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Anordnung zum gleichzeitigen Messen zweier veränderlicher Grössen über einen gemeinsamen
Verstärker.
Man hat vorgeschlagen, zwei veränderliche Grössen gleichzeitig über einen gemeinsamen Verstärker in der Weise zu messen, dass zwei um 90 in der Phase gegeneinander verschobene Wechselspannungen erzeugt werden, die je einer der beiden Messgrössen zugeordnet sind. Diese beiden Wechselspannungen bilden eine resultierende Spannung, die über den Verstärker, vorzugsweise einen selbsttätigen komplexen Kompensator, derart zugeführt wird, dass die beiden den Messgrössen entsprechenden Komponenten der resultierenden Spannung getrennt voneinander abgebildet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieses Verfahrens in der Weise, dass der Abgleich durch zwei Gleichstrom-Kompensations-oder-Brückenschaltungen erfolgt. Dabei werden die in den bei Nullstromkreisen der genannten Messschaltungen fliessenden Ausgleichsströme gemäss der Erfindung durch zwei mit um 900 gegeneinander phasenverschobenen "Erregerströmen synchron gespeiste Unterbrecher oder Modulationsvorrichtungen zerhackt bzw. moduliert und über einen oder mehrere Transformatoren dem gemeinsamen Verstärker zugeführt.
Dadurch erhält man in allen den Fällen wesentlich einfachere Anordnungen, wo es sich um die Messung von Gleichstromgrössen handelt oder andern Messgrössen, die sich vorteilhaft auf Gleichstromgrössen zurückführen lassen. Vorzugsweise erfolgt der Abgleich selbsttätig mittels gleichzeitig als phasenabhängige Nullindikatoren und Umkehrmotoren wirkender Induktionszählermesswerke. Man erhält dadurch insbesondere die Möglichkeit, zwei gleich-oder verschiedenartige Messgrössen der genannten Art mittels zweier Schreibgeräte mit Tintenschrift gleichzeitig über einen gemeinsamen Röhrenverstärker ohne gegenseitige Beeinflussung aufzuzeichnen.
Als Unterbrecher werden vorzugsweise Schwingkontakt-Synchronschalter benutzt, wie sie vielfach als mechanische Gleichrichter benutzt werden. Diese haben den Vorzug, dass sie sehr genau arbeiten und dass bei der Bewegung der schwingenden Zunge keine Störungen durch Kontaktpotentiale auftreten. Die bei einer derartigen Anordnung zu berücksichtigenden kapazitiven Störströme können durch Erdung und elektrostatische Abschirmung in der üblichen Weise unschädlich gemacht werden.
Je nach der Natur der zu messenden Grössen können diese entweder durch zwei Spannungskompensationsschaltungen, zwei Stromkompensationsschaltungen oder zwei Gleichstrom-Brückenschaltungen abgeglichen werden. Gegebenenfalls können aber zum Abgleichen der beiden Messgrössen auch ungleichartige Messschaltungen der genannten Art benutzt werden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in Schaltbildern dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Messen zweier beliebiger Gleichspannungen, Fig. 2 eine Anordnung zum Messen der Stromstärke und der Spannung in einem Gleichstromkreis und Fig. 3 eine Anordnung zum Messen zweier Widerstände oder solcher Grössen, deren Änderungen auf Änderungen von Widerständen zurückgeführt sind.
In Fig. 1 sind die zu messenden Gleichspannungen mit U1 und U2 bezeiehnet. An die Spannung U1 ist über den Kontakt 1 eines Synchronschalters 2 und einen durch den Schleifkontakt 3 entsprechend der Winkelstellung or, abgegriffenen Teil eines Schleifdrahtes 4 die eine von zwei Primärwicklungen 5 eines Transformators 6 angeschlossen. Ebenso ist die Spannung üs über den Kontakt. T eines Synchron-
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schalters 2'und einen Schleifdraht 4'mit dem Kontakt 3'an eine zweite Primärwicklung 5'des Transformators 6 angeschlossen.
Dem Schleifdraht 4 wird ein Gleichstrom aus einer Batterie 7 über ein Messgerät S und einen zum Gleichhalten des Batteriestromes dienenden Regelwiderstand 9 zugeführt. Ebenso wird dem Schleifdraht 4'ein Gleichstrom aus einer Batterie 7'über ein Messgerät 8'und einen Regelwiderstand 9'zugeführt. Die Schleifkontakte 3 und 3'werden durch je ein Induktionszählermesswerk 10 bzw. 10'verstellt, wobei die Feldwicklungen der Messwerke über einen Phasenregler 11
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an eine Phasenspannung, die Feldwicklung 12'des Messwerkes 10'dagegen an eine verkettete Spannung angeschlossen ist.
