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Einrichtung zum Messen einer Größe mit einem von dieser abhängigen
Scheinwiderstand Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung,
bei der die Abweichungen eines von einer Meßgröße beeinflußten Schein, widerstandes
von einem von dieser nicht oder in anderer Weise beeinflußten Vergleichsscheinwiderstand
in einer an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Schaltung von einem an eine
gesteuerte Gleichrichteranordnung angeschlossenen Gleichstrommeßgerät unmittelbar
angezeigt werden. Die Scheinwiderstände sind Kondenstatoren, Drosselspulen oder
Wirkwiderstände, die in ihrer Kapazität bzw. Induktivität oder in ihrem Wirkwiderstand
durch die Meßgröße geändert werden.
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Solche Einrichtungen werden z. B. zum Messen kleiner Längenunterschiede
an Werkstücken o. dgl. benutzt, wobei die zu untersuchenden Werkstücke-mittels eines
Tasters miteinander verglichen werden, der einen Scheinwiderstand steuert. Zu diesem
Zweck wird vorzugsweise mit dem Tastorgan ein Eisenanker verbunden, der je nach
seiner Stellung gegenüber einem mit einer Wechselstromwicklung versehenen Eisenkern
den magnetischen Kraftfluß und damit die Größe des Scheinwiderstandes der Wechselstromwicklung
ändert.
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Um nun den durch die Meßgröße gesteuerten Scheinwiderstand mit einem
unveränderlichen oder durch die Meßgröße z. B. in umgekehrtem Sinne gesteuerten.
Scheinwider--stand zu vergleichen, kann man z. B. die Differenz der in den beiden
Scheinwiderständen bei dem Anschluß an eine Wechselstromquelle fließenden Ströme
mit einem von der Wechselstromquelle gesteuerten Elektrodynamometer messen. Diese
Anordnung hat aber den Nachteil eines verhältnismäßig großen Energieverbrauchs.
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Wesentlich günstiger ist die Verwendung eines an. einen Gleichrichter
angeschlossenen Gleichstrominstrumentes. Derartige Anordnungen ergeben auch eine
geringere Abhängigkeit von Schwankungen der Speisespannung und eine weitgehende
Freiheit in der Wahl der Frequenz des Wechselstromes.
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Man hat nun vorgeschlagen, die beiden zu vergleichenden Wechseiströme
zunächst getrennt voneinander gleichzurichten und die so erhaltenen Gleichströme
unter Verwendung eines geeigneten Gleichstrominstrumentes miteinander zu vergleichen.
In diesem Fall machen sich aber die unvermeidlichen Fehler der Gleichrichtung bei
der Differenzbildung in erhöhtem
Maße bemerkbar. Außerdem verbrauchen
solche Anordnungen verhältnismäßig viel Leistung.
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Es ist eine Anordnung zum Messen einer Nomponente eines ,Vechsdstromwiderstandes
bekanntgeworden, wobei mittels eines Transformators eine Differenzschaltung gespeist
und die Differenz der von zwei Scheinwiderständen abhängigen Ströme mittels einer
Anordnung von fremdgesteuerten Sehwingkontaktgleichrichtern gemessen wird. Dabei
werden die Schwingkontaktgleichn.chter von einer Hilfswicl;lung des unmittelbar
an die Wechselstromquelle angeschlossenen Transformators gesteuert, d. h. die Steuerung
der Gleichrichter wird unmittelbar aus der Spannung abgeleitet. Zum genauen Messen
der betreffenden Komponentö sind dabei aber besondere phasenregelnde Mittel erforderderlich.
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Im Gegensatz dazu ist bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung
an einen von der \:N eehselstromquelle gespeisten Differenzlvandler eine Differenzschaltung
angeschlossen, die in ihren beiden Differenzstromkreisen je einen der beiden Scheinwiderstände
enthält, und die Anzeige erfolgt mit Hilfe einer an sich bekannten Sperrschichtgleichrichteranordnung,
deren Steuerung von dem Strom eines. der Differenzstromkreise mit der Phase dieses
Stromes abgeleitet wird. Die Verwendung von fremdgesteuerten Sperrschichtgleichrichtern
hat gegenüber Schwingkontaktgleichrichtern besonders für MeßeinriclltungeP, die
zum Gebrauch in Werkstätten u. dgl. bestimmt sind, den Vorteil, daß keine bei unsorgfältiger
Behandlung zu Störungen geneigten beweglichen Teile vorhanden sind.
