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Vorrichtung zum Fernmessen Es ist eine Vorrichtung zum Fernmessen
beliebiger, durch ein Zeigergerät oder durch ein umlaufendes Meßgerät erfaßbarer
Betriebsgrößen bekannt, bei der auf der Achse des Gebergerätes eine Kontaktwalze
mit einem Kontaktsegment angeordnet ist. Um diese Kontaktwalze rotiert eine Bürste,
die mit gleichmäßiger Umlaufgeschwindigkeit durch einen Synchronmotor angetrieben
wird. Auf diese Weise wird die jeweilige Stellung des Kontaktsegmentes bzw. des
Gebergerätes durch die umlaufende Bürste abgetastet.
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Ändert sich nämlich die Stellung des Gebergerätes und des Kontaktsegmentes
längere Zeit nicht, so trifft die umlaufende Bürste in regelmäßigen Zeitabständen
auf das Kontaktsegment und ruft dadurch den Stromschluß über eine Fernleitung hervor,
der auf der Empfangsseite als Impuls aufgenommen wird.
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Ändert sich zwischen zwei Abtastungen die Stellung des Gebergerätes
ruckartig um einen begrenzten Betrag, so ist bei diesem einen Umlauf der abtastenden
Bürste der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ein anderer als
vorher, und dieser Umstand kann auf der Empfangsseite in der
Weise
ausgewertet werden. daß auch das Empfangsgerät ruckartig eine Stellungsänderung
um den gleichen Winkelbetrag ausführt.
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Zu diesem Zweck enthält der Empfänger der hekannten Anordnung einen
Generator, dessen Polrad mit der gleichen Drehzahl angetrieben wird wie die abtastende
Bürste im Geber. Das Polrad wird durch jeden ankommenden Impuls kurzzeitig erregt
und erzeugt dadurch in der Ständerwicklung des Generators einen Stromstoß, der auf
ein elekiromagnetisches Schrittschaltwerk übertragen wird und den Anker des Schrittschaltwerks
in einer Lage zeigt, die dem zeitlichen Eintreffen des Impulses entspricht. wird
bei der bekannten Anordnuiig an Stelle des Gebergerätes ein umlaufende Meßgerät.
beispielsweise ein Zähler. verwendet und steht dieser Zähler gelegentlich still,
so ändert sich da. lurch an der geschilderten Wirkungsweise nichts. Dreht sich aber
dieser Zähler gleichsinnig oder gegensinnig mit der al>tastenden Bürste. so wird
der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen vergrößert bzw. verringert.
so daß im Empfänger das Polrad des Generators jedesmal bei Eintreffen eines Impulses
eine andere Stellung hat. Folglich wird auch der Induktionsstromstoß auf das Schrittschaltwerk
in einem anderen Zeitpunkt übertragen. und der Anker des Schrittschaltwerks führt
eine Umlaufbewegung aus. die gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit erfolgt
wie die Umlauf bewegung des Sendezählers. Bei genügend schneller Aufeinanderfolge
der Impulse ist diese Bewegung pralstisch als gleichmäßig anzusehen. Nfan kann dabei
den Anker des Schrittschaltwerks unmittelbar zum Antrieb, beispielsweise eines Rollenzählwerks,
benutzen und dadurch. falls der Sendezälller eine elektrische Leistung anzeigt,
an der Enipfangsstelle das Zeitintegral der Leistung. nämlich die elelitrische Arbeit.
registrieren. Die aber tragung elelitrischer Leistungen ist dabei nicht beabsichtigt.
denn es wäre zweifellos einfacher. in einem solchen Falle nicht den Umweg über einen
Sendezähler an der Geberstelle zu wählen, sondern in diesem Falle würde man als
Gebergerät ein direkt anzeigendes Wattmeter verwenden. Hieraus ergibt sich. daß
es bei der bekannten Anordnung, sofern an der Geberstelle ein umlaufendes Meßgerät
verwendet wird, allein darauf ankommt. die Drehzahl des Sendezählers an der Empfangsstelle
mit einiger Genauigkeit nachzubilden. nicht aber auf diese Weise etwa elektrische
Leistungen oder sogar Leistungsphasen wechselnder Richtullg anzuzeigen.
