Einrichtung zur Messung mehrerer physikalischer veränderlicher Grössen zwecks Regelung derselben. In der Mess- und Regeltechnik tritt sehr oft die Notwendigkeit auf, die gegenseitigen Beziehungen mehrerer veränderlicher physi kalischer Grössen in einem bestimmten Ver hältnis zueinander aufrechtzuerhalten, wie z. B. bei der Regulierung des Speisewassers an einem Hochleistungskessel. Hier ist es z. B. notwendig, die Speisewassermenge in Abhän gigkeit von der Dampfmenge zu regeln, wobei jedoch als weiteres Glied der Wasserstand bzw. das Abschlammwasser in bestimmten Grenzen geregelt werden müssen. Zur Auf rechterhaltung dieser Beziehungen werden sehr oft elektrische Schaltungen verwendet und am bekanntesten ist die Wheatstonsche Brücke und deren Varianten.
Diese Schaltung nach der Wheatstonschen Brücke hat jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen, die mit jeder Schaltung nach der Nullmethode notwendigerweise verbunden sind. So z. B. ist das Nullgerät bei abgegliche ner Brücke stromlos; es ist aber auch strom los, wenn ein Unterbruch in der Stromzufüh rung eintritt. Ein weiterer Nachteil ist. der, dass die in den Brückenkreisen eingeschalte ten Widerstände, die mit Schleifkontakten versehen sind, Fehler dadurch hervorrufen können, dass der Übergangswiderstand sich mit der Zeit verändert.
An den Schleifkon takten bilden sich die Oxyde, die den Gesamt widerstand ändern, so dass die Messung un genau wird, und man hat schon früher ver- sucht, Abarten von Brückenschaltungen zu entwickeln, die so arbeiten, dass der Über gangswiderstand nicht mit in die Messung eingeht, was in Brückenschaltungen bei Ver wendung von Kreuzspulmessgeräten möglich ist.
Diese Nachteile werden bei der erfindungs gemässen Einrichtung vermieden, deren We sen darin besteht, dass die physikalischen v er- änderliehen Grössen durch die Stellung von mittleren Schleifkontakten von vier Poten tiometern gegeben sind, wobei jeweils zwei und zwei Potentiometer über Gleichrichter verbunden sind und in der Verbindung der zwei mittleren Kontakte ein Messgerät einge schaltet ist, welches nur auf die Unterschiede der Mittelwerte der Halbwellen des durch fliessenden Wechselstromes anspricht, der den zwei übrigen Schleifkontakten der Potentio meter zugeführt wird.
Ein Beispiel der praktischen Durchfüh rung der Erfindung ist in den Abb. 1 bis 3 der beigeschlossenen Zeichnung dargestellt, wobei die Abb. 1 ein Schaltschema für die Regulierung von vier physikalischen veränderlichen Grössen veranschaulicht- Wenn wir auf die Wasserstandsregelung zurück greifen, so ergibt sich folgendes Bild: Das Potentiometer 2 ist an das Messwerk des Dampfmengenmessers mechanisch angeschlos sen, das Potentiometer 3 an den Wasser mengenmesser, das Potentiometer 4 an den Wasserstandsmesser, das Potentiometer 5 an die Abschlammwassermenge.
Sei es bemerkt, dass immer die mittleren Schleifkontakte von den Potentiometern 2 bis 5 mechanisch an den erwähnten Messgeräten angeschlossen sind, wobei zwecks Vereinfachung weder diese mechanischen Verbindungen noch die Mess geräte selbst in der Zeichnung dargestellt sind.
Ändert sich z. B. die Dampfmenge, dann bewegt sich der mittlere Schleifkontakt des Potentiometers 2 nach oben. Aus der Abb. 1 geht klar hervor, dass da eigentlich zwei Stromkreise bestehen, die grundsätzlich eine gemeinsame Strecke zwischen den beiden Schleifkontakten von den Potentiometern 4 und 5 besitzen. Der obere Stromkreis beginnt an dem Schleifkontakte des Potentiometers 2, geht über den linken Gleichrichter 6, dann über die obere Hälfte des Potentiometers 4, die oberwähnte gemeinsame Strecke hindurch, dann. über die obere Hälfte des Potentio meters 5, über den rechten Gleichrichter 6 und endlich über die obere Hälfte des Poten tiometers 3 bis zum Schleifkontakt dieses Po tentiometers, wo beide Stromkreise wieder zu sammengekuppelt sind.