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Außerdem sind gesteuerte Sperrschichtgleich- -richter auch für höhere
Frequenzen geeignet.
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Dies ist aber gerade für Gebrauchsgeräte dieser Art sehr vorteilhaft,
weil bei höheren Frequenzen die wesentlichen Teile des Meßgeräts viel kleiner und-leichter
ausgeführt werden können und auch Störungen durch in der Nähe befindliche ÄVechselströme
der üblichen Frequenz in diesem Fall nicht zu befürchten sind.
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Im übrigen bietet die Verwendung von gesteuerten Gleichrichtern den
Vorteil, daß man den mechanischen Nullpunkt des Gleichstrominstrumentes in die Mitte
der Skala legen kann, wodurch der Verbrauch entsprechend geringer wird und ebenso
auch die Fehler des Instrumentes und der Gleichrichter. Dadurch, daß die Steuerung
der Gleichrichter von einem der beiden zu vergleichenden Ströme abgenommen wird,
gewinnt man den Vorteil, daß besondere Mittel zum Einstellen der richtigen Phasenlage
des Steuerstromes entbehrlich sind, wenn der Winkel der zu messenden Änderung des
Scheinwiderstandes gleich oder nahezu gleich dem Winkel des Scheinwiderstandes selbst
ist, was in der Regel zutrifft. Wenn nur einer der beiden Scheinwiderstände von
der Meßgröße abhängig ist, wird man vorzugsweise die Steuerung an den Stromkreis
anschließen, der den von der Meßgröße unabhängigen Vergleichswiderstand enthält.
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Vorzugsweise wird mit dem einen der beiden Scheinwiderstände ein
Ohmscher Widerstand in Reihe geschaltet, von dem in an sich bekannter Weise zwei
Sperrschichtgleichrichteranordnungen in Brückenschaltung parallel abgezweigt sind,
die in ihren anderen Diagonalen einerseits untereinander verbunden und an die Sekundäi
-wicklung des Differenzwandlers angeschlossen und andererseits über das Gleichstrommeßgerät
miteinander verbunden sind. Dabei ist es zu empfehlen, parallel zu dem Gleichstrommeßgerät
zwei in Reihe liegende liondensatoren anzuordnen, deren Verbindungspunkt an die
Sekundärwicklung des Differenzwandlers angeschlossell ist. Die Kondensatoren haben
die Aufgabe, Störspannungen, die infolge der unvermeidlichen Unsymmetrien in den
Gleichrideranordnungen aus dem Steuerstromkreis in den Meßkreis eindringen könnten,
zu sperren. Vorzugsweise wird der Steuerstromkreis der Sperrschichtgleichrichteranordnung
an den den Vergleichswiderstand enthaltenden Differenzstromkreis angeschlossen.
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Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in
einem Schaltbild. An eine Wechselstromquelle r, 2 ist eine Differenzschaltung angeschlossen,
die. in ihren beiden Differenzstromkreisen je einen Scheins iderstand 7 bzw. 8,
je einen Ohmschen Widerstand I7 bzw. I6 und je eine Primäruicklung 14 bzw. 15 eines
Differenzwandlers I2 enthält. Dabei ist angenommen, daß der Scheinwiderstand S von
der zu messenden Größe abhängig ist.
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Von dem Widerstand I7 ist nun der Steuerstroml;reis einer Sperrschichtgleichrichteranordnung
parallel abgezweigt. Zu diesem Zweck sind zur doppelwelligen Gleichrichtung in an
sich bekannter V,ise zwei Spernschichtgleichrichteranordnungen IS, 19 in Brückenschaltung
vorgesehen, die unter beiderseitiger Vorschaltung von \liderständen 20, 2I bzw.
22, 23 an den Aliderstand I7 angeschlossen sind. In den anderen Diagonalen sind
die Gleichrichterbrücken einerseits untereinander verbunden und an die Sekundärwicklung
13 des Wandlers 12 angeschlossen und andererseits über ein Gleichstrommeßgerät 9
miteinander verbunden. Der Stromkreis der Sekundärwicklung 13 ist dann über zwei
Kondensatoren 24, 25 geschlossen, deren Verbindungspunkt an die Sekundärwicklung.
