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Einrichtung zur Fernübertragung von Zeigerstellungen.
Zum Zwecke der Fernübertragung von Zeigerstellungen ist eine im wesentlichen nach dem Prinzip des für die Spannungsregelung elektrischer Maschinen bekannten sogenannten trägen Reglers arbeitende Einrichtung bekannt geworden. Sie arbeitet in der Weise, dass der Zeiger des Ausgangsmesswerkes mit einer Kontaktfeder ausgerüstet ist, welche mit einem Doppelkontakt zusammenarbeitet, der von einem Drehspulinstrument, dessen Achse in der Verlängerung derjenigen des Ausgangsmesswerkes liegt, getragen wird. Bei Berührung der einen oder anderen Seite des Doppelkontaktes wird ein Servo-Motor in Betrieb gesetzt. der den Schleifkontakt eines Widerstandes solange verstellt, bis der durch diesen Widerstand fliessende Strom, der über das Drehspulinstrument geleitet ist, die Drehspule im Sinne der Öffnung des geschlossenen Kontaktes verdreht.
Die Drehspule stellt sich also auf einen dem Zeigerausschlag entsprechenden Winkel ein und der Strom kann über eine Fernleitung am Empfangsort gemessen werden und ist der Zeigerstellung proportional.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass sie den Messgrössenänderungen nur verhältnismässig langsam zu folgen vermag, d. h. die besonders interessierenden schnellen Bewegungen des Messzeigers werden nicht rechtzeitig übertragen und an der Empfangsstelle können also auch keine zählenden Instrumente angebracht werden. Ausserdem ist die zur Verstellung des Widerstandes nötige Motorapparatur verhältnismässig teuer.
Demgegenüber betrifft die vorliegende Erfindung eine nach dem sogenannten Schnellreglerprinzip arbeitende Einrichtung, die ohne Servomotor arbeitet, sich also wesentlich billiger stellt als die obenbeschriebene, ausserdem praktisch trägheitsfrei ist, so dass sowohl schnelle Stellungs- änderungen des Geberzeigers zeitrichtig übertragen werden, als auch die Fernzählung möglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung wird im folgenden beschrieben. Die Zeich- nung enthält in Fig. 1 die Anordnung der wesentlichen Bestandteile, in Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Fernleitungsströme, in Fig. 3 den Verlauf der auf die Übertragungsapparatur wirkenden Kräfte, abhängig von der zu übertragenden Zeigerstellung, in Fig. 4 das der Fig. 3 entsprechend Diagramm für den Fall, dass das Messinstrument den Nullpunkt in der Mitte seiner Skala hat, also für positive und negative Ausschläge eingerichtet ist, und in Fig. 5 eine besondere Bauweise der Kontaktvorrichtung.
In Fig. 1 bedeutet :
1 ein Zeigerinstrument als Ausgangsmesswerk, 2 die Spiralfeder des Instrumentes, 3 ein Kompensationsinstrument, beispielsweise ein Drehspulinstrument, 4 die Achse des Drehspulinstrumentes, 5 eine Kontaktfeder auf der Achse 4, 6 einen raumfesten Kontakt, 7 einen raumfesten Anschlag gegenüber dem Kontakt ss. 8 eine Zugfeder, 9 ein Netzwerk (beispielsweise bestehend aus Kondensator 10, Drosseln 11 und Widerständen 12), wie es unter der Bezeichnung Vierpol in der Telegraphentechnik bekannt ist, 13 eine Batterie, 14 die Fernleitung und 15 das Empfangsinstrument.
Das von der Feder 2 übertragene Drehmoment ist bestrebt, den Kontakt 5,6 zu schliessen, das Kompensationsinstrument 3 wirkt im entgegengesetzten Sinne. Auf die Zugfeder 8 ist in der grundsätzlichen Beschreibung zunächst keine Rücksicht genommen, da sie nur für die Übertragung der Zeigerstellung Null von Bedeutung ist und die Null-Übertragung später noch ausführlich behandelt wird.