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Die Erfindun- betrifft eine Vorrichtung zum Fernmessen beliebiger.
durch ein Impulsmeßgerät er@aßbarer Betriebsgrößen beispielsweise von elektrischen
Leistungen od. dgl. nach dem Impulsphasenverfahren, bei dem der Meßwert durch die
zeitliche Phasenlage von Impulsen innerhalb sich periodisch wiederholender konstanter
Zeitabschnitte gegeben ist. wobei auf der Sendeseite die Impulsbildung durch einen
mit konstanter Drehzahl umlaufenden Kontaktteil sowie einen mit der Meßdrehzahl
umlaufenden Kontaktteil erfolgt, während auf der Empfangsseite mittels eines Schrittschaltlverks
eine der Drehzahl des Sendegerätes entsprechende Drehzahl gebildet wird Erfindungsgemäß
wird diese bekannte Vorrichtung so ausgebildet. daß auf diese Drehzahl ein Hilfsmotor
eingeregelt wird. dessen mit seiner Drehzahl in linearem Zusammenhang stehende Stromabnahme
ein Maß für den NIeßvert ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher unmittelbar
geeignet. eine Summierung mehrerer in gleichartiger Weise übertragener Nleßgrößen
vorzunehmen. eine Zählung jeder Meßgröße für sich durchzuführen oder auch Regelgeräte
zu betreiben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsl>eispiel der Erfindung schematisch
dargestellt.
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Darin bezeichnet I das umlaufende Aleßgerät an der Sendestelle, das
beispielsweise ein Leistungszähler sein kann. Auf der Achse des Sendezählers ist
ein Kontaktzvlinder angeordnet. der einen Schleifring 2 und ein mit diesem Schleifring
leitend verbundenes Kontaktsegment 3 trägt. Der übrige Teils des Kontaktzylinders
besteht aus Isoliermaterial.
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Auf dem Schleifring 2 liegt eine Bürste 4, auf dem übrigen Teil des
Kontaktzylinders eine Bürste 5 auf. Die Bürste 5 selbst wird von einem Laufwerk
konstanter Drehzahl 6 angetrieben. Dieses Laufwerk kann beispielsweise ein Synchronmotor
sein. der von einem Wechselstromnetz / gespeist wird. Auf der Achse des Laufwerkes
ist ferner ein Schleifring mit einer Bürste 8 vorhanden. Die l>eiden Bürsten
4 bzw. 8 stehen über eine geeignete Stromquelle. beispielsweise eine Batterie 9.
mit Fernleitungen 10 in Verbindung, die gleichzeitig auch zu anderen Zwecken, bei
spielsweise zum Fernsprechverkehr, herangezogen werden können.
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Auf der Empfangsseite ist ein Relais 1 1 vorgesehen. dessen Kontakt
die Spannung einer Batterie 12 über zwei Schleifringe 13.
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14 an die Erregerwicklung 15 eines Magnetpols I6 legt. Dieser Magnetpol
wird von einem Laufwerk konstanter Geschwindigkeit, bei -spielsweise einem Synehronmotor
I7. in gleichmäßige Umdrehung versetzt und läuft mit derselben Geschwindigkeit um
wie die Bürste 5 an der Sendestelle. Zweckmäßig ist es daher. im Fall der Verwendung
eines Synchronmotors diese an ein Wechselstromnetz
Ig anzuschließen,
das dieselbe Frequenz besitzt wie das Wechselstromnetz 7. Der Magnetpol I6 rotiert
innerhalb einer Ringwicklung I9, die an drei um I20° gegeneinander versetzten Stellen
angezapft und mit der Ringwicklung 20 eines Nachlaufsteuerorgans verbunden ist.