Die gemeinsame Sekundärwicklung 13 des Transformators 6 ist mit den Eingangsklemmen eines Verstärkers 14 verbunden, dessen Ausgangsklemmen an die in Reihe geschalteten Ankerwicklungen 15 und 15'der Messwerke 10 bzw. 10'angeschlossen sind. Die Erregerwicklungen der Synchronschalter 2 und 2'sind an die Leitungen R, S des Drehstromnetzes angeschlossen. Dabei ist in den Stromkreis der Erregerwicklung 16 des Synchronsehalters 2 eine Drosselspule 17 und in den Stromkreis der Erregerwicklung 16'des Synchronschalters 2'die Parallelschaltung eines Ohmschen Widerstandes 18 und eines Kondensators 19 eingeschaltet.
Unter dem Einfluss der Spannung U1 fliesst in dem betreffenden Teile des Schleifdrahtes 4 ein Strom, der einen der Grösse des Winkels 0 : 1 entsprechenden Spannungsabfall erzeugt. Diesem wirkt ein von dem Strom der Batterie 7 in dem Schleifdraht 4 erzeugter Spannungsabfall entgegen. Ist die so gebildete Spannungskompensationsschaltung abgeglichen, so dass im Nullstromkreis, d. h. in der Primärwicklung 5, kein Strom fliesst, so ist der vom Schleifkontakt 3 jeweils abgegriffene Teilwiderstand und damit der Winkel or dem betreffenden Spannungsabfall und somit auch der zu messenden Spannung U1 proportional, vorausgesetzt, dass der Batteriestrom mit Hilfe des Regelwiderstandes 9 und des Kontrollinstruments 8 konstant gehalten wird.
Wenn nun durch eine Änderung der Spannung U1 der Kompensationszustand gestört wird, so fliesst im Nullstromkreis ein Strom, der durch den von dem Wechselstromnetz R, S über die Drosselspule 17 erregten Zungenunterbrecher 2 synchron mit der Netzfrequenz zerhackt wird. Der zerhackte Strom durchfliesst die Primärwicklung 5 und erzeugt somit in der Sekundärwicklung 13 eine der Wechselstromkomponente des zerhackten Stromes entsprechend Wechselspannung U/, deren Phasenlage von der Richtung des Nullstromes entsprechend der Richtung der Abweichung von dem Kompensationszustand abhängig ist.
In ähnlicher Weise kann die Spannung U2 durch den Spannungsabfall kompensiert werden, der dem Winkel or., der Einstellung des Schleifkontaktes 3'entspricht. Bei nicht abgeglichener Schaltung fliesst in dem betreffenden Nullstromkreis ein Strom, der durch den Kontakt 1'des Synchronschalters 2' zerhackt wird und in der Sekundärwicklung 13 des Transformators 6 eine entsprechende Wechselspannung U2'erzeugt.
Die beiden Spannungen Pfund U2'setzen sich zu einer resultierenden Spannung zusammen, die in dem Verstärker 14 verstärkt und den Ankerwicklungen 15 und 15'zugeleitet wird. Dadurch, dass die Feldwicklungen 12 und 12'an eine Phasenspannung bzw. eine verkettete Spannung angeschlossen sind, ergibt sich eine Phasenverschiebung von 900 zwischen den betreffenden Feldströmen. Ebenso ist die Drosselspule 17 einerseits und die Widerstandskombination 18, 19 anderseits so bemessen, dass auch die Erregerströme der beiden Synchronschalter 2 und 2'in der Phase um 900 gegeneinander verschoben sind.
Durch entsprechende Einstellung des Phasenreglers 11 kann nun die Phasenlage der Ströme in den Feldwicklungen 12 und 12'so gewählt werden, dass der Nullmotor"10 auf den gewissermassen mit der Phase 0 zerhackten Gleichstrom in der Primärwicklung 5 mit grösster Empfindlichkeit und auf den mit der Phase 90 zerhackten Gleichstrom in der Primärwicklung 5'überhaupt nicht anspricht, und dass umgekehrt der Nullmotor 10'nur auf den Strom in der Primärwicklung J', nicht aber auf den Strom in der Primärwicklung 5 anspricht. Ist diese Bedingung erfüllt, so werden
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und or, linear abgebildet. Man kann nun z.
B. mit den Schleifkontakten Schreibvorrichtungen kuppeln, die dann ohne gegenseitige Beeinflussung die beiden Spannungen U1 bzw. U2 gleichzeitig mit Tintenschrift aufzeichnen.
