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Vorrichtung zum Messen oder Aufzeichnen sich verhältnismäßig schnell
ändernder Größen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen oder Aufzeichnen
von physikalischen Größen, wie elektrische Spannungen, Drücke, mechanische Spannungen,
Temperaturen usw., die sich verhältnismäßig schnell ändern, bei welcher eine von
der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe abgeleitete elektrische Spannung nebst
einer zweiten, durch die Lage eines diese Größe anzeigenden Organs bestimmten elektrischen
Spannung in einem Kreise wirksam ist.
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Die Spannungen können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Zur Erzeugung
der ersten Spannung kann häufig eine von einem Wechselstromnetz gespeiste Brückenschaltung
verwendet werden. Die zweite Spannung kann dabei einer zweiten, von demselben Netz
gespeisten Brücke entnommen werden, von der zwei Zweige von einem Potentiometer
gebildet werden, dessen von einem Motor angetriebener Schiebekontakt direkt mit
einem Aufzeichnungsorgan gekoppelt ist. Wenn die aufzuzeichnende Größe gleich Null
ist, so befindet sich der Schiebekontakt an einem solchen Punkt des Potentiometers,
daß die im Kreis zum Antrieb des Motors wirksame Gesamtspannung gleich Null ist.
Dies ist der Nullpunkt der Skala für die zu messende bzw. aufzuzeichnende Größe.
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In einzelnen Fällen ist die der zu messenden oder aufzuzeichnenden
Größe entsprechende Spannung ganz bestimmten langsamen, nicht mit dieser Größe zusammenhängenden
Änderungen unterworfen. Wenn z. B. mechanische Spannungen mittels sogenannter Dehnungsmeßstreifen
gemessen werden, so sind diese Meßstreifen häufig solchen atmosphärischen Einflüssen,
insbesondere Wärmeeinflüssen ausgesetzt, daß unerwünschte Änderungen der Streifenimpedanzen
auftreten. Folglich liegt eine Abweichung von der Nullage des Meß- oder Aufzeichnungsorgans
vor, auch wenn die Meßstreifen nicht einer Dehnung unterworfen sind. Die Erfindung
bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen.
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Bei einer Meß- oder Aufzeichnungsvorrichtung für sich verhältnismäßig
schnell ändernde Größen, bei der eine von der zu messenden oder aufzuzeichnenden
Größe abgeleitete elektrische Spannung nebst einer zweiten, durch die Lage eines
Anzeigeorgans für diese Größe bedingten elektrischen Spannung in einem Kreis wirksam
ist und die Differenzspannung, gegebenenfalls nach erfolgter Verstärkung, auf einen
Motor wirkt, der das Anzeigeorgan zusätzlich beeinflußt, und bei welcher ferner
Mittel für eine solche Regelung der zweiten Spannung vorgesehen sind, durch die
langsame, mit der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe nicht zusammenhängende
Änderungen der ersten Spannung im Kreis ausgeglichen werden, wird erfindungsgemäß
die zweite Spannung einer Brückenschaltung entnommen, deren einer Zweig wenigstens
teilweise aus einem Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten besteht, der im
Wärmekontakt mit einem in Abhängigkeit von der Lage des Anzeigeorgans geheizten
Heizelement steht.
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Bedingung ist im allgemeinen, daß während einer vorbestimmten Zeit
die Summe sämtlich-er Zeiten, in denen die zu messende Größe gleich Null ist, größer
als die Summe der Zeiten ist, in denen diese Größe einen vorbestimmten von Null
abweichenden Wert hat.
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Im allgemeinen wird vorzugsweise ein Widerstandselement mit negativem
Temperaturkoeffizienten gewählt, da die Widerstandsänderung eines solchen Elementes
je Grad Wärmeänderung größer ist als die von Widerstandselementen mit positivem
Temperaturkoeffizienten.