Innerhalb der Ringwicklung 20 befindet sich wiederum ein drehbarer Magnet 21. Die
bisher beschriebene, am Empfangsort befindliche Anordnung soll im folgenden der
Kürze halber als Impulsphasenmotor bezeichnet werden. Diese Anordnung hat insgesamt
folgende Wirkung: Bei stillstehendem Sendezähler bewegt sich die Bürste 5 mit konstanter
Geschwindigkeit am Umfang des I(ontaktzylinders entlang und stellt jedesmal bei
Berührung des Kontaktsegments 3 einen Stromkreis für Empfangsrelais 11 her, so daß
dieses impulsmäßig erregt wird. Dreht sich nun der Sendezähler mit konstanter Geschwindigkeit
in derselben Richtung wie die Bürste 5, so wird der Zeitpunkt innerhalb der durch
einen vollen Umlauf der Bürste 5 gegebenen Periode, in dem die .Berührung zwischen
Bürste 5 und Kontaktsegment 3 erfolgt, ein anderer werden als vorher. Dieser Berührungszeitpunkt
wird durch die zusätzliche gleichsinnige Drehung des Sendezählers gegenüber dem
Berührùngszeitpunkt bei stillstehendem Sendezähler zurückverlegt. Anders ist der
Vorgang, wenn der Sendezähler I entgegen der Drehrichtung der Bürste 5 umläuft.
Dann kommt das Kontaktsegment 3 der Bürste 5 gewissermaßen entgegen, so daß der
Berührungszeitpunkt jetzt gegenüber dem Berührungszeitpunkt bei feststehendem Sendezähler
vorverlegt wird.
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Jeder dieser Impulse, die sich stets aufeinanderfolgend wiederholen,
hat auf dem Weg über das Relais II eine vorübergehende Erregung der Magnetwicklung
15 wir Folge. Da voraussetzungsgemäß der Magnetpol I6 mit der Wicklung 15 synchron
mit der Bürste 5 gedreht wird, so wird je nach der Lage eines Impulses innerhalb
des Umlaufzyklus die Erregung der Wicklung 15 in einer anderen Stellung des Magnetspols
I6 erfolgen. Die kurzzeitige Erregung der Wicklung 15 hat jedesmal zur Folge, daß
transformatorisch über die Wicklung 19 und von da aus galvanisch ein Stromstoß in
der Wicklung 20 erzeugt wird, wobei der letztere zur Folge hat, daß der Drehanker
2I in diejenige Stellung gezogen wird, die der Magnetpol I6 in dem betreffenden
Augenblick hat. Man erkennt, daß der Magnetpol 21 unter der Wirkung dieser Stromstöße
eine schrittweise erfolgende Umlaufbewegung ausführt, deren einzelne Schritte durch
die Aufeinanderfolge der ankommenden Impulse bedingt ist. Dieser Magnet 2,1 ändert
auch seine Drehrichtung, wenn der Sendezähler I seine Drehrichtung ändert.
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Mit der Welle des Magnetpols 21 ist eine Bürste 22 gekuppelt, die
infolgedessen eine Drehbewegung veränderlicher Geschwindigkeit ausführt. Diese Bürste
bewegt sich über einem ringförmigen Widerstand 23, der von einem Hilfsmotor 24 angetrieben
wird. Als Hilfsmotor wird zweckmäßig ein solcher verwandt, dessen Drehzahl und Stromaufnahme
in linearem Zusammenhang stehen. Ein solcher Hilfsmotor ist beispielsweise ein Amperestundenzähler.
