf das Kompensationsgerät zu pro zentualen Messfehlern oder Skalenverschie bung führt.
Es ist auch vorgeschlagen wor den, in Kompensationsschaltungen Ent ladungsgefässe (Verstärkerröhren) zu ver wenden. Die bekannten Anordnungen arbei ten aber entweder mit dauernden Änderun gen des Kompensationsstromes derart, dass nur der Mittelwert der Messgrösse entspricht, oder die Verstärkerröhren werden nur an gewandt, um durch die Bereitstellung einer grösseren Energie die erwähnten Schwierig keiten zu vermindern.
Gegenstand der Erfindung ist eine Mess- anordnung, bei der eine praktisch rückwir kungslose Beeinflussung des Kompensations stromes in Abhängigkeit vom Kompensa tionsgerät ermöglicht ist. Gemäss der Erfin dung wird ein Entladungsgefäss in Selbst erregungsschaltung zur Beeinflussung des Kompensationsstromes verwendet, und der Rückkoppplungsgrad wird kontinuierlich in Abhängigkeit vom Kompensationsgerät be einflusst.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Er findung ist in der Abb. 1 dargestellt.
Mit 1 ist das Kompensationsmessgerät be zeichnet, dem ein der zu messenden Grösse entsprechender Strom durch die Zuleitungen 2 und 3 zugeführt wird. 4 ist die Spule des beweglichen Systems, beispielsweise die Spule eines Drehspulmessgerätes. Die Strom zuführungen zu diesen Spulen werden mög lichst richtkraftlos ausgeführt. Man kann entweder sehr schwache Federn verwenden; oder man kann Richtkräfte durch Queck silberkontakte oder dergleichen gänzlich be seitigen.
Mit der Spule 4 ist eine aus Metall, beispielsweise Aluminiumblech, bestehende Fahne 5 fest verbunden, die zur Steuerung .des Kompensationsstromes dient. Für die Erfin dung ist die Ausbildung des Kompensations- gerätes belanglos; man könnte beispielsweise auch Geräte verwenden, die nach Art einer Kelvin-Waage gebaut sind. Zur Steuerung des Kompensationsstromes dient das Ent ladungsrohr 6.
Man verwendet zweckmässig ein. Hochvakuumglühkathodenrohr. Jedoch lassen sich auch gas- oder dampfgefüllte Rohre verwenden. Im Anodenkreis des Rohres 6 liegt der aus der Induktivität 7 und der Kapazität 8 bestehende Schwingungs kreis, der mit dem Kompensationswider stand 9 und dem Anzeigegerät 10 und der Anodenstromquelle 11 (Batterie oder Netz anschlussgerät) in Reihe geschaltet ist.
An Stelle des Anzeigegerätes 10 kann auch ein Registriergerät oder Regelgerät in den Anodenkreis geschaltet werden. Im. Gitter- kreis der Röhre 6 liegen die Rückkopplungs spule 12 und der Kondensator 13. Das Gitter der Röhre 6 ist ferner durch den hohen Widerstand 14 mit der Kathode verbunden. Die Kopplung zwischen den Spulen 7 und 1 2 wird so gewählt, dass kräftige Schwingungen einsetzen, so dass sich der Kondensator 13 und damit auch das Gitter der Röhre 6 stark negativ auflädt und der Anodenruhe strom einen geringen Wert annimmt.
Die Fahne 5, ist beweglich zwischen den Spulen 7 und 12 angeordnet, so dass der Rückkopp lungsgrad von der jeweiligen Lage der Fahne abhängt. Der jeweilige Arbeitspunkt und damit der Anodenruhestrom der Röhre auf ihrer Charakteristik sind durch die Ruf ladung des Gitters bestimmt.
Diese Ruf ladung ist ihrerseits abhängig von der Am plitude der selbsterregten Schwingung. Die Amplitude dieser Schwingung ist aber vom Rückkopplungsgrad und vom jeweiligen Ar beitepunkt abhängig. Man erhält dadurch eine zwar nicht lineare, aber doch ausser einem gewissen Bereich stetige Abhängig keit des Anodenruhestromes vom Rückkopp lungsgrad und damit von der augenblick lichen Lage der Fahne 5.
