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Es sind elektrische Kompensationsmeßanlagen bekannt, bei denen die
Ausgangsspannung passiver elektrischer Meßwertgeber, beispielsweise mit Dehnungsmeßstreifen
bestückte Kraftmeßdosen, durch eine Kompensationsspannung aufgehoben und damit gemessen
wird. Die Kompensationsspannung wird bei bekannten Meßanlagen dieser Art einer Brückenschaltung
entnommen, die ein einstellbares Potentiometer enthält. Die Ausgangsspannung dieser
Brückenschaltung kann den Ausgangsspannungen verschiedener Meßwertgeber entgegengeschaltet
und mit Hilfe des Potentiometers so abgeglichen werden, daß ein Nullinstrument im
Kompensationskreis keine Spannung anzeigt. Die Stellung des Potentiometerabgriffs
stellt dann ein Maß für die zu messende Spannung dar.
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Derartige Meßanlagen sind zur Vermeidung von Meßfehlern darauf angewiesen,
daß die Speisespannung der passiven Meßwertgeber und die Speisespannung der Kompensationseinrichtung,
aus der die Kompensationsspannung entnommen wird, in einem gleichbleibenden Verhältnis
zueinander stehen. Bei solchen Meßanlagen liegen die Meßwertgeber und die Kompensationseinrichtung
oft räumlich mehr oder weniger weit voneinander entfernt. Diese Speisespannungsquellen
für beide Bauteile der Meßanlage befinden sich dabei der Einfachheit halber in der
Nähe der Kompensationseinrichtung. Die Speisespannung für die Meßwertgeber wird
in diesem Fall über eine mehr oder weniger lange Speiseleitung den Meßwertgebern
zugeführt. Der Widerstand dieser Speiseleitung ist zeitlich nicht konstant. Es treten
Meßfehler auf, die unter anderem auf temperaturbedingte Anderungen des Zuleitungswiderstandes
der Meßwertgeber zurückzuführen sind. Diese durch Temperatureinflüsse hervorgerufenen
Änderungen der Zuleitungswiderstände werden ausgeschaltet mit Hilfe bekannter Schaltungen,
bei denen die Meßwertgeber und die Kompensationseinrichtung einer elektrischen Kompensationsmeßanlage
an dem gleichen Wechselstromnetz auf transformatorischem Wege gemeinsam gespeist
werden.
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Die Stromstärkeverhältnisse zwischen den Speiseströmen der Meßwertgeber
einerseits und dem Speisestrom der Kompensationseinrichtung andererseits werden
unter Verwendung von Stromwandlern konstant gehalten. Alle Stromwandler sind vom
gleichen Primärstrom durchflossen, so daß das Verhältnis zwischen Meßwertgeber und
Kompensationseinrichtung festgelegt ist und Änderungen der Speisezuleitungswiderstände
nicht in das Meßergebnis eingehen.
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Jedoch können zusätzliche Fehler hervorgerufen werden durch die Ableitung
der Speisestromzuleitungen, z. B. durch die Verwendung höherer Betriebsfrequenzen
des Speisestromes oder durch Temperaturschwankungen. Die Ableitung kann nicht vernachlässigt
werden, da dann der gesamte durch den Meßwertgeber fließende Strom nicht auch durch
den Stromwandler fließt. Sie setzt also die Entfernung des Meßwertgebers von Kompensator
und Speisestromquelle und der Erhöhung der Betriebsfrequenz Grenzen. Sollen diese
Grenzen überschritten werden, so müßten Genauigkeitseinbußen in Kauf genommen werden.
Die Empfindlichkeitsverluste ließen sich allerdings noch bei der Eichung berücksichtigen,
wenn die Ableitung konstant bliebe. Sie ist aber ebenso temperaturempfindlich wie
die Speisezuleitungswiderstände.
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Weiterhin sind zur Messung dynamischer Dehnung potentiometrische
Schaltungen vorgeschlagen worden.
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So ist eine Brückenschaltung vorgesehen, bei der der Abgleich einer
Brücke nicht intern durch Verändern zur Brücke gehöriger Abgleichswiderstände vorgenommen
wird, sondern dadurch, daß der ersten eigentlichen Brücke eine zweite nachgeschaltet
wird, die die Diagonalspannung der ersten Brücke kompensiert. Das Verhältnis der
Speisespannungen soll konstant sein, so daß die Spannungen dem gleichen Transformator
entnommen werden müssen.
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Bei dieser Schaltungsanordnung erhalten die beiden Brücken über einen
gemeinsamen Transformator ihre Speisespannung bzw. Speisestrom, doch sind die eigentlichen
Stromquellen für beide Brücken die beiden Sekundärwicklungen des Transformators.
Der Strom durch die eine Sekundärwicklung und die eine Brücke ist ein vom Strom
durch die zweite Sekundärwicklung und Brücke unabhängiger. Beide Ströme können gleich
sein, es ist aber nicht zu verhindern, daß beim Auftritt von Störungen, z. B. nur
in einem Stromzuführungskreis, diese sich nicht gleichsinnig im zweiten Stromzuführungskreis
der zweiten Brücke bemerkbar machen.