I3 angeschlossen ist.
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Durch den Anschluß an den von dem Vechselstrom durchflossenen Widerstand
I7 werden die Sperrschichtgleichrichteranordnungen IS, I9 bei richtiger Wahl der
Durchlaßrichtung der einzelnen Gleichrichter in an sich bekannter Weise so gesteuert,
daß sie gewissermaßen als Synchronschalter
wirken und dem Meßgerät
g einen Gleichstrom zuführen, der der Differenz der die beiden Scheinwiderstände
7, 8 durchfließenden Ströme entspricht. Dabei hat die beiderseitige Anordnung vorzugsweise
gleich großer Vorwiderstände 20, 21 bzw. 22, 23 den Vorteil, daß die Punkte 35,
36, 37> 38 der Gleichrichteranordnungen'bei beiden Stromrichtungen auf dem gleichen
Potential liegen, so daß störende Ausgleichströme vermieden werden. Die Kondensatoren
24, 25 haben den Zweck, die vorzugsweise niederohmige Sekundärwicklung I3 gegen
infolge der Unsymmetrien der Gleichrichter auftretende Gleichströme zu sperren.
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Anordnungen gemäß der Erfindung haben insbesondere auch den Vorteil,
daß sie in verhältnismäßig einfacher Weise eine wahlweise Veränderung des Meßbereiches
ermöglichen. Dabei können grundsätzlich zwei yerschiedene Fälle unterschieden werden:
Wenn die Meßgröße in der Größenordnung ungeändert bleibt, aber der Endausschlag
des Instrumentenzeigers einer mehr oder weniger großen Abweichung von dem Sollwert
entsprechen soll, so bleibt der Strom, der über den von der Meßgröße gesteuerten
Scheinwiderstand 8 fließt, innerhalb der Grenzen, die der Steuerstrom nicht überschreiten
soll. Der Vergleichswiderstand 7 kann deshalb ungeändert bleiben, und es ist nur
eine Meßbereichumschaltung am Differenzwandler I2 erforderlich.
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Zu diesem Zweck können die beiden zur Differenzbildung dienenden lKicklungen
14, 15 des Wandlers entsprechend der Anzahl der Meßbereiche unterteilt und symmetrisch
zu dem Verbindungspunkt der beiden Wicklungen an die Kontakte je eines von zwei
mechanisch miteinander gekuppelten Wahlschaltern angeschlossen werden.
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Wenn dagegen die Meßgröße sicht in ihrer Größenordnung ändert, der
Ausschlag am Anzeigeinstrument aber stets der gleichen Abweichung entsprechen soll,
so bleibt der Strom, der über den Von der Meßgröße beeinflußten Scheinwiderstand
8 fließt, und auch der Strom in dem Vergleichswiderstand 7 nicht mehr innerhalb
der für den Steuerstrom zulässigen Grenzen, da der Vergleichswiderstand verändert
werden muß.
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Es ist deshalb eine Umschaltung nötig, die bei der Meßbereichänderung
den Steuerstrom in den zulässigen Grenzen hält.
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In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel einer Einrichtung mit mehreren
Meßbereichen. einen ordnung dargestellt, bei der gesteuerte Sperrschichtgleichrichter
in einer Schaltung nach Fig. I benutzt werden. Dabei ist angenommen, daß eine Umschaltung
der Meßbereiche für die beiden im vorstehenden behandelten Fälle ermöglicht werden
soll.
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Zu diesem Zweck sind einerseits die zur Differenzbildung benutzten
beiden Primärwicklungen 14 und Ig entsprechend unterteilt und in symmetrischer Anordnung
an die Kontakte zweier mechanisch miteinander gekuppelter Wahlschalter 26, 27 angeschlossen.
Andererseits ist der Vergleichswiderstand 7 unterteilt und an die Kontakte eines
zweiten6+Wahlschalters~33 angeschlossen, der mit einem Regelschalter 34 für den
Widerstand I7 mechanisch gekuppelt ist.