f t i Archiv r E l e k t r o t e c h n i k XXV. Band. 1. Heft. 1931.

Ein neuer Dreheisen-Quotientenmesser ffir Wechselstrom und seine Verwendung in wfirmetechnischen Uberwachungsanlagen.

Von

Wilhelm (ieyger. (Mitteilung aus dem Laboratorium der Firma W. H. Joens & Co., G. m. b. H., Diisseldorf.)

I n h a l t s f i b e r s i c h t . Es wird ein neuer Wechselstromquotientenmesser beschrieben, welcher ein Dreheisen-

Meflwerk besonderer Bauart (,,Ringeisenmef~werk") besitzt. Das Instrument ist als Anzeige- und Schreibger~it ffir Mef~einrichtungen zur elektrischen trerntibertragung von Meflwerten und zur Temperaturmessung mit Widerstandsthermometern vorziiglich geeignet und hat daher ffir den Aufbau w~irmeteehniseher 13berwachungsanlagen besondere Bedeutung. Bei Verwendung yon Anzeige- und Schreibger~iten mit Ringeisenmel3werk wird die zur Megwert-Fernfiber- tragung bzw. Temperaturmessung dienende MeBanlage unter Zwisehensehaltung eines kleinen Schutztransformators direkt an das Weehselstromnetz angeschlossen. Das benutzte Mef~prinzip gew~hrleistet UnabMngigkeit der Anzeige yon den betriebsm~if~ig auffretenden Spannungs- und Frequenzschwankungen des Netzes, und erm6glieht, Spezialschaltungen zur Messung und Fern- tibertragung der Summe, der Differenz oder des arithmetisehen Mittels mehrerer MefSgr6gen auszuffihren.

Einleitung.

Bei w~irmetechnischen lJberwachungsanlagen handelt es sich um die Aufgabe, zwecks Erzielung einer fibersichtlichen Betriebsftihrung alle wichtigen Betriebs- werte an einer oder mehreren Zentralstellen gemeinsam anzuzeigen und zu registrieren. Es mtissen also sowohl die mit Hilfe mechanischer Mel3ger~ite (z. B. Mengen- und Druckrnesser) erfafiten Met3gr0fien, als auch die mit elektrischen Temperaturmet3ger~iten ermit te l ten Tempera turwer te auf mehr oder weniger grot3e Entfernungen tibertragen werden. W/ihrend bei der elektrischen Temperaturmessung die M6glichkeit einer Fernanzeige und Fernregistrierung durch das MefJprinzip yon vornherein gegeben ist, muff man zur Ferntibertragung der auf mechanischem Wege erfafiten Mef3gr6t3en besondere elektrische Hilfseinrichtungen anwenden. Es eignen sich hierzu Vor- richtungen, bei denen ein oder mehrere Widerst/~nde an der Mefistelle durch das mechanische GebergerS~t entsprechend der zu tibertragenden Mel3gr6f3e' vergndert werden und bei denen diese Widerst~nde bzw. ihr VerhSltnis an der Ablesestelle durch ein als EmpfangsgerS.t wirkendes elektrisches Anzeige- oder SchreibgerSr gemessen werden. Verwendet man zur Messung bzw. Registrierung der den Met3gr6fien entsprechenden Widerstandswerte einen Quotientenmesser, so ergibt sich gegentiber den mit Brtickenschaltungen arbeitenden Widerstandsmet3anordnungen der grundsS~tzliche Vorteil, daft die Anzeige des Empfangsger~tes von Spannungsschwankungen der zum Betrieb der Fernmel3anlage dienenden Stromquelle unabhS~ngig ist. Aus diesem Grunde wird bei einigen der bekannten, auf der gekennzeichneten Widerstandsmethode beruhenden Fernmel3einrichtungen ein Empfangsins t rument mit Gleichstromkreuz- spulmel3werk i benutzt, wie es auch in Verbindung mit elektrischen Widerstands- thermometern vielfach Anwendung findet.

