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Verfahren zum Anzeigen, Messen oder Wirksammachen des zeitlichen Verlaufes
der zeitlichen Änderung einer elektrischen oder einer beliebigen in eine elektrische
umwandelbaren Größe In vielen -Fällen ist es wünschenswert, den zeitlichen Verlauf
einer elektrischen Größe verfolgen zu können, z. B. dort, wo von Hand Regelvorgänge
eingeleitet werden, die der Intensität der Wertänderung, z. B. dem Differentialquotienten
des Wertes nach der Zeit entsprechend, bemessen sein müssen. Aufgabe der Erfindung
war es, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe der zeitliche Verlauf der Änderung
einer elektrischen Größe, z. B. ihr Differentialquotient nach der Zeit bzw. ihr
Differenzenquotient über kleine Zeitabschnitte, angezeigt oder unmittelbar wirksam
gemacht werden kann.
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Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung zum Anzeigen, Messen oder
Wirksammachen des zeitlichen Verlaufes der Änderung einer elektrischen Größe eine
Folge von Momentanwerten der Größe, paarweise zusammerigefaßt, auf eine Vorrichtung
zur Einwirkung gebracht, von der die Differenz oder das Verhältnis der jeweils zu
einem Paar zusammengefaßten Werte oder das Verhältnis der Differenz zu einem der
Werte des Wertepaares zur Anzeige oder Wirkung gebracht wird.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In der Abb. i sind mit i und 2 die beiden Leitungen eines Gleichstromnetzes bezeichnet,
dessen Spannungsverlauf überwacht werden soll. 3 ist ein Gleichstrommotor, der eine
Schalt-Walze 4 antreibt. Über die Schaltwalze 4 werden zwei gleich große Kondensatoren
5 und 6 abwechselnd an das Netz und an ein Differenzmeßgerät geschaltet. Zu diesem
Zweck ist die eine Belegung je eines der Kondensatoren 5 und 6 mit der Netzleitung
2 ständig verbunden, während die anderen Belegungen über Bürsten 7 und 8 mit Schleifringen
9 und io der Schaltwalze in Verbindung stehen. Die Schleifringe 9 und i o haben
Ansätze ri und 12, die bei der Drehung der Schaltwalze die mit der Leitung i in
Verbindung stehenden Bürsten 13 und 14 und weitere Bürsten 15 und 16 überfahren.
An die Bürsten 15 und 16 sind die beiden Spulen eines Differenzmeßgerätes 17 angeschlossen.
Bei der Drehung der Schaltwalze in Pfeilrichtung wird zunächst der Kondensator 5
über die Bürste 13 und das Segment ii aufgeladen. Kurz danach wird über die Bürste
14 und das Segment i2 der Kondensator 6 aufgeladen. Bei der weiteren Drehung werden
die Kondensatoren über die Bürsten 7 und 15 bzw. 8 und 16 auf die beiden Spulen
des
Differenzmeßgerätes 17 geschaltet, so daß sie sich über diese Spulen entladen und
das bewegliche Glied des Instrumentes eine der Differenz der beiden Kondensatorladungen
entsprechende Stellung einnimmt. Da die Kondensatorladungen aber der Ladespannung
entsprechen, so kann das Differenzmeßgerät 17 unmittelbar nach Werten des Differentialquotienten
der Spannung nach der Zeit geeicht sein, vorausgesetzt, daß der Motor 3 mit konstanter
Geschwindigkeit läuft. Es ist zweckmäßig, die Stellung der Bürsten 15 und 16 am
Umfang der Schaltwalze so zu wählen, daß die Kondensatoren 5 und 6 gleichzeitig
über das Meßgerät entladen werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der Abb.2 dargestellt, und
zwar ist an diesem Ausführungsbeispiel die Überwachung der Änderung eines Wechselstromes
gezeigt. Mit 18 und i9 sind z. B. die beiden Leitungen eines Einphasennetzes bezeichnet.