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Bei der Erfindung handelt es sich nicht etwa um eine der bekannten
Programmregelungen, bei denen eine von der Regeleinrichtung beeinflußte Größe in
Abhängigkeit von der Zeit oder von einer anderen Größe eine ganz bestimmte Gesetzmäßigkeit
aufweisen soll. Diese Abhängigkeit ist dabei das Programm. Bei der Erfindung handelt
es sich vielmehr um eine Kompensation von Zustandsänderungen, die mehr oder weniger
zufällig eintreten und sich außerdem vergleichsweise langsam abspielen. Sie hängen
mit der zu messenden Größe nicht zusammen, sollen aber
trotzdem
in einfacher und wirksamer Weise kompensiert werden.-Die Erfindung ist an Hand der
Zeichnung erläutert. Fig. 1 stellt ein vereinfachtes Schaltschema einer Meß- oder
Aufzeichnungsvorrichtung nach der Erfindung dar. Mit 1 ist eine- Vorrichtung zum
Ableiten einer elektrischen Spannung aus der zu messenden oder aufzuzeichnenden
Größe bezeichnet. Letztere kann,-z: B. eine mechanische Spannung in einem Maschinenteil,
insbesondere in einem Teil einer Walze sein. Angenommen ist ferner, daß die mechanische
Belastung sich verhältnismäßig schnell mit der Zeit ändert; sie kann z. B. aus einer
regelmäßigen oder unregelmäßigen Aufeinanderfolge- von Spitzenbelastungen bestehen.
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Die Vorrichtung 1 ist als Brücke dargestellt, die über einer, Transformator
2 aus dem Wechselstromnetz gespeist wird. Beim Messen mechanischer Spannungen bestehen
die Brückenzweige aus Widerständen, deren Werte von der zu messenden mechanischen
Spannung abhängig ist: Es ist bekannt, als solche sogenannte Dehnungsmeßstreifen
zu benutzen, die in entsprechender Weise am Maschinenteil befestigt werden, in dem
die Spannung als Funktion von der Zeit festgestellt werden soll. Es ist grundsätzlich
möglich, einen der vier Brückenwiderstände als Dehnungsmeßstreifen auszubilden,
aber vorzugsweise werden Dehnungsmeßstreifen für alle vier Widerstände gewählt,
die derart am Maschinenteil befestigt werden, daß zwei in der Brücke einander gegenüberliegende
Streifen einer Dehnung unterworfen sind und die beiden anderen nicht belastet oder
einer Druckbelastung unterworfen sind. Auf diese Weise kann der Einfluß der Umgebungstemperatur
gewissermaßen ausgeglichen werden.
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Infolge der ungleichmäßigen Erwärmung der Dehnungsmeßstreifen treten
aber noch unerwünschte Änderungen der Widerstandswerte auf, die in einer Verschiebung
des Nullpunktes des Anzeigeinstrumentes zum Ausdruck kommen.
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Das Anzeigeinstrument besteht im vorliegenden Falle aus dem Arm eines
-Potentiometers 5, der eine Seite einer zweiten Brücke 3. bildet, die über einen
Transformator 4 aus demselben Wechselstromnetz wie die erste Brücke gespeist wird.
Der Einfluß von Änderungen der Netzspannung auf die Anzeige wird auf diese Weise
beseitigt. Die zwei oberen Diagonalpunkte der beiden Brücken sind direkt miteinander
verbunden. Der untere Diagonalpunkt der Brücke 1 und der Schiebekontakt des Potentiometers
5 sind an einen -Verstärker 6 angeschlossen, dessen Ausgangskreis direkt oder mittels
eines Relais mit Schaltern einen Motor 7 speist, der den Schiebekontakt des Potentiometers
antreibt. -Angenommen ist, daß die Brücke 1 im Gleichgewicht ist, wenn die zu messende
Größe gleich Null ist; der Schiebekontakt befindet sich dann zum Beispiel in der
von einer gestrichelten Linie angegebenen Lage, in der die am Verstärker 6 wirksame
Spannung gleich Null ist. In diesem Falle ist der Motor 7 in Ruhe. Bei einer Störung
des Gleichgewichtes der Brücke 1 infolge einer mechanischen Belastung des Maschinenteiles,
an dem die Dehnungsmeßstreifen befestigt sind, tritt im Eingangskreis des Verstärkers
6 eine Wechselspannung auf, wodurch der Motor 7 anläuft und den Schiebekontakt über
eine solche Lage hinweg verschiebt, daß die Spannung im Eingangskreis des Verstärkers
wieder gleich Null wird. Der Weg, über den der Schiebekontakt verschoben wird, ist
ein Maß für die zu messende Größe. Der Schiebekontakt wird daher mit einem Anzeige-
und/oder Aufzeichnungsorgan verbunden: Infolge der ungleichmäßigen Erwärmung der
Widerstandselemente der Brücke 1 treten Änderungen des Nullpunktes der Skala längs
des Widerstandes 5 auf. Um dies zu vermeiden, besteht der Widerstand eines der Zweige
der Brücke 3 teilweise aus einem Widerstand 8 mit hohem negativen Temperaturkoeffizienten.
