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Vorrichtung zur Messung elektrischer Größen und ihrer Summen am fernen
Ort mit Hilfe von Wechselstrom Es sind Vorrichtungen bekannt, durch die die Werte
einer elektrischen oder sonstigen Größe an entfernter Stelle übertragen und gemessen
werden. Auch Einrichtungen zur Messung der Summen mehrerer solcher Größen sind bekannt.
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Die Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung dieser Art. Diese ist
im wesentlichen mit einer Übertragungsvorrichtung ausgestattet, die nach Art eines
Induktionszählers ausgeführt ist. Auf das bewegliche System dieses Zählers wirken
erfindungsgemäß zwei Elektromagnete oder Gruppen von Elektromagneten, deren eine
dem System ein Drehmoment erteilt, das im allgemeinen proportional ist einer Funktion
der zu messenden Größe, während die andere Gruppe ein Gegendrehmoment erzeugt, das
abhängig ist von einer Wechselspannung, die durch die Einstellung eines verschiebbaren
Kontaktes an einem als Potentiometer geschalteten Widerstand geregelt wird. Die
Verschiebung des Kontaktes erfolgt von dem drehbaren System aus.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung erläutert.
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Die Fig. i und 2 zeigen in der Seitenansicht und der Draufsicht eine
Übertragungsvorrichtung der erwähnten Art. Fig. 3 und 4 stellen die Schaltungsschemata
für eine einzelne Übertragungsvorrichtung und einen einzelnen Empfänger dar. Fig.5
und 6 erläutern die Schaltung für die Fernmessung der Summen mehrerer Größen.
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Zwei Induktionselektromagnete i, 2 und 3, 4. mit je zwei Wicklungen
5, 6 und ;, 8 üben auf eine Metallscheibe 9 ein Drehmoment aus, das der zu messenden
Leistung proportional ist. Die Scheibe 9 sitzt fest auf einer Achse io, deren Schnecke
i i in Eingriff mit einem Schneckenrad i2 steht. Mit dem Schneckenrad 1a ist der
Dreharm 13 verbunden, der den Kontakt 14 eines ringförmigen Rheostaten 15
trägt. Die Endklemmen 16 und 17 des Rheostaten 15 sind an die Pole einer
Hilfsstromquelle mit annähernd konstanter Spannung angeschlossen.
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Ein weiterer Induktionselektromagnet 18 trägt zwei Wicklungen i9 und
2o, die parallel geschaltet von der Potentialdifferenz des Rheostaten 15 gespeist
werden. Er, 18, erzeugt ein Drehmoment, das dem durch die Magnete i, 2 und 3, q.
auf die Scheibe 9 ausgeübten- Moment entgegengesetzt gerichtet ist. Wenn die Drehmomente
sich aufheben und daher die Scheibe 9 zur Ruhe kommt, so ist die zwischen den Polen
1q. und 16 abgenommene Potentialdifferenz ein Maßstab für die Leistung.
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Wenn die Drehmomente der entsprechend der Leistung erregten Elektromagnete
i, 2 und 3, q. der Leistung proportional sind, und wenn das Drehmoment des von der
Spannung zwischen den Punkten 1q. und 16 beeinflußten
Elektromagneten
18 dem Quadrat seiner Klemmenspannung proportional ist, so ist diese Spannung proportional
der Quadratwurzel aus der zu messenden Leistung. Wenn man daher an der entfernten
Empfangsstelle mit Hilfe eines Spannungsmessers 2i die Klemmenspannung des Elektromagneten
18 mißt, so kann man die jeweiligen Werte der Leistung in Abhängigkeit von der Zeit
verfolgen. Zweckmäßig wird das anzeigende Voltmeter unmittelbar in Watt geeicht.
Statt als Anzeigeinstrument kann das Voltmeter natürlich auch als Registrierinstrument
ausgebildet sein.
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Da die sich ergebenden Spannungen der Quadratwurzel aus den zu messenden
Leistungen proportional sind, ist es nicht möglich, die Gesamtleistung etwa durch
Summierung der Spannungen zu erhalten. Will man also Einzelleistungen summieren,
so muß man das Gerät nach Fig. 3 etwas abändern, so daß sich die in Fig. q. dargestellte
Schaltung ergibt.
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Die beiden Wicklungen z9 und 2o des entgegenwirkenden Elektromagneten
18 sind nach der Fig. 4 nicht parallel geschaltet, sondern jede für sich angeschlossen.
So steht die Wicklung 19 unter der Gesamtspannung U und die Wicklung 2o unter
der Teilspannung, die zwischen der Endklemme 17 und dem Gleitkontakt 14 des Rheostaten
herrscht. Bei dieser Schaltung wird das entgegenwirkende Drehmoment. der Klemmenspannung
der Wicklung 2o proportional, die dann ihrerseits der zu messenden Leistung proportional
ist. Sind mehrere Übertrager in derselben Werkstatt oder an benachbarten Werkstätten
aufzustellen, wo eine gemeinsame Hilfsstromquelle zur Verfügung steht, so daß sich
in den Hilfsströmen keine Phasendifferenzen ergeben, so kann man die Summierung
der Einzelleistungen jederzeit durch Summierung der Spannungsdifferenzen der verschiedenen
Rheostate und durch Übertragung der so erhaltenen Summe auf die Empfangsstation
ausführen.
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Die Fig.5 zeigt das Schaltschema eines Gerätes zur Ausführung einer
derartigen Summierung. Die Rheostate mehrerer nicht näher dargestellter Übertrager
sind mit 22 bezeichnet. Sie sind parallel an eine gemeinsame Hilfsstromquelle angeschlossen.