2o ist ein Stromwandler, 4 ist wieder die Schaltwalze mit den Schleifringen g und
io, den Segmenten i i und 12 und den Bürsten 7, 8 und 13 bis 16. 5 und 6 sind wieder
die Kondensatoren und 17 ist ein Differenzmeßgerät. Die Schaltwalze wird von einem
zweckmäßig vierpoligen Synchronmotor 2i angetrieben. Wenn die Schaltwalze mit dem
vierpoligen Motor unmittelbar gekuppelt ist, macht sie eine Umdrehung innerhalb
von zwei Perioden. Die Segmente i i und 12 werden nun zweckmäßig um i8o° gegeneinander
versetzt. Dadurch wird erreicht, daß die beiden Kondensatoren 5 und 6 von gleichgerichteten
Halbwellen aufgeladen und außerdem beide Aufladungen an der gleichen Stelle der
Halbwellen beendet werden. Zweckmäßig wählt man für diesen Punkt den Scheitelwert.
Dazu kann man entweder die Bürsten verstellbar machen oder z. B. auch den Synchronmotor
2i über einen Phasenschieber erregen. Die Wirkungsweise ist wieder die gleiche wie
die der in der Abb. i beschriebenen Vorrichtung. Es werden jeweils gleichmäßige
Teile von aufeinanderfolgenden gleichsinnig gerichteten Halbwellen zur Aufladung
der Kondensatoren 5 und 6 benutzt und ihrem Wert nach in dem Differenzmeßgerät verglichen.
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Man kann die Anordnung wesentlich vereinfachen, indem man gemäß Abb.
2a aus der Sekundärwicklung des Wandlers zunächst über einen Gleichrichter einen
hinreichend großen Kondensator auflädt. Die Klemmspannung dieses Kondensators entspricht
der Spitzenspannung der Sekundärwicklung des Wandlers. Sie folgt allen Änderungen
dieser Spitzenspannung, wenn dafür Sorge getragen wird, daß der Kondensator sich
allmählich entladen kann, wozu besondere Mittel im allgemeinen nicht vorgesehen
zu sein brauchen, weil durch die Aufladung der Kondensatoren 5 und 6 ständig Energie
aus dem Kondensator abgeführt wird. Da nun die sekundäre Klemmenspannung des Wandlers
in einem bestimmten Verhältnis zur primären Stromstärke steht, bildet der über denGleichrichter
aufgeladene Kondensator eine Gleichspann ungsquelle, deren Spannung in Übereinstimmung
mit den Änderungen des Wechselstromes schwankt. Infolgedessen braucht man sich die
in Abb.2a dargestellte Schaltung lediglich in die Abb. 2 so eingefügt zu denken,
daß'die Kondensatoren 5 und 6 nicht mehr unmittelbar aus der Sekundärwicklung des
Wandlers, sondern aus dem über den Gleichrichter gespeisten Kondensator geladen
werden. Bei dieser Anordnung spielt dann die Phasenlage der von dem Motor 2i angetriebenen
Schaltwalze 4 gegenüber der Phasenlage des Wechselstromnetzes keine Rolle mehr.
Es ist auch nicht mehr erforderlich, daß die Kontakte der Schaltwalze 4 mit besonderer
Genauigkeit ausgeführt sind.