Ein Teil des Anodenruhestromes wird durch die Spule 4 des Kompensationsgerätes 1 geleitet. Zu diesem Zweck sind die Lei tungen 2 und 3 an die Enden des Kompen sationswiderstandes 9 angeschlossen. Man kann auch eine besondere Spule verwenden, um den Kompensationsstrom auf das Kom pensationsgerät einwirken zu lassen. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn mehrere Kompensationsgeräte mit einer gemeinsamen Anodenstromquelle betrieben werden sollen und die Messstromkreise galvanisch mitein ander verbunden sind.
Durch das Wider standsverhältnis zwischen dem Kompensa tionswiderstand 9 und des von diesem Wi derstand abgezweigten stromdurchflossenen Spulenkreises wird der Teil des Gesamt kompensationsstromes bestimmt, der auf das Kompensationsgerät 1 rückwirkt. Man kann deshalb durch Verändern des Widerstandes 9 oder des Widerstandes 15 das Verhältnis zwischen dem ursprünglichen Messstrom und dem durch das Gerät 10 fliessenden Stromes (Verstärkungsgrad) einstellen. Der Konden sator 16 hält die entstehenden Schwingungen vom Widerstand 9 und dem Messgerät 10 fern.
Um den über die Röhre 6 fliessenden Mindeststrom unschädlich zu machen, wird mit Hilfe des Widerstandes 17 und der Stromquelle 18, die ein Teil der Anoden stromquelle sein kann, über die Leitung 19 ein dem Anodenstrom entgegengerichteter Strom über das Gerät 10 geleitet. Dieser Strom kann gleich oder grösser als der Ano- denmindeststrom sein. Seine Konstanz spielt keine Rolle, da er bei der Kompensation mit berücksichtigt wird.
Die Anordnung wirkt in folgender Weise: Es sei angenommen, dass die Fahne 5 ausserhalb des Wirkungsbereiches der Spulen 7 und 1.2 liegt. Der Röhrengenerator wird daher stark schwingen, so dass sich das Git ter der Röhre 6 stark negativ auflädt und daher der Anodenstrom einen geringen Wert annimmt. Durch die Spule 4 des Kompen sationsgerätes fliesst ein Strom, der dem durch das Gerät fliessenden Strom entspricht. Der Anschluss wird so gewählt, dass dieser Strom die Spule 4 so bewegt, dass sich die Fahne 4 zwischen die Spulen 7 und 12 schiebt. Dadurch wird die Intensität der einsetzenden Schwingungen verringert und der Anodenstrom steigt.
Er wird allmählich so stark werden, wie der durch den Wider stand 17 fliessende Strom, so dass über den Kompensationswiderstand 9 und das Gerät 10 kein Strom mehr fliesst. Dann wirken auch keine Kräfte mehr auf Fahne 5 ein und sie behält die eingenommene Lage bei. Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass sich selbsttätig das Gerät 10 auf den Wert Null einstellt, wenn die Messgrösse ebenfalls Null ist. Wird nun ein zu messender Strom über die Spule 4 geleitet, dann sucht dieser Strom die Fahne 5 zwischen die Spulen 7 und 1 2 zu schieben, so dass die Schwingungen schwächer -,verden und der Anodenstrom steigt.
Dadurch steigt auch der über den Widerstand 9 fliessende Strom, so dass der von diesem Widerstand abgezweigte Strom, der über die Spule 4 fliesst, dem Messstrom entgegenwirkt. Die Bewegung der Fahne 5 hört auf, sobald der zu messende Strom und der ihm entgegengesetzte Teil des Kompen sationsstromes gleich gross geworden sind.
Die beschriebene Schaltung gestattet die Verwendung von Anzeigegeräten 10, deren Nullpunkt in der Mitte liegt, da sich bei der Stromrichtungsumkehr in der Spule 4 auch die Richtung der Bewegung der Fahne 5 und die dadurch hervorgerufene Änderung des Anodenstromes umkehrt.