Der untere Strom kreis, der auch an dem Schleifkontakte des Potentiometers 2 beginnt, verläuft analog über alle untern Hälften von allen vier Po tentiometern, beide untern Gleichrichter 6' und 6' sowie die gemeinsame Strecke zwischen den mittleren Schleifkontakten. In diese ge meinsame Strecke ist ein Messgerät 7 und ein Relais 8 eingeschaltet, die im folgenden noch beschrieben werden.
Die in diesen Kreisen eingeschalteten Gleichrichter 6, 6 und 6' 6' sind derart einge richtet, dass eine Halbwelle des an den Klem men 1 zugeführten Wechselstromes (z. B. die positive Halbwelle) über den obern Strom- kreis,die negative Halbwelle über den intern Stromkreis gehen können. Beide Halbwellen gehen selbstverständlich durch die gemein same Strecke durch das Messgerät 7 und das Relais 8 hindurch.
Wenn nun die beiden Stromkreise ver schiedene Widerstände haben, was z. B. durch die oberwähnte Verschiebung des mittleren Schleifkontaktes an Potentiometer 2 eintrat, dann sind die beiden Halbwellen A1 und A2 ungleich, so dass das Messgerät 7 einen Aus schlag zeigt. Je nachdem, ob nun die obere Halbwelle oder die untere Halbwelle grösser wird, wird das Messgerät 7 -nach links oder nach rechts ausschlagen.
Der Zweck der Einrichtung ist nun, mit deren Hilfe das Gleichgewicht wiederherzu stellen, was zweckmässigerweise durch Ver schiebung des mittleren Schleifkontaktes des Potentiometers 3 erfolgen kann. Wird der Schleifkontakt des Potentiometers 2 nach oben verschoben, dann muss - um das Gleich gewicht wiederherzustellen - der Schleifkon takt des Potentiometers 3 nach unten ver schoben werden. Das heisst also: steigt der Dampfverbrauch, dann muss auch gleichzeitig die Wassermenge gesteigert werden, was ent weder von Hand aus oder automatisch erfol gen kann. Für die automatische Regulierung ist es also nötig, dass das Messgerät 7 mit. Arbeitskontakten versehen wird, welche beim Ausschlag des Zeigers dieses Messgerätes z. B.
die Speisewasserpumpe einschalten. Was die mechanischen Verbindungen zwischen den entsprechenden Dampf- bzw. Wassermengen messern und den Schleifkontakten der Poten tiometer 2 und 3 anbelangt, dann sind diese Verbindungen so hergestellt, dass bei steigen der Dampfmenge der Schleifkontakt des Po tentiometers 2 nach oben geht, dagegen bei steigender Wassermenge der Schleifkontakt des Potentiometers 3 nach unten verschoben wird. Wenn nun z.
B. durch Ungenauigkeiten in der Dampf- und Wassermengenmessung der Wasserspiegel imKessel steigt oder sinkt- was durch die Verschiebung des mittleren Kontaktes des Potentiometers 4 erkenntlich ist -, dann wird die Wassermenge auf einen höheren oder niedrigeren Wert reguliert, und zwar so lange, dass der Schleifkontakt des Po tentiometers 4 wieder in die mittlere Stellung kommt und der normale Wasserstand erreicht ist. Ist die Anzahl der veränderlichen physi kalischen Grössen kleiner als vier, z.
B. drei, so wird die vierte Grösse durch eine geeignet gewählte Konstante ersetzt. Die Grösse und Frequenz der Wechselspannung, welche den Klemmen 1 zugeführt ist, ist für die Messung nicht massgebend. Auch die auf das Messgerät 7 gelegten Ansprüche sind sehr bescheiden: durch seinen Ausschlag soll es nur auf die Unterschiede der Mittelwerte des durchflie ssenden Wechselstromes einwirken. Es genügt. daher ein ganz einfaches Messgerät, was ein Vorteil gegenüber den bestehenden Schaltun gen ist.