Sollen derartige Mel3anlagen, wie es heute mit Recht allgemein angestrebt wird, an ein Wechselstromnetz angeschlossen werden, so ist man gezwungen, Gleichrichter

1 Vgl. B r u g e r , ETZ 1896, S. 333; ETZ 1906, S. 351; Phys. Ztschr. 7, 1906, S. 775. Arch ly f. E lektro techn ik . X X V . B a n d . x. H e f t . 1

Archiv fiir 2 Geyger , Neuer Dreheisen-Quotientenmesser fiir Wechselstrom. Elektrotechnik~

vorzusehen, die stets eine Komplikat ion der Anlage bedeuten und mancherlei Nach- teile mit sich bringen. Es war daher wiinschenswert, einen Wechselstromquotienten- messer zu sehaffen, der dieselben Funkt ionen erftitlt wie das Gleichstromkreuzspul- instrument, der also ebensowohl bei der Fern(ibertragung von Met3werten als auch bei der Temperaturmessung mit Widers tandsthermometern als Anzeige- und Schreib- gerS~t verwendbar ist. Im folgenden wird ein vom Verfasser entwickelter neuer Dreh- eisenquotientenmesser ffir Wechselstrom beschrieben, weleher ftir die genannten Zwecke vorzfiglich geeignet ist und gegentiber dem Kreuzspulinstrument verschiedene prinzipielle Vorziige aufweist. Das benutzte Megprinzip gew5hrleistet die erforderliche Unabh~ngigkeit der Anzeige yon den betriebsm~f3ig auftretenden Spannungs- und Frequenzschwankungen des Netzes, und erm6glicht, Spezialsehaltungen zur Messung und Fernfibertragung der Summe, der Differenz oder des ari thmetisehen Mittels mehrerer Mef3grOfien auszufiihren.

Allgemeines fiber Dreheisenquotientenmesser.

Die bisher bekannten Dreheisenquotientenmesser k6nnen beziiglich der Art ihres Aufbaues in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden. Bei der ersten Gruppe sind zwei Met3werke yon Rundspul- oder Flachspuldreheiseninstrumenten auf einer gemeinsamen Achse fibereinander gesetzt und die Eisenkerne bzw. die Met3werkspulen so angeordnet, daft die beiden Mefiwerke entgegengesetzt gerichtete Drehmomente erzeugen, wS~hrend bei der zweiten Gruppe an Stelle yon zwei Eisen ein einziges ver- wendet wird, das den magnetischen Feldern zweier Spulen oder Spulengruppen aus- gesetzt ist. Die aus zwei Dreheisensys.temen bestehenden Quotientenmesser haben keine praktische Bedeutung erlangt, da es bei diesen Instrumenten nicht m6glich ist, die durch die 'verschiedenen S~ttigungszust{inde in den beiden Systemen verursachte SpannungsabhS~ngigkeit der Anzeige in befriedigendem Mage zu beseitigen 1. Dagegen sind brauchbare Dreheisenquotientenmesser, die nur ein einziges Dreheisen besitzen, so dab keine st6renden SS~ttigungsunterschiede auftreten k6nnen, bereits 15~nger bekannt, so der Dreheisenfrequenzmesser der Weston Inst rument Company ~ und der Leistungsfaktormesser yon W e s t i n g h o u s e a. Seit einigen Jahren werden auch yon N a l d e r B r o s . and T h o m s o n 4 und yon Dr. P a u l M e y e r 5 Dreheisenquotienten- messer mit einem einzigen Dreheisen hergestellt. Alle diese Mel3gerS~te weichen in ihrer Kons t ruk t ion erheblich yon den normalen als Strom- und Spannungsmesser gebrS~uchlichen Dreheiseninstrumenten ab.