Es empfiehlt sich, die elektrischen Ab messungen der zur Anwendung kommenden Schwingungskreise so zu wählen, dass die entstehenden Schwingungen im unhörbaren Frequenzbereich liegen. Man wird zweck mässig mit Frequenzen in der Grössenordnung von 106 Herz arbeiten. Bei der Verwen- dung so hoher Frequenzen lassen sich die Abmessungen der Spulen in der Grössenord nung von 0,5.1.1 cm halten.
Man kann deshalb auch sehr kleine Fahnen zur Beein flussung des Rückkopplungsgrades verwen den. Damit durch Stösse die Fahne 5 nicht auf die andere Seite der Spulen 7 und 12 geschoben werden kann, empfiehlt es sich; Anschläge vorzusehen, welche eine solche Bewegung der Fahne verhindern.
Da der Rückkopplungsgrad auch durch Verschieben der Spulen 7 und 12 gegenein ander oder durch Verändern einer Kapazi tät beeinflusst werden kann, welche Energie vom Anodenkreis nach dem Gitterkreis führt, so kann man die im Ausführungsbeispiel dargestellte Veränderungsmöglichkeit des Rückkopplungsgrades auch durch eine an dere ersetzen.
Es ist für die beschriebene Anordnung wesentlich, dass die Fahne 5 bei Gleichheit des Messstromes und Kompensationsstromes eine beliebige Lage einnehmen kann. Man wird deshalb, wie eingangs erwähnt, Richt- kräfte nach Möglichkeit vermeiden. Lassen sich solche Richtkräfte in besonderen Fällen nicht ausschalten, dann muss man gewisse Ungenauigkeiten in Kauf nehmen, die sich aus dem nicht ganz linearen und von den jeweiligen Betriebsverhältnissen abhängigen Zusammenhang zwischen der Lage der Fahne 5 und dem Anodenstrom ergeben.
Der Gegenstand der Erfindung wird be sonders vorteilhaft für die Zwecke der Fern messung angewandt. Man kann beispiels weise das Messgerät 10 an einem entfernten Ort aufstellen. Die dabei auftretenden Ver änderungen des Leitungswiderstandes wer den, wie bei jedem Kompensationsverfahren. unschädlich gemacht.
Die Anwendung des Gegenstandes der Erfindung ist ferner als Empfangsgerät für Fernmessungen, zum Beispiel für das Im pulsfrequenzfernmessverfahren, besonders vor teilhaft. Bei diesem Verfahren werden im Rhythmus der eintretenden Fernmessimpulse (Energiespeioher) zum Beispiel Kondensato ren über ein Messgerät entladen, geladen oder umgeladen.
Die bei diesem Verfahren für das Messgerät. zur Verfügung stehende Ener gie ist wegen der Kontaktabnutzung nicht über einen bestimmten Wert erhöhbar. Wenn man die Lade- oder Entladeströme des Kon- densators über das Kompensationsgerät der vorliegenden Erfindung leitet, dann hat man es in der Hand,
eine fast beliebige Verstär kung vorzunehmen. Man kommt deshab mit besonders kleinen Kondensatoren aas und kann die Kontakte schonen. Man kann ferner die Zeitkonstanten des Lade- und Entlade stromkreises der Messkondensatoren klein halten und aus diesem Grunde die Impuls häufigkeit steigern. Da das Kompensations gerät 1 an Stelle eines beliebigen Messgerätes treten kann, so kann man auch ohne weiteres Summen und Einzelwerte anzeigen.
In die sem Falle ist lediglich eine galvanische Tren nung des Messstromkreises vom Kompensa tionsstromkreis vorzunehmen, falls, wie ein gangs erwähnt, eine gemeinsame Anoden stromquelle verwendet wird. Man kann also alle bekannten Schaltungen für die Summie- rung mit gleichzeitiger Anzeige der positiven und negativen Einzel- oder Teilsummenwerte benutzen.