Außerdem sind an der Empfangsstelle eine Gleichstromquelle 25 mit Mittelanzapfung,
ein Anzeigeinstrument 26 sowie ein Widerstand 27 vorhanden. Hierfür verwendet man
im Hinblick auf die Beseitigung einer etwaigen Temperaturabhängigkeit zweckmäßig
einen Kupferwiderstand. Die Anordnung besitzt außerdem noch Schleifringe 2s, 29,
die ebenfalls von dem Hilfsmotor 24 angetrieben werden und deren jeder mit einem
Ende des Ringwiderstandes 23 in Verbindung steht. Ein weiterer Schleifring 30 ist
auf der Welle der umlaufenden Bürste angeordnet.
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Aus der Schaltung ist ersichtlich, daß der Stromkreis für den Hilfsmotor
über die genannten Schleifringe und den Ringwiderstand 23 sowie die Bürste 22 verläuft.
Demgemäß erhält der Hilfsmotor 24 stets so viel Strom, daß er eine Drehzahl annimmt,
die mit der Drehzahl des Magneten 21 übereinstimmt.
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Nur dann befinden sich nämlich Bürste 22 und Widerstand 23 relativ
zueinander in Ruhe. Sobald -die Geschwindigkeit eines der umlaufenden Teile sich
ändert, wird ein entsprechender Widerstand im Hilfsmotorkreis zu- bzw. abgeschaltet,
was eine entsprechende Änderung der Stromaufnahme des Hilfsmotors zur Folge hat
Demgemäß ändert sich auch seine Drehzahl, bis wieder gleiche Geschwindigkeit herrscht.
Allerdings steht dann die Bürste 22 auf einem anderen Teil des Ringwiderstandes
23 als vorher, so daß die Stromaufnahme des Hilfsmotors 24, die zur Erzwingung dieser
Drehzahl notwendig ist, eine andere ist als bisher. Demgemäß kann die Stromaufnahme
des Hilfsmotors unmittelbar gemessen werden und als Maß für die Drehzahl des Sendezählers
I dienen. Zweckmäßiger ist es jedoch, den Spannungsabfall an dem Anker des Hilfsmotors
24 und dem Kupferwiderstand 27 zu messen, wie dies in der Abbildung dargestellt
ist. Das Instrumeint 26 wird für den Fall, daß def Sendezähler I seine Drehrichtung
ändern kann, mit dem Nullpunkt in der Mitte der Skala ausgeführt. Die Empfangsanordnung
hat den Vorteil, daß je nach Bedarf Meßgeräte beliebigen Verbrauchs angeschlossen
werden können, ohne daß dadurch irgendwelche Ungenauigkeiten
eintreten.
In jedem Fall ergibt sich bei einer Änderung des Verbrauchs auch eine Änderung des
vom Hilfsmotor aufgenommenen Stroms und damit eine Drehzahlabweichung zwischen der
Umlaufgeschwindigkeit der Bürste 22 und des Ringwiderstandes 23. dies hat wiederum
zur Folge, daß der Widerstand im Motorstromkreis so lange zu-bzw. abgeschaltet wird,
bis der erhöhte Verbrauch des angeschlossenen Instruments gedeckt wird. Es ist daher
möglich, mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur anzeigende Instrumente, sondern
auch Registrierinstrumente zu betreiben sowie den als Endergebnis gelieferten Gleichstrom
zum Zweck der Summenbildung mit etwaiger Abschaltmöglichkeit einzelner Summanden
und auch zur Regelung heranzuziehen. In den meisten Fällen wird dabei eine besondere
Verstärkung dieses Gleichstroms nicht notwendig sein. Sie kann jedoch, falls erforderlich,
zusätzlich vorgesehen werden.
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Von der Achse des Magneten 2I kann außerdem ein Rollenzählwerk angetrieben
werden, so daß daran im Fall der Ubertragung von Leistungswerten gleichzeitig die
Arbeit abgelesen werden kann.