Durch Kondensatoren 20 und 21 im Eingangs-bzw. Ausgangskreis des Verstärkers 14 kann in an sich bekannter Weise eine Abstimmung auf die Frequenz des die Synchronschalter erregenden Netzes erfolgen. Dadurch wird in an sich bekannter Weise der Verstärkungsgrad erhöht. Ausserdem hat dies den Vorteil, dass der Äusgangsstrom einen sinusförmigen Verlauf nimmt.
Die gleiche Anordnung kann benutzt werden, um zwei Messgrössen gleichzeitig aufzuzeichnen, die sich, wie z. B. Temperaturen durch Thermoelemente, auf Gleichspannungen zurückführen lassen.
Wenn es sich um die Messung von elektrischen Strömen handelt, so wird man zweckmässig die bekannte von Merz und Stanek als Saugschaltung"bezeichnete Stromkompensationsschaltung benutzen.
Das gleiche gilt z. B. für den Fall, dass Lichtströme mittels Photozellen gemessen werden sollen, da es hier vorteilhaft ist, die Photoströme zu kompensieren.
Man kann aber auch einen Strom und eine Spannung gleichzeitig messen oder aufzeichnen, indem man zum Abgleich des Stromes eine Stromkompensationsschaltung und zum Abgleich der
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Spannung eine Spannungskompensationsschaltung benutzt. Auf diese Weise kann man z. B. gleichzeitig den Strom und die Spannung in einen Gleichstromkreise messen oder aufzeichnen. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn in dem Stromkreis stromabhängige Widerstände wie Heissleiter oder Kaltleiter vorhanden sind.
Ein Beispiel dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. Dort ist mit 22 eine Gleichstromquelle bezeichnet, die über einen Widerstand 23 geschlossen ist. Von einem Teile dieses Widerstandes wird mittels eines Schleifkontaktes 24 eine Spannung U abgegriffen, an die ein Spannungsteilerwiderstand 25,26 angeschlossen ist. Die Spannung U erzeugt nun einen Strom J, der durch einen Heissleiter, z. B. einen Silitwiderstand 21, den Kontakt 28 eines Synchronschalters 29 und die eine Primärwicklung 30 eines Transformators 31 geschlossen ist.
An der Reihenschaltung der Primärwicklung 30 und des Kontaktes 28 zweigt sich ein Strom JV ab, der über einen Vorwiderstand 32 und einen von einem Schleifkontakt 33 entsprechend dem Winkel ss abgegriffenen Teil eines Schleifdrahtes 34 fliesst. Im übrigen wird der Schleifdraht über einen zum Gleichhalten des Batteriestromes dienenden Regelwiderstand 35 und ein Kontrollmessgerät 36 von einer Batterie 37 gespeist.
Zum Messen der Spannung U ist eine Spannungskompensationsschaltung vorgesehen, die an den Widerstand 26 angeschlossen ist und im übrigen mit der in Fig. 1 dargestellten übereinstimmt.
Dementsprechend sind die betreffenden Schaltungselemente auch in Fig. 2 mit den gleichen Ziffern bezeichnet, wie in Fig. 1. Ebenso ist die Schaltung des Transformators 31 sowie die Anordnung und Schaltung der übrigen Teile die gleiche wie in Fig. 1.
Infolge der zum Messen der Stromstärke J benutzten Stromkompensationssehaltung wird der zu messende Strom in an sich bekannter Weise kompensiert durch den die Primärwicklung 30 und den Kontakt 28 des Synchronschalter 29 in entgegengesetzter Richtung durchfliessenden Vergleichsstrom JV, der durch die von dem Nullmotor 10 gesteuerte Sehleifdrahtanordnung 33,34 selbsttätig so eingestellt wird, dass der zerhackte Gleichstrom JN = J-JV = 0 wird. Der den Schleifdraht 34 durchfliessende Batteriestrom muss wieder mit Hilfe des Regelwiderstandes 35 und des Kontrollinstrumentes 36 auf den der Eichung entsprechenden Wert eingestellt oder durch einen Spannungsgleichhalter selbsttätig konstant gehalten werden.
Der in dem vergleichsweise hochohmigen Widerstand 32 fliessende Vergleichstrom JV ist gegenüber dem Batteriestrom sehr klein und infolgedessen dem von dem Schleifkontakt 33 abgegriffenen Teilwiderstand bzw. dem Winkel ss proportional. Bei dieser Messanordnung tritt nach der Abgleichung an den Teilen 28 und 30 kein Spannungsabfall auf, so dass in dem Stromkreis J tatsächlich der Silitwiderstand 27 allein wirksam ist.