Dreheisenquotientenmesser sind Itir Wechselstrombetrieb besonders geeignet und haben aut3erdem den Vorzug, dab sie keine Stromzufiihrungen zum bewegliehen Organ besitzen. Sehr unangenehm ist aber im allgemeinen die schwierige Erzielung eines vorgesehriebenen Skalencharakters, weil er sich kaum reehnerisch ermitteln

1 Es sind mehrfach Vorschl~ige ftir aus zwei Dreheisensystemen bestehende Quotienten- messer, insbesondere ftir Frequenzmesser, gemacht worden (vgl. z. B. D.R.P. 114830, W. E. B u r n a n d , Sheffield; D.R.P. Nr. 2'/7371, AEG; D.R.P. Nr. 285775, AEG; D.R.P. angemeldet yon den Bergmann-Elektrizit~itswerken 1919). -- B u b e r t (Dissertation Hannover 1923 und Ztsehr. f. Fernmeldeteehn. 5, S. 109, 1924) hat die Bedingungen aufgestellt, unter denen bei einem Frequenzmesser, dessen Megwerk aus zwei Dreheisensystemen besteht, Spxnnungsunabh~ingig- keit der Anzeige eintritt. Die Spannungsunabh~ingigkeit wird bei dem yon B u b e r t entwickelten Instrument dadurch erreicht, dag mit der Spule des einen Dreheisensystems eine Drosselspule in Reihe geschattet ist, deren Seheinwiderstand eine in geeigneter Weise mit dem Strom bzw. mit der Spannung vedinderliche GrSfSe ist (D.R.P. Nr. 405250). Bei diesem Instrument wird also die Spannungsunabhangigkeit durch Anwendung einer besonderen Kunstschaltung erzielt, welche einen mit dem Strom bzw. mit der Spannung vedinderliehen Widerstand enthNt.

ETZ 1912, S. 1149. Vgl. K e in at h, Die Technik elektrischer Mef~ger~te. Verlag Oldenbourg, 3. Aufi., Bd. II,

1928, S. 123/124. a Electrician 1921, S. 458; The Engineer 1924, S. 401.

Vgl. E. K f ihnel , ETZ 1924, S. 1002.

XXV, Band. I93~. Geyger, Neuer Dreheisen-Quotientenmesser ftir Weehselstrom. 3

l~it3t. Das im folgenden beschriebene Dreheisenmet3gedit weist bei gfinstiger Wahl der Abmessungen und S~ittigungsverh~ltnisse einen im voraus bekannten Skalen- verlauf auf und hat, wenn man es in Verbindung rnit einer Ferngebervorrichtung (Fernsenderwiderstandswalze mit Schleifbfirste) von linearer Charakteristik benutzt, eine lineare Skala; die Eichteilung der Registrierpapierstreifen ist unverzerrt und exakt planimetrierbar.

Aufbau und Wirkungsweise des Megwerks . Bild 1 zeigt den Aufbau des neuen Mel3werks in schematischer Darstellung.

Das aus hochlegiertem Transformatorenblech gestanzte Dreheisen D ist als Ring ausgebildet, der an einer Stelle unterbrochen ist und yon den beiden gleichartig beschaffenen, um 180 o gegeneinander versetzten Met3werkspulen S 1 und S 2 nmfal3t \\\\\\\//I II///_///

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Bild 2. Einstellung des beweglichen Systems bei g le ichen SpnlenstrSmen (Definition der

,,Mittellage").

Bild 1. Aufbau des Mel~werkes (schematische Darstellung).