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Die beiden Stromquellen 7 und 18 sind, wie schon erwähnt, Wechselstromquellen
gleicher Frequenz. In den meisten Fällen wird man hierfür ein und dasselbe Wechselstromnetz
zur Verfügung haben. Da nämlich die Vorrichtung in der Hauptsache zur Überwachung
im Kraftwerksbetrieb herangezogen wird. kann der Fall eintreten, daß eine Leistung
an irgendeiner Stelle einer Fernleitung gemessen und nach dem Kraftwerk übertragen
werden soll, das diese Leistung erzeugt. Folglich ist an der LIeßstelle sowie an
der Anzeigestelle dasselbe Wechselstromnetz und damit auch dieselbe Frequenz vorhanden.
Wenn aber gelegentlich der Leistungsfluß auf der Leitung zwischen zwei Kraftwefl:en
A und B gemessen und an einer dritten Stelle, beispielsweise bei einem Lastverteiler
C.. angezeigt werden soll, so ist es auch hier so, daß dieser Lastverteiler nicht
ohne eine elektrische Verbindung zu einem oder beiden Kraftwerken ist. Auch an der
Stelle C wird daher stets dieselbe Frequenz vorhanden sein. Im übrigen ist es so,
daß bekanntlich alle Netze schon im Hinblick auf die Synchronzeit auf konstante
Frequenz geregelt werden. Demzufolge kann die Ävechseispannung zum Antrieb der Laufwerke
6 bzw. I7 unter Umständen auch verschiedenen Wechsel stromnetzen entnommen werden.
Es ist dabei nicht unbedingt notwendig, daß diese Ävedselstromquellen auch phasengleich
sind.
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Da über die Fernleitungen 10 stets Impulse übertragen werden, und
zwar auch dann, wenn der Sendezähler I stillsteht. kann diese Tatsache zur lDberwachung
der Fernleitungen herangezogen werden. In einfachster Weise ist dies dadurch möglich,
daß auf der Empfangsseite an die Fernleitungen ein Verzögerungsrelais angeschlossen
wird. das beispielsweise dann abfällt. wenn die Impulszahl extrem niedrig wird oder
die Impulse überhaupt ausbleiben und dadurch ein optisches oder akustisches Signalgerät
einschaltet. Die beschriebene Vorrichtung kann zur Fernmessung beliebiger Größen.
wie z. B. elektrischer Leistungen, Wassermengen. auch zur Messung der Frequenz u.
dgl. benutzt werden. In dem letztgenannten Fall empfiehlt es sich, an Stelle der
Lau£verke 6 und I7 genau gleichgehende Uhr werke zu verwenden. In diesem Fall wird
als Sendezähler I ein solcher verwendet, der frequenzabhängig gemacht ist. Durch
geeignete Wahl der Drehzahlen bzw. des Drehzahlbereichs ist es sogar möglich, einen
bestimmten Frequenzbereich etwa von 48 bis 52 Perioden mit großer Genauigkeit zu
übertragen.
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PATEXTANSPR(CHE I. Vorrichtung zum Fernmessen beliebiger, durch ein
umlaufendes Meßgerät erfaßbarer Betriebsgrößen, beispielsweise von elektrischen
Leistungen od. dgl. nach dem Impulsphasenverfahren, bei dem der NIeßwert durch die
zeitliche Phasenlage von Impulsen innerhalb sich periodisch wiederholender konstanter
Zeitabschnitte gegeben ist, wobei auf der Sendeseite die Impuisbildung durch einen
mit konstanter Drehzahl umlaufenden Kontaktteil sowie einen mit der Aleßdrehzahl
umlaufenden Kontaktteil erfolgt, während auf der Empfangsseite mittels eines Schrittschaltwerks
eine der Drehzahl des Sendegeräts entsprechende Drehzahl gebildet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß auf diese Drehzahl ein Hilfsmotor eingeregelt wird, dessen mit
seiner Drehzahl in linearem Zusammenhang stehende Stromaufnahme ein Maß für den
Meßwert ist.