Bei der beschriebenen Anordnung findet die Kompensation in einer Drehspule statt. Wie bereits erwähnt, kann man auch zwei getrennte Spulen verwenden, die miteinander starr gekuppelt sind und von welchen die eine vom Messstrom, die andere vom Kom- pensationGstrom durchflossen wird. Wenn es sich um die Anzeige von Wechselstrom grössen handelt, so kann man die Kompen sation in der Weise durchführen, dass man ein von einem Wechselstrommessgerät er zeugtes Drehmoment durch ein vom Kom pensationsstrom erzeugtes Drehmoment auf bebt.
Man kann beispielsweise den Anker eines Ferraris-Triebsystems mit der Kompen sationsspule auf eine gemeinsame Achse setzen, durch welche die den Kompensations strom steuernde Fahne bewegt wird. Der artige Anordnungen kommen besonders für die Fernübertragung von Wechselstromgrössen mittels eines Gleichstromes in Betracht.
Entsprechende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abb. 2 und 3 dar gestellt.
In Abb. 2 ist mit<B>101</B> eine Batterie be zeichnet. 102, 103 und 104 sind Empfänger für das Impulsfrequenzverfahren, bei wel chen Kondensatoren abwechselnd über Mess geräte 105, 106 und 107 von der Batterie 101 aufgeladen werden.<B>108</B> ist das Steuer gerät. Die Summe der durch die Empfangs geräte 102, 103, 104 erzeugten Ströme fliesst über die eine Hälfte 109 der Wicklung des Steuergerätes 108. 110 ist eine Verstärker röhre, in deren Anodenkreis der Zähler 111 liegt. An Stelle einer besonderen Anoden batterie kann auch die Batterie 101 verwen det werden.
Man kann das Gerät auch über be kannte Netzanschlussgeräte von einem Wech selstromnetz speisen. Im Anodenkreis der Röhre 110 liegt der aus der Induktivität 112 und der Kapazität 113 bestehende Schwin gungskreis. Die Spule 112 ist mit der Spule 14 gekoppelt, die zwischen Gitter und Ka thode der Röhre<B>110</B> angeschlossen ist. In der Gitterleitung liegt der Gitterkondensator 115 und der Ableitwiderstand 116. Der be wegliche Teil des Steuergerätes 108 ist mit der Fahne 117 versehen, welche zwischen den Spulen 112 und 114 beweglich ist.
Der Zähler 111 ist mit einem Kontakt geber beliebiger Bauart versehen und erzeugt entsprechend der Umlaufsgeschwindigkeit seines Ankers Impulse, welche auf eine nach Art der Empfangsgeräte 102, 108, 104 ge baute Einrichtung 118 einwirken. Durch diese Einrichtung werden über die zweite Wicklungshälfte 119 des Gerätes 108 Ströme gesandt, welche dem durch die Wicklung 109 fliessenden Strom entgegenwirken. 120 ist ein in Stromkreis des Zählerkontaktes liegendes Relais, mit dessen Hilfe die vom Zähler 111 erzeugten Impulse nach einem entfernten Ort gesandt, oder einem Zählwerk zugeführt werden können.
Die Anordnung wirkt in folgender Weise: Die Summe der von den Empfangsgerä ten 102, 103, 104 erzeugten Ströme sucht die Fahne 117 zwischen die Spulen 112 und 114 zu schieben. Da der Rückkopplungsgrad um so geringer ist, je mehr die beiden Spu len durch die Fahne gegeneinander abge schirmt werden, um so mehr schwächt die Bewegung der Fahne die Schwingungen der Röhre 110. Die negative Ladung des Git ters der Röhre 110 wird dadurch vermindert, so dass der Anodenstrom ansteigt.
Entspre chend der Umlaufsgeschwindigkeit des Zäh lers 111, welche dem Anodenstrom der Röhre 110 entspricht, werden die im Gerät 118 enthaltenen Kondensatoren geladen und da durch ein der Impulshäufigkeit entsprechen der Strom durch die Wicklung 119 gesandt. Diese sucht die Fahne 117 aus dem Bereich der Spulen herauszubewegen. Die Fahne bleibt in Ruhe, sobald sich die Einflüsse der Spulen 109 und 119 aufheben; dann ent spricht die vom Zähler 111 erzeugte Impuls häufigkeit der Summe der von den Geräten 102,<B>103,</B> 104 gelieferten Ströme.