Dieser kann in Reihe mit einem festen Widerstand 9 liegen. Der Widerstand mit negativem
Temperaturkoeffizienten 8 ist mit einem Heizelement 10 vereinigt, das vorzugsweise
aus einer kleinen Glühlampe besteht, die über einen Schalter 11 an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist. Der Schalter 11 kann mit dem Schiebekontakt des Widerstandes
5 derart gekoppelt sein, daß, wenn dieser Kontakt eine Lage rechts von der durch
die gestrichelte Linie angedeuteten Nullage einnimmt, der Schalter geschlossen ist.
Der Schalter wird vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Relais
oder eines Verstärkers mit dem Schiebekontakt gekoppelt.
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Wenn die beispielsweise als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten Widerstände
der Brücke 1 nicht mechanisch belastet sind, die Brücke aber z. B. infolge einer
ungleichmäßigen Erwärmung dieser Widerstände außer Gleichgewicht ist, so befindet
sich der Schiebekontakt z. B. rechts vom Nullpunkt. Der Widerstand 8 wird dadurch
langsam aufgeheizt, so daß der Motor 7, der phasenempfindlich ist, in einem solchen
Sinne zu drehen anfängt, daß der Schiebekontakt nach links geführt wird; links von
der Nullage ist der Schalter geöffnet. Die Heizung des Widerstandes 8 hört dann
auf, so daß der Schiebekontakt vom Motor nach rechts verschoben wird. Die Vorrichtung
kann derart sein, daß die Abweichung von der Nullage infolge dieser Ein-und Ausregelung
sehr gering bleibt.
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Um zu vermeiden; daß diese Regelung auch auf die verhältnismäßig schnellen
Änderungen der zu messenden oder aufzuzeichnenden Größe anspricht, welche die Brücke
1 außer Gleichgewicht bringt, wird dem Widerstand 8 eine größere Wärmeträgheit gegeben.
Es ist im allgemeinen erforderlich, zur Erhöhung der Wärmeträgheit des Widerstandselementes
entsprechende Mittel zu verwenden.
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In Fig.2 ist eine Ausführungsform der Kombination des Widerstandselementes
mit dem Heizelement dargestellt. Das Heizelement, z. B. eine Glühlampe 10, ist in
einer Höhlung eines Blocks 12, z. B-aus Aluminium, angebracht. In der Nähe dieser
Höhlung ist im Block eine kanalförmige Öffnung vorgesehen, die das Widerstandselement
8 enthält. Letzteres ist gegenüber dem Block isoliert. Es wurde festgestellt, daß
auf diese Weise eine hinreichend hohe Wärmeträgheit, sowie eine günstige Heizung
und Abkühlungscharakteristik erreicht wird.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Meßvorrichtungen mit Dehnungsstreifen.
Auch beim Messen und Aufzeichnen elektrischer Spannungen und anderer Größen kann
es vorkommen, daß man schnelle Änderungen einer Größe aufzeichnen will, jedoch langsamere
auf unbestimmte Ursachen zurückführende Änderungen nicht. In allen diesen Fällen
ist die Vorrichtung nach der Erfindung verwendbar.