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In der Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Verhältnis
zweier aufeinanderfolgender Momentanwerte eines Gleichstromes angezeigt wird. i
und 2 sind wieder die beiden Leitungen eines Gleichstromnetzes. In der Leitung :2
ist ein Widerstand 3o angeordnet, zu dem mit Hilfe der Schaltwalze 4 die beiden
Primärwicklungen zweier gleich großer Transformatoren 23 und 24 parallel geschaltet
werden. Die Sekundärspulen der Transformatoren sind über Gleichrichter 25 und 26
auf zwei Kondensatoren 5 und 6 geschaltet. Durch die Gleichrichter wird erreicht,
daß z. B. nur die durch den Einschaltstromstoß der Primärwicklung erzeugte Sekundärspannung
den Kondensator 5 aufladen kann, während der durch das Abschalten der Primärwicklung
erzeugte entgegengesetzt gerichtete Spannungsstoß unwirksam gemacht ist, und daß
außerdem die Ladung des Kondensators 5 sich nicht über die Sekundärwicklung ausgleichen
kann. Bei Drehung der Schaltwalze 4 durch den Motor 3 in Richtung des Pfeiles wird
zunächst der Transformator 23 mit seiner Primärwicklung parallel zum Widerstand
30 geschaltet. Der Primärstrom des Transformators steigt dabei bis auf einen
Endwert an, welcher dem Strom in der Leitung 2 proportional ist. Der zeitliche Verlauf
des Stromanstieges ist durch die Dimenisonen der Vorrichtung, die einem konstanten
Wert entsprechen und durch die Stromstärke in der Leitung :2 bestimmt. Bei geeigneter
Dimensionierung des Transformators ist somit also auch die Sekundärspannung von
der Stromstärke in der Leitung :2 abhängig, so daß auch
die Kondensatoren
5 und 6 in einem Maße aufgeladen werden, das zu der Stromstärke in der Leitung 2
eindeutig in Beziehung steht. Über die Spulen des Verhältnismeßgerätes 33 fließen
somit Elektrizitätsmengen, welche jeweils zwei aufeinanderfolgenden Werten der momentanen
Stromstärke in der Leitung 2 entsprechen.
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Um eine unübersichtliche Leitungsführung zu vermeiden, ist der untere
Teil der Schaltwalze q. neben den Kondensatoren noch einmal dargestellt. Auf diesem
Teil sind zwei etwas mehr als iSo° umfassende Segmente 31 und 32 angeordnet, mit
deren Hilfe die Kondensatoren 5 und 6 vorübergehend auf die beiden Kreuzspulen eines
Verhältnismeßgerätes 33 geschaltet werden. Je kürzer der Abstand zwischen den einzelnen
auf das Meßinstrument zur Einwirkung gebrachten Momentanwerten ist, um so sicherer
ist die Einstellung des Instrumentes 33.
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Die Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist nicht begrenzt
auf die Überwachung elektrischer Größen. Man kann vielmehr auch beliebige andere
Meßgrößen, z. B. Temperaturen, damit überwachen, wenn man diese Größe zuvor in geeignete
elektrische Größen umgewandelt hat.
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Ebenso sind eine große Reihe von anderen Anordnungen geeignet, das
Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Als Beispiel einer andersartigen Anordnung
wird nachstehend noch die Überwachung des Differentialquotienten einer Spannung
nach der Zeit mit Hilfe eines Drehspulmeßgerätes beschrieben.
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In der Abb. q. sind i und 2 wieder die beiden Leitungen eines Gleichstromkreises.
q. ist wieder die Schaltwalze mit den Schleifringen 9 und i o, den Segmenten ii
und 12 und den Bürsten 13 bis 16 und 7 und B. 3 ist wieder ein Antriebsmotor und
5 und 6 sind wieder gleich große Kondensatoren. An Stelle des Differenzmeßgerätes
17 ist jedoch ein einfaches Drehspulmeßgerät 22 mit in der Mitte der Skala liegendem
Nullpunkt getreten. Über dieses Meßinstrument fließt bei der Verbindung der Bürsten
7 und 15 und 8 und 16 ein Ausgleichstrom, der in bezug auf seine Richtung abhängig
ist davon, welcher der beidenKondensatoren 5 oder 6 das höhere Ladepotential besitzt,
und der in bezug auf seine Stärke von der Differenz der Kondensatorladungen, d.
h. also von der Differenz der Netzspannungen in zwei kurz aufeinanderfolgenden Momenten
abhängig ist. An dem Ausschlag des Meßgerätes kann also der Differentialquotient
seiner Größe und seinem Vorzeichen nach abgelesen werden.