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4 4

Bild 3. Einstellung des bcwegtichen Systems bei ung le iehen Spulenstr6men (Definition

des Ablenkungswinkels 6),

wird. Die ~iuBeren und inneren Umgrenzungslinien des Eisens stellen Teile yon konzentrischen oder exzentrischen Kreisen dar, deren Mittelpunkte mit der Mitte der Systemachse ~4 zusammenfallen bzw. gegen dieselbe gleichmSl3ig versetzt sind. Das Dreheisen ist mittels eines Hebelarmes (Dreheisentr~iger) H a u s unmagnetischem Metall mit der Systemachse verbunden, auf welcher auflerdem der fiber einer Skala spielende Zeiger Z und die Balanciergewichte B befestigt sind. An den Enden der aus geh~irtetem Silberstahl bestehenden Systemachse sind leicht abgerundete Spitzen angeschliffen, die in Edelsteinen gelagert sind. Zwecks Erzielung einer kr~iftigen D~impfung der Zeigerbewegungen ist ein in einer groflen D~impfungskammer N sich bewegender D~impferfltigel 0 vorgesehen (Luftd~mpfung).

])a das in diesem MeBwerk befindliehe Dreheisen die Gestalt eines an einer Stelle unterbrochenen Ringes hat, so kann man eine derartige Anordnung als ,,Ring- eisenmeBwerk" und ein mit diesem MeBwerk ausgestattetes Instrument als ,,Ring- eisenmefigerfit" oder ,,Ringeisenquotientenmesser" bezeichnen.

Werden die MeBwerkspulen s und S, yon zwei WechselstrSmen Yl und J2 durchflossen, so fiben diese Strome auf das Dreheisen D zwei elektromagnetische Drehmomente aus, welche entgegengesetzte Richtung haben: Der in S 1 flieBende Strom J1 verursacht ein in Richtung der Uhrzeigerbewegung wirkendes Drehmoment,

1"

Archiv t ~ 4 Geyger, Neuer Dreheisen-Ouotientenmesser ftir Wechselstrom. Elektrotechnik.

w~hrend der die Spule S~ durchfliet3ende Strom J= ein der Uhrzeigerbewegung entgegen- gesetzt gerichtetes Drehmoment hervorruft. Ist J1 = 5% so stellt sieh das Dreheisen nach Bild 2 symmetrisch zu den Spulen ein, und der Zeiger zeigt auf die Skalenmitte (,,Mittellage" des beweglichen Systems); ist jedoch YlX 5:3, so wird das bewegliche System nach Bild 3 aus seiner Mittellage um einen bestimmten Winkel (8) abgelenkt, dessen Gr6fie dem Verh51tnis der Spulenstr0me entspricht. In jedem Falle stellt sieh das Dreheisen in dem yon diesen Spulen erzeugten resultierenden magnetischen Weehselfeld so ein, daft der magnetische Widerstand ein Minimum ist.

/

f

Bild 4. Kraftlinienverlauf bei gleichl~iufiger Bild 5. Kraftlinienverlauf bei gegenl~iufiger Sehaltung der MeBwerkspulen. Schaltung der Meflwerkspulen.

Die Schaltung der beiden Met3werksputen hat auf die Wirkungsweise des Instrumentes grofien EinfluB. Sind die Spulen g l e i c h l g u f i g geschaltet, d. h. derart, dab die in ihnen fliel3enden Str/Sme das Eisen in g l e i c h e m S inne magnetisieren, so ergibt sich der im Bild 4 schematisch dargestellte Verlauf der magnetischen Kraft- linien; sind die Spulen gegenl~iuf ig geschaltet, d. h. derart, dab die in ihnen fliegen- den Str/3me das Eisen in e n t g e g e n g e s e t z t e m S inne magnetisieren, so ergibt sich

der im Bild 5 wiedergegebene Kraftlinienverlauf 1. Bei I - i gegenlgufiger Schaltung ist die Verhgltnisempfindlichkeit

- ~ ~ des Quotientenmessers bedeutend h6her als bei gleichlS~ufiger : Schaltungl Dagegen erzeugt das MeBwerk bei gleichl~ufiger

& Re! Schaltung ein erheblich gr0fieres Drehmoment. Das Dreh- moment ist allerdings auch bei gegenlgufiger Sehaltung ftir die vorliegenden Zwecke v611ig ausreiehend.