Zwischen die eine Endklemme eines jeden und den Gleitkontakt sind die Primärseite
eines Transformators 23 und die Wicklung 2o des entgegenwirkenden Elektromagneten
parallel geschaltet. Die andere Wicklung i9 ist parallel zu allen Rheostaten 22
geschaltet, so daß sie unter der vollen Hilfsspannung steht.
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Die Sekundärseiten der Transformatoren 23 sind in Reihe geschaltet.
Die Summe der Potentialdifferenzen wird dann am Empfangsplatz mit Hilfe eines Spannungsgerätes
24 gemessen, das anzeigen oder registrieren kann. Ein ähnliches Ergebnis würde man
erhalten, wenn man die Primärseiten der Transformatoren 23 in Parallelschaltung
an die Hilfsstromquelle anschließen würde, wobei jede Sekundärseite einen Rheostaten
speisen würde, so daß sich die Schaltung der Fig. 6 ergeben würde.
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Hierzu sei bemerkt, daß die in Fig. 5 und 6 dargestellten Schaltungsweisen
an sich bekannt sind. Neu ist lediglich die Anwendung dieser Schaltungsweise bei
der beschriebenen Übertragungsvorrichtung.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung läßt sich stets anwenden, wenn
eine gemeinsame Hilfsstromquelle zur Speisung der verschiedenen Übertrager zur Verfügung
steht, denn zur Summierung der Teilspannungen der Übertrager ist es erforderlich,
daß die Spannungen die gleiche Phase aufweisen und daß die Hilfsspannung konstant
ist.
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Neigt die Hilfsspannung aber zu Schwankungen innerhalb weiter Grenzen,
so muß man zur Erzielung der gewünschten Meßgenauigkeit in den Stromkreis irgendeinen
Regler, etwa eine wasserstoffgefüllte Eisendrahtglühlampe, einschalten.
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Die Anwendung derartiger Lampen, die einen in eine wasserstoffhaltige
Atmosphäre eingesetzten Eisendraht enthalten, ist als Hilfsanordnung für einen Sonderfall
vorgesehen.
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Bei der Schaltung nach Fig. 6 ist die durch das Gerät 24 gemessene
Spannung gleich der Summe der Klemmenspannung der Wicklungen 20. Sie ist proportional
dem Wert W # U, wobei W die Summe der zu messenden Leistungen und U die Klemmenspannung
der Wicklungen i9 bezeichnet. Um das Gerät 24 auf die Leistung W eichen zu können,
muß die Spannung U erstens konstant sein, und zweitens muß sie eine bekannte Größe
darstelle. Wenn nun die Klemmenspannung der Hilfsstromquelle Schwankungen unterworfen
ist, so wird zwischen eine der, eine Klemme der Stromquelle mit der gemeinsamen
Klemme der Wicklungen i9 verbindenden Leitungen eine Vorrichtung eingeschaltet,
vermittels der die Klemmenspannung der Wicklungen i9 trotz der Veränderung der Klemmenspannung
der Hilfsstromquelle konstant gehalten werden kann. Es ist in der einschlägigen
Technik bekannt, die hier erforderliche Regelung auf selbsttätigem Wege mit Hilfe
von Widerständen durchzuführen, und zwar von Widerständen, die durch einen in einer
wasserstoffhaltigen Atmosphäre arbeitenden Eisendraht gebildet werden. Solche Widerstände
stehen in einfachster Weise in Form einer Glühlampe zur Verfügung. Der Widerstand
derartiger Lampen
ändert sich sehr schnell mit dem sie durchfließenden
Strom und ermöglicht, die Veränderung der Klemmenspannung der Wicklung i9 auf geringe
Abweichungen zu beschränken, auch wenn in der Klemmenspannung der Hilfsstromquelle
bedeutende Spannungsschwankungen auftreten. Durch die Einschaltung einer wasserstoffgefüllten
Eisendrahtlampe wird demnach, insbesondere in denjenigen Fällen, wo die Hilfsspannung
zu Schwankungen innerhalb weiter Grenzen neigt, trotzdem ein genaues Meßergebnis
erzielt.
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Soll der Meßwert einer Gleichstromleistung fernübertragen werden,
so muß der vorstehend beschriebene Wechselstromleistungsmesser (Magnet i, 2 und
3, q.) durch einen Gleichstromleistungsmesser ersetzt werden, der ein der Meßleistung
proportionales Drehmoment ergibt. Im übrigen würde das Gerät genau so bleiben, als
wenn die Hilfsstromquelle einen Wechselstrom liefern würde.
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Das Gerät für Gleichstrom würde also aus einem Leistungszähler bestehen,
der ein Drehmoment auf eine Achse ausfibt, die eine Metallscheibe trägt. Die Metallscheibe
würde durch einen spannungmessenden Elektromagneten einem entgegengesetzten Drehmoment
unterworfen werden. Die Spannung zur Speisung der beiden Elektromagnetwicklungen
oder einer Wicklung allein würde von der Endklemme und dem Gleitkontakt eines Rheostaten
abgenommen werden, der durch die Drehung der Achse eingestellt wird, ebenso wie
vorstehend beschrieben.
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Wenn der Hilfsstrom ebenfalls Gleichstrom ist, kann das entgegenwirkende
Drehmoment durch irgendeinen geeigneten Gleichstrommotor erzeugt werden. Aber in
diesem Fall ließe sich die Summierung der Spannungen mehrerer Apparate nur ausführen,
wenn jeder eine unabhängige Hilfsstromquelle haben würde.