Unter Voraussetzung, dass bei der Mes sung durch die Verschiebung der Schleifkon takte jedes Potentiometer in zwei Teile nach der gewählten Proportionalität zu der zuge hörigen physikalischen Grösse geteilt wird, entstehen die folgenden Stromverhältnisse: Es sei angenommen, dass die positiven Halbwellen des Wechselstromes nach dem in Abb. 1 gezeichneten Schaltschema von links nach rechts verlaufen, die negativen Halb wellen dann in entgegengesetzter Richtung. Durch Wirkung der Gleichrichter 6' gehen die positiven Halbwellen durch die beiden untern Zweige und auch durch alle vier un tern Teile aller vier Potentiometer 2, 4, 5, 3 hindurch.
Die Amplitude A1 der positiven Halbwellen, welche von links nach rechts durch das Messgerät 7 hindurchgehen, ist um gekehrt proportional zur Widerstandssumme aller dieser vier untern Teile. Analog ist die Amplitude A ; der negativen Halbwellen um gekehrt proportional zur Widerstandssumme aller vier obern Teile aller vier Potentiometer 3, 5, 4, 2, wobei die negativen Halbwellen wie derum durch das Messgerät hindurchgehen, aber jetzt von rechts nach links. Die Stromver hältnisse bei Ungleichgewicht sind in Abb. 3 dargestellt, wo die positiven Amplituden A,, grösser als die negativen Amplituden A2 sind.
Da das Messgerät 7 nur auf die mittleren Werte bzw. auf deren Unterschiede einwirkt, zeigt es in diesem Falle einen positiven Aus schlag I , welcher Proportional dem resul tierenden positiven Mittelwert ist. Bei Un- gleichgewicht in entgegengesetztem Sinne, das heisst, wenn Az grösser als A1 ist, zeigt das Messgerät 7 einen negativen Ausschlag II .
Bei Gleichgewicht, das heisst bei der Gleichheit der Summe der Teilwiderstände in beiden Richtungen, entsteht ein Zustand nach Abb. 2. Beide Halbwellen haben gleiche Am plituden<B>(A,<I>=</I></B> A ,) , das Messgerät 7 hat einen Nullausschlag 0 , obwohl durch dieses ein Wechselstrom hindurchströmt, welcher auch durch alle Stromkreise hindurchgeht. Da durch wird die Kontrolle der Betriebsfähig keit ermöglicht. In den Stromkreis des Mess gerätes 7 kann auch ein Anzeigegerät 8, z. B. ein Relais, welches bei einer Stromunterbre chung zur Wirkung kommt, geschaltet wer den. Ähnlich können auch in die einzelnen Zweige (z. B. zwischen die Klemmen 9) Ge räte eingeschaltet werden, welche uner wünschte Störungen in diesen Stromkreis an zeigen.
Aus den Ausschlägen des Messgerätes 7 kann man auch die gegenseitigen Verhältnisse von beiden Halbwellen, das heisst auch die Verhältnisse der Widerstände von Potentio metern messen. Ausser dieser Messung kann die erfindungsgemässe Einrichtung direkt zur Regulierung angewendet werden. Dazu wird das Messgerät 7 mit weiteren Arbeitskontak ten versehen, wie schon früher beschrieben wurde.
Der Erfindungsgegenstand ist nicht nur auf die Benützung Ohmscher Widerstände be schränkt, sondern es können auch induktive und kapazitive Widerstände benützt werden. Unter den in den Ansprüchen erwähnten Be griff Potentiometer fällt also nicht nur ein aus Ohmsehen Widerständen zusammengesetz tes Potentiometer, sondern allgemein aus Widerständen überhaupt, also auch aus in duktiven und kapazitiven Widerständen. In der Schaltung nach der Erfindung können auch Kombinationen dieser Widerstände ver wendet werden.