% Die Theorie des Ringeisenquotientenmessers ist keines- falls so einfach wie es scheinen mag, weil in den beiden

a4 Ja MeBwerkspulen nicht nur die beiden galvanisch zugeffihrten Str0me, sondern auch zusgtzliche, infolge der gegenseitigen

- - Induktivit~t dieser Spulen auftretende Induktionsstr6me Bild 6. wirksam sind. Wird ein solches Mef3gerS~t nach Bild 6 in eine

Grunds~itzliche Schaltung Stromverzweigung geschaltet, so entspricht die jeweilige Ein- der Meganordnung. stellung des Dreheisens nebst Zeiger stets dem VerhSfftnis

der beiden ZweigstrOme und somit dem Verh~iltnis der Scheinwiderstgnde der beiden Zweige. Es handelt sich hier um eine Stromverzweigung, deren Zweige miteinander magnetisch gekuppelt sind.

Bedeuten R 1 und R~ die Ohmschen V~iderstgnde der Zweige 1 und 2, L~ und Le die InduktivitS~ten dieser Zweige, M die gegenseitige Induktivitgt der Mel3werkspulen S1 und Se,

* Der in den Bildern 4= und 5 dargestellte Kraftlinienverlauf wurde dureh Eisenfeilicht- bilder ermittelt.

XXV. Band. Ig~X. G e y ge r, Neuer Dreheisen- Quotientenmesser ffir Wechselstrom. 5

co die Kreisfrequenz, e die Spannung (Augenblickswert) zwischen den Verzweigungspunkten, i~ und i= die Zweigstr6me (Augenbliekswerte),

so ergeben sich ffir den Fall, dab die beiden Zweige in d e m s e l b e n Sinne aufeinander induzierend wirken (d. h. bei g l e i e h l ~ u f i g e r Schaltung der Spulen), die Spannungs- gleichungen

d i 1 ~/[ d i~ e = R l i 1 @ ~1 ~t ~- - ' - ~ '

k d(] I Mdi , e = R ~ i ~ + ~ + &.

als Bedingungsgleichung I0r die Stromverzweigung in jedem Daraus folgt Augenblick :

R l i l + ( L 1 M) gil -- ~ = R~ i= + (L~ -- M) a~.is

Analog gilt ftir den Fall, dab die beiden Zweige in e n t g e g e n g e s e t z t e m Sinne auf- einander induzierend wirken (d. h. bei g e g e n l i i u f i g e r Schaltung der Spulen), in jedem Augenbliek :

R1/1 @ (L1 @ M) d il dt"

Bezeichnen 3~1 und 3:9 die Effektivwerte der Zweigstr6me, E den Egfektivwert der Spannung zwischen den Verzweigungspunkten, ~o I und ~o9, die Phasenwinkel zwisehen E und -71 bzw. J~, ~o = ~ - - ~ q den Phasenwinkel zwischen 3~ und 5~1,

so gilt

tg ~o~ ~--- co- L~ ~7 M Yl = ~/R~ + ~= (q + V)~' R ~ '

L~ ~;M E tg q% = co. - -

3:3 = f ~ ~ + 0' 3 IL~ • M)~' R= Hieraus folgt :

tg~o~--tgrp1 __ R~o(L 1212M)- R I~o(L~-j2M) tg W = tg (q~z -- ~1) -- 1 + tg ~, tg ~= R~ ;2~ + 0~2 (L~ ~:LM) (~ ~- ~ " (2)

Die Gr6Ben L1, L= und M sind vonder Winke!stellung des Dreheisens abhgngig, d. h. L1, L= und M sind Funktionen des oben definierten Ablenkungswinkels &

V e r w e n d u n g des R i n g e i s e n q u o t i e n t e n m e s s e r s a ls Empfangsger l i t bei der Fernt ibertragung von Mel ]werten mit W i d e r s t a n d s f e r n s e n d e r n .