Das Steuergerät 108 arbeitet um so ge nauer, je geringer die auf den beweglichen Teil dieses Gerätes einwirkenden Richtkräfte sind, weil dann die Fahne 117 bei Gleich heit der Einflüsse der Spulen 109 und 119 in jeder beliebigen Lage stehen kann. Da die Beeinflussung des Anodenstromes der Röhre 110 unabhängig davon ist, auf welchen Sei ten der Spule sich die Fahne 117 befindet, so empfiehlt es sich durch einen Anschlag zu verhindern,
dass diese Fahne nach beiden Seiten ausschwingen kann. Die vorstehenden Betrachtungen gelten sinngemäss auch für die in Abb. 3 dargestellte Einrichtung.
Bei der in Abb. 3 dargestellten Einrich- tung sind die mit Abb. 2 übereinstimmenden Teile mit den gleichen Bezugszahlen ver sehen. Die Schaltung gemäss der Abb. 3 zeigt, dass nicht nur positive, sondern auch positive und negative Messwerte summiert werden können und dass , man Steuergeräte mit nur einer Wicklung benutzen kann.
Diese Wicklung liegt im Nulleiter eines Drei leitersystems, das durch Anzapfen der Bat terie 101 gebildet ist. In dem einen Aussen leiter 121 liegen die Geräte zum Empfang der positiven Summanden. Im andern Aussenleiter 122 liegt das Gerät 118 und parallel dazu ein oder mehrere Empfangs geräte für die negativen Summanden. Es ist nur eines dieser Geräte dargestellt und mit 123 bezeichnet. Die von den Geräten 102, 103, 104 gelieferten Ströme wirken im ent- gegengegesetzten Sinne auf das Steuergerät 108 ein, als die von den Geräten 118 und 123 gelieferten Ströme.
Im übrigen ist die Wir- kungsweise die gleiche, wie bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung.
Beim Auswechseln der Röhre 110 kann es vorkommen, dass die Schwingungen der Röhre in Abhängigkeit von der Stellung der Fahne<B>117</B> plötzlich mit voller Kraft ein setzen und sich der Anodenstrom nicht, oder nur in sehr engen Grenzen stetig regeln lässt.
Man hat aber im Kondensator 113 bezw. in einem zur Spule 114 parallel geschalteten Kondensator ein Mittel in der Hand, um eine stetige Regelung des Anodenstromes herbeizuführen. Es hat sich gezeigt"dass durch Vergrösserung des Kondensators<B>113</B> bezw. Verkleinerung eines zur Spule 114 parallel geschalteten Kondensators sich ohne weiteres die gewünschten Verhältnisse einstellen las sen.
Die Steilheit des Stromanstieges in der Röhre 110 in Abhängigkeit von der Stellung der Fahne 112 ist im wesentlichen von den Konstanten der Schwingungskreise abhängig.
Eine stetige Regelung des Anodenstromes 110 erhält man auch, wenn man die Spule 112 von einem besonderen Generator, zum Beispiel Röhrengenerator, speist. Durch die Fahne 117 wird dann die in der Spule 114 erzeugte EMK gesteuert. Auch auf kapazi- tivem Wege kann man die dem Gitter zu geführte Spannung oder den Rückkopplungs grad verändern.
Durch die Wahl der Grösse der im Gerät 118 enthaltenen Kondensatoren hat man es in der Hand, ein beliebiges Verhältnis zwi schen der Zahl der ankommenden Impulse und der vom Zähler 111 gelieferten Impulse einzustellen.
Man wird in der Praxis die Verhältnisse so wählen, dass die vom Zähler 111 erzeugte maximale Impulshäufigkeit nicht grösser ist als die maximale Impuls- häufigkeit der übrigen Fernmessübertragun- gen. Die beschriebene Einrichtung gestattet es, über die Wicklung des Zählers 111 einen Strom einzustellen,
der ein Vielfaches des über das Regelgerät 108 fliessenden Stromes ist.