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Im übrigen sei die Wirkungsweise an Hand der Fig. 2 erklärt : Dort ist der zeitliche Verlauf des in der Fernleitung fliessenden Stromes aufgetragen. Als Anfangszustand werde willkürlich angenommen, der Kontakt 5, 6 (Fig. 1) sei geschlossen und der Strom im Fernleitungskreise sei Null. Es steigt dann zunächst der Strom in diesem Kreise nach einer Kurve a an, die durch die Spannung der Batterie 13, die Grössen der Induktivitäten 11 und der Widerstände 12 im Vierpol 9 bestimmt ist. Wenn der Wert il überschritten wird, welcher dem von der Spiralfeder 2 auf die Achse 4 des Drehspulinstrumentes übertragenen Drehmoment entspricht, wirkt auf die Achse 4 ein resultierendes Drehmoment im Sinne der Kontaktöffnung.
Der Kontakt 5,. 6 wird also bei einem über dem Wert il liegenden Strome, beispielsweise beim Strom i" wieder geöffnet, so dass der ungeladene Kondensator in den Stromkreis eingeschaltet wird. Der Strom muss infolgedessen wieder abfallen, u. zw. nach einer Kurve b, die ebenfalls durch die elektrischen Konstanten des Kreises, im wesentlichen durch die des Vierpols, bestimmt ist. Dabei wird der den Gleichgewichtszustand bezeichnende Strombetrag il wieder unterschritten und bei einem niedriger als i liegenden Betrag, z. B. beim Strom i'" der Kontakt 5 und 6 wieder hergestellt, worauf sich das Spiel. das in abwechselnder Über-und Untersteuerung des Übertragerstromes besteht, in der beschriebenen Weise wiederholt.
Der im Drehspulinstrument und in der Fernleitung fliessende Strom pendelt also um einen Wert, der als Mass für die Zeigerstellung angesehen werden kann. Der Weg, den die Kontaktfeder 5 zurücklegen kann, ist durch einen Anschlag 7 begrenzt. Der durch diesen bestimmte freie Weg der Feder 5 wird zweckmässig möglichst klein zu halten sein.
Durch die Bemessung der Grössen des Vierpols kann, wie aus dem Obigen hervorgehen dürfte, die Häufigkeit der Kontaktgabe auf einen Wert eingestellt werden, dem die Drehspule des Kompensationssystems einwandfrei folgen kann. Anderseits hat die durch den Vierpol bewirkte künstliche Erhöhung der Zeitkonstante des Fernleitungskreises den Zweck, die Apparatur ohne die geringste Abänderung für Übertragungsleitungen verschiedener Eigenschaften oder verschiedener Länge brauchbar zu machen.
Als Empfangsinstrumente bei der beschriebenen Einrichtung kommen vorzugsweise Drehspulinstrumente in Betracht, die ja bekanntlich bei einem aus Gleich-und Wechselstromanteilen bestehenden Strom nur den Gleichstrombetrag anzeigen.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet einwandfrei, solange die Differenz der Drehmomente der Feder 2 und des Drehspulinstruments 3 gross genug ist, um die Kontaktfeder 5 zu betätigen. Am Nullpunkt und in der Nähe davon ist das offenbar nicht mehr der Fall, d. h. die Messgrösse Null kann überhaupt nicht übertragen werden, sehr kleine Messgrössen nur unzuverlässig oder ungenau.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch beseitigt, dass die Feder 8 in Fig. 1 eingefügt wird.
Der Einfluss dieser Feder sei an Fig. 3 erläutert. Abhängig von der Stellung des zu übertragenden Zeigers sind die im Sinne der Kontaktschliessung wirkenden Drehmomente nach oben aufgetragen. Das Moment der Feder 2 ist mit 111z bezeichnet, das der Feder 8 mit iKg. Die Summe dieser beiden Momente, mit JMg + Mg bezeichnet, muss von dem Drehspulinstrument aufgewogen werden, d. h. das im Sinne der Kontaktöffnung wirkende von dem Drehspulinstrument aufzubringende Moment verläuft abhängig vom Zeigerausschlag nach der Geraden 1114. sie ist die an der Abszissenachse gespiegelte Gerade M2 + M8. Da bei einem Drehspulinstrument das Drehmoment proportional dem Strome ist.
ist die Gerade 1114 gleichzeitig die fernübertragene Stromstärke, abhängig von der Zeigerstellung.