Im übrigen muss ebenso, wie bei dem Beispiel nach Fig. 1, durch den Anschluss der Feldwicklungen 12 und 12'über einen Phasenregler 11, die Einschaltung einer Drosselspule 17 in den Stromkreis der Erregerwicklung 16 des Synchronschalter 29 und einer Widerstandskombination 18, 19 in den Stromkreis der Erregerwicklung 16'des Synchronschalter 2'oder auf andere Weise dafür gesorgt werden, dass der Nullmotor 10 nur auf den mit der Phase 0 zerhackten, der Stromstärke J entsprechenden Strom JV und der Nullmotor 10'nur auf den mit der Phase 900 zerhackten, der Spannung U entsprechenden Strom anspricht. Dann wird der zu messende Strom J an dem Einstellwinkel R des Schleifdrahtes 33 und die zu messende Spannung U gleichzeitig an dem Einstellwinkel a des Schleifkontaktes 3'abgebildet.
In diesem Falle kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass der eine der beiden Schleifkontakte, z. B. 3', mit einer Schreibtrommel gekuppelt wird, auf der eine mit dem Schleifkontakt 33 gekuppelte Schreibvorrichtung dann ein den Zusammenhang zwischen der Stromstärke J und der Spannung U darstellendes Diagramm aufzeichnet. Auf diese Weise kann die Abhängigkeit einer beliebigen Messgrösse von einer beliebigen andern dargestellt werden, z. B. die Änderung des Anodenstromes einer Verstärkerröhre bei Änderungen des Gitterstromes od. dgl. Bei einem solchen"Koordi- natenschreiber"kann natürlich auch die eine der beiden Messgrössen, vorzugsweise die die Schreibvorrichtung bewegende, durch ein unmittelbar anzeigendes Messwerk erfasst werden.
In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, dass zum Abgleich der Messgrösse Brückenschaltungen benutzt werden. Dies wird sich besonders dann empfehlen, wenn es sich um die Messung von Widerständen handelt, z. B. um die spannungsunabhängige Messung und Aufzeichnung von Messwerten, die mit Hilfe von Widerstandsgebern übertragen werden oder um Temperaturmessungen mit Widerstandsthermometern.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ist angenommen, dass es sich um die gleichzeitige Aufzeichnung von zwei Widerstandswerten 38 und 38'handelt. Diese liegen mit festen Widerständen 39.
40, 41 bzw. 39', 40', 41'zusammen in je einer Brückenschaltung, die durch Schleifdrähte 42 bzw. 42' ergänzt werden. Jede Brückenschaltung wird durch eine Batterie 43 bzw. 43'über einen Vorwiderstand 44 bzw. 44'gespeist. In die Diagonalzweige sind je eine Primärwicklung 45 bzw. 45'eines gemein- samen Transformators 46 über je einen Synchronschalterkontakt 47 bzw. 47'eingeschaltet. Die Sekundär- wicklung 13 des Transformators 46 ist wie in den vorbeschriebenen Beispielen über einen Verstärker 14 an die Ankerwicklungen 15 und 15'von Induktionszählermesswerken 10 bzw. 10'angeschlossen, die zum Verstellen der Schleifkontakte 48 bzw. 48'der Sehleifdrähte 42 bzw. 42'dienen.
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Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 3 der Anschluss der Erregerwicklungen 49 und 49', der Synchronschalter und der Feldwicklungen 12 und 12'der Messwerke 10 bzw. 10'nicht gezeichnet. Er kann in der gleichen Weise erfolgen wie in Fig. 2 dargestellt. Die Phasenzugehörigkeit ist deshalb
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum gleichzeitigen Messen zweier veränderlicher Grössen über einen gemeinsamen Verstärker, wobei zwei um 90 in der Phase gegeneinander verschobene Wechselspannungen erzeugt werden, die je einer der beiden Messgrössen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich durch zwei Gleichstrom-Kompensations- oder -Brückenschaltungen, vorzugsweise selbsttätig mittels gleichzeitig als phasenabhängige Nullindikatoren und Umkehrmotoren wirkende Induktionszählermesswerke, in der Weise erfolgt, dass die in den beiden Nullstromkreisen der Messschaltungen fliessenden Ausgleichsströme durch zwei mit um 900 gegeneinander phasenverschobenen Erregerströmen synchron gespeiste Unterbrecher oder Modulationsvorrichtungen zerhackt bzw.
moduliert und über einen oder mehrere Transformatoren dem gemeinsamen Verstärker zugeführt werden.