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Der Einfluß der Ableitung wird ausgeschaltet mit der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung für die Speisung eines Meßwertgebers und einer den Meßwert des
Meßwertgebers kompensierenden Kompensationseinrichtung mit dem gleichen Strom, wobei
der Meßwertgeber unmittelbar und die Kompensationseinrichtung über einen Stromwandler
gespeist ist, dessen Primärwicklung im Speisestromkreis des Meßwertgebers liegt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der für die Speisestromzuleitung
zwischen Stromquelle und Meßwertgeber vorgesehene Schirm an die Stromzuleitung zwischen
Stromquelle und Primärwicklung des Stromwandlers angeschlossen ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der für die Stromzuleitung zwischen Meßwertgeber und Primärwicklung des Stromwandlers
vorgesehene Schirm an die Speisezuleitung zwischen Stromquelle und Primärwicklung
des Stromwandlers angeschlossen ist.
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Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3, die Ausführungsbeispiele
darstellen, näher erläutert.
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F i g. 1 stellt eine vereinfachte Grundschaltung für eine Kompensationsmeßanlage
dar. Einer niederohmigen Stromspeisequelle Q wird dabei ein Strom entnommen, der
direkt einen Meßwertgeber K, z. B. eine Kraftmeßdose, speist. In Reihe mit diesem
Meßwertgeber K liegt die Primärwicklung P1 eines Stromwandlers W. Die Sekundärwicklung
S1 des Stromwandlers W speist eine Kompensationseinrichtung P.
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Die Ausgangsspannung des Meßwertgebers K ist, wie üblich, der Kompensationsspannung
entgegengeschaltet. Das Verhältnis der Speiseströme des Meßwertgebers K und der
Kompensationseinrichtung P ist festgelegt durch das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers
W. Widerstandsänderungen der Speisezuleitungen Zt und Zo des Meßwertgebers K können
das Meßwertergebnis nicht verfälschen, weil hierdurch verursachte Änderungen des
Primärstromes (des Speisestromes des Meßwertgebers K) gleichsinnige und verhältnisgleiche
Änderungen des Speisestromes der Kompensationseinrichtung P zur Folge haben.
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Die Zuleitung Z1 mit dem Leitungswiderstand RL ist mit einem Schirm
J, abgeschirmt. Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird die Ableitung GL1 zum Schirm
Jl über dessen Anschluß zwischen Stromwandler
W und Stromquelle
Q am Speisestromwandler W der Kompensationseinrichtung P vorbeigeleitet.
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Der Strom über GL1 belastet nunmehr nur noch die Stromquelle Q, und
seine Änderungen beeinflussen nicht mehr die Messung. Die Ableitung GL2, die nunmehr
dem Speisestromwandler W parallel liegt, beeinflußt zwar auch das Meßergebnis. Sie
liegt jedoch an einer weit kleineren Spannung (Spannungsabfall an Primärwicklung
P,) als die Ableitung GL1 und GL2 für den Fall, daß kein geschirmtes Kabel verwendet
wird.
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Nach Fig. 2, die die gleiche Ausführungsform der Erfindung wie Fig.
1 zeigt, ist lediglich die Speisezuleitung Z2 mit einem Schirm J2 abgeschirmt.
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Hierbei wird die Ableitung GL3 dadurch unschädlich gemacht, daß durch
Anschluß des Schirmes J2 zwischen Stromwandler W und Stromquelle Q der Schirm J2
auf nahezu gleiches Potential gebracht wird wie die Speisezuleitung Z2. An GL liegt
also nur der Spannungsabfall des Stromwandlers W an, so daß der Einfluß von GL3
vernachlässigt werden kann. Die Ableitung GL4 liegt in diesem Fall wiederum nur
als Belastung an der Stromquelle Q und hat keinerlei Einfluß auf das Meßergebnis.
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Da die Ableitung zwischen Zuleitung Z1 bzw. Z2 und Schirm bzw. J2
eines geschirmten Kabels im allgemeinen größer ist als die Ableitung zwischen Schirm
J1 bzw. J9 und einer parallellaufenden, ungeschirmten Speisezuleitung Z2 bzw. Z,,
ist der Lösung nach Fig. 1 im allgemeinen der Vorzug zu geben.
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Es liegt dann die kleinere Ableitung dem Stromwandler W parallel,
und die Beeinflussung der Messung ist geringer als bei der Schaltung nach F i g.
2.
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Man kann jedoch bei beiden Schaltungen auch den Einfluß der dem Stromwandler
W parallel liegenden Ableitung noch beseitigen, indem man die an dieser Ableitung
liegende Spannung U3 zu Null macht. Es wird z. B. die Schaltung nach Fig. 1 verwendet,
aber, wie in F i g. 3 dargestellt, muß dann der Schirm an an einen parallel zur
Stromquelle Q liegenden Spannungsteiler T angeschlossen werden, dessen Abgriff a
entsprechend der Aufteilung der Speisespannung Usi; auf Meßwertgeber K und Stromwandler
W zur Kompensatorspeisung gewählt wird. Die Speisespannung Us, an der Stromquelle
Q wird zerlegt in die Spannungswerte U1 und U2. Es gilt Gleichung (1): u, + -= v,,.
(1) Die Spannung U. 2 wird so gewählt, daß der
Spannungsabfall UK am Stromwandler
W gleich wird.
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U2=UK. (2) Für den Spannungswert U3 zwischen Schirm Jt und Abgriff
b gilt die Gleichung (3); U3+UK U2 = ° 9 (3) und durch Einsetzen der Gleichung (2)
in Gleichung (3) erhalten wir die Gleichung (4) U3 = U2 - = o. (4) Somit ist der
Spannungswert U3 zu Null gemacht.