Das Empfangsinstrument kann dadurch der veränderten Geberapparatur angepasst werden, dass man seiner Spiralfeder eine solche Vorspannung gibt, dass bei dem die Messgrössen Null bedeutenden endlichen Grundstrom der Empfangszeiger auf den Nullpunkt der Skala einspielt.
Eine Unterbrechung der Fernleitung oder irgendein Fehler in der Übertragungsapparatur, der zum Verschwinden des Grundstromes führt, ist dann auf der Empfangsstelle ohne weiters
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Anzeigen von Instrumenten mit Nullpunkt in der Mitte der Skala. Das der Fig. 3 entsprechende Drehmomentdiagramm zeigt die Fig. 4. JMa ist wieder das von der Spiralfeder des Ausgangsmesswerkes übertragene Moment, M8 dasjenige der Zugfeder. Das letztere ist so gross zu nehmen, dass auch am negativen Skalenende die Summe beider (Geraden M2 + M3) noch im Sinne der Kontaktschliessung wirkt. Damit, dass die Gerade M2 + Mg in dieser Figur genau so verläuft wie in Fig. 3, ist gezeigt, dass die Femübertragung ebenso vor sich geht wie nach Fig. 3.
Zur Verbesserung der Kontaktverhältnisse und um ein gleichmässiges Arbeiten sicherzustellen, kann ferner die Kontaktvorrichtung so gebaut werden, dass sie nur bei einem bestimmten Kraftüberschuss des Messsystems gegen das Kompensationssystem und umgekehrt an-
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spricht. Eine entprechende Ausbildung der Kontaktvorrichtung zeigt Fig. 5. 16 ist ein permanenter Magnet, 4 die Achse des Kompensationssystems, 5 die auf ihr befestigte bewegliche Kontaktfeder, 6 der raumfeste Kontakt.
Die Feder 5 trägt ausserdem ein kleines Eisenstück 17. Da das Eisenstück je nach der Lage der Feder vom Nord-oder Südpol des Magneten 16 gleichmässig stark festgehalten wird, wird die Kontaktvorrichtung immer erst dann betätigt. wenn die Differenz der Drehmomente des Kompensationssystems gegen das Messsystems oder umgekehrt eine bestimmte Grösse hat.
Um die in manchen Fällen störenden Pulsationen in der Fernleitung zu vermeiden, kann auf der Geberstelle vor der Fernleitung vorteilhaft noch eine Drosselkette mit einem oder mehreren Gliedern eingeschaltet werden.
Es ist zweckmässig, die Bestandteile des Vierpols 9 und die Spannung der Batterie 13 derart zu bemessen, dass der Stromanstieg und-Abfall zwischen zwei Kontaktbetätigungen annähernd nach einer Geraden verläuft. Da das Instrument 15 den arithmetischen Mittelwert des Kompensationsstromes anzeigt, wird die Anzeige hiemit in weitem Masse unabhängig von etwaigen Schwankungen der Spannung der Batterie 13.
Die Einrichtung kann ferner so getroffen werden, dass der Strom des Fernübertragungskreises von der am Kompensationssystem befestigten Kontaktfeder nicht direkt, sondern über ein Zwischenrelais gesteuert wird. Man erreicht danach den Vorteil, mit der Wahl von Stromstärke und Spannung im Fernübertragungskreis von dem Kontakt unabhängig zu sein.
Die neue Einrichtung bezieht sich also auf die Fernübertragung von Zeigerstellungen von Instrumenten mit Nullpunkt am Anfang oder in der Mitte der Skala mit abwechselnder Über-und Untersteuerung des Fernleitungsstromes. wobei aus den besprochenen Gründen die Übertragung mit einem gewissen Grundstrom erfolgt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Fernübertragung von Zeigerstellungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerkontakt sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verdrehungswinkel der Achse einer Messvorrichtung (1) und demjenigen einer Kompensationsvorrichtung (3) dauernd öffnet und schliesst und dass in den hiedurch gesteuerten Stromkreis, der die Kompensationsvorrichtung (3) und das Empfangsinstrument (15) enthält, ein Vierpol (9) derart eingeschaltet ist, dass nach jeder Kontaktbetätigung der Strom auf einen Wert ansteigt oder abfällt, bei welchem eine neue Kontaktbetätignng erfolgt.