Die bei der Fernfibertragung yon MeBwerten mit Ringeisenquotientenmessern benutzte MeBschaltung entspricht im wesentlichen der bei Fernmessungen mit Kreuz- spulinstrumenten gebr~uchlichen Anordnung. Die Zeigerachse des Geberger~tes (z. ]3. Wassermesser), dessen Zeigerstellung fern/ibertragen werden soll, ist mit dem aus Fernsenderwiderstandswalze und Schleifbfirste bestehenden Widerstandsfern- sender, der meistens kurz ,,Fernsender" genannt wird, mechanisch gekuppelt. Jeder Zeigerstellung des Gebergergtes ist eine bestimmte Stellung der Sehleifbfirste und somit ein bestimrates Widerstandsverhgltnis zugeordnet. Durch gleichm~Bige Bewicklung der Widerstandswalze ltiBt sieh leicht erreichen, dab gleichen Winkeln gleiche Wider- standswerte entsprechen (lineare Charakteristik des Fernsenders). ]Die beiden Enden der Fernsenderwicklung F u n d die Schleifbtirste sind in der aus Bild 7 ersichtlichen Weise fiber drei Fernleitungen und zwei Abgleichwiderst/~nde 91, t~2 rait den beiden MeBwerkspul'enS1, S z des Ringeisenquotientenmessers und mit der Sekundgrspule

Arch iv fl i t 6 Geyger , Neuer Dreheisen-Quotientemllesser Ifir Wechselstrom. Elektrotechnik.

eines Schutz t ransformators T verbunden, dessen PrimSxspule an das Wechselstrom- netz angeschlossen ist.

Die vom Geberger~it gesteuerte Schleifbtirste teilt den yon ihr t iberstrichenen Bereich des Fernsenderwiders tandes nach Bild 7 in zwei TeilwiderstS~nde q und % deren ver~nderliches VerhSltnis yon dem als Empfangsger~t dienenden Quotienten- messer erfal3t wird. Die Ver inderung yon q und r~ geschieht dabei derart, dab der Widers tand des einen Zweiges jeweils um ebensoviel zun immt wie der des anderen Zweiges abnimmt .

Was die Beziehungen zwischen dem oben definierten Ablenkungswinkel d und dem VerhSltnis der beiden TeilwiderstS~nde q und r~ anbelangt, so ergibt sich z. B. ftir ein Met3werk mi t konzentr ischen Umgrenzungskreisen des Dreheisens, wenn das Ver- hSltnis q : r 2 stufenweise regelm~f3ig ge inder t wird, der durch Tabelle 1 gekenn- zeichnete lineare Skalenverlauf. Die Vorzeiehen entspreehen der Rich tung des Ablenkungswinkels 8, bezogen auf die Mittellage des beweglichen Systems (Vor- zeichen + : Ablenkung nach rechts,

T a b e l l e i.

Wider- standsver-

hiiltnis I'1 : ~'2

Ablenkungs- winke{

0 :

1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9:

10:

10 + 4O 0 9 + 320 8 + 240 7 + 16 o 6 + 8 0

5 0 4 - 8 0

3 -- 16 o 2 -- 24 o 1 - - 320 0 -- 400

V o r z e i c h e n - - : Ablenkung nach links).

W7 dz]

Bild 7. Schaltung zur Ferntibertragung yon Meg- werten mittels des Ringeisenquotientenmessers

und eines Widerstandsfernsenders.

Tabelle 2 zeigt die Abweichungen des experimentell e rmit te l ten Skalenverlaufes gegentiber dem Skalenverlauf, der bei vol lkommener ProportionalitS~t vorhanden w~ire.' Die gr6t3te Abweichung betr~Lgt _+ 0,770/0 des Skalenendwertes. Der Skalencharakter ist also sehr gtinstig.

T a b e l l c 2.

Ausschlag- I Ausschlag- Teilstrich winkel bei ]winkel exp. der Skala Proportiona- ermittelt

liffit in Grad in Grad

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

Differenz in Grad

0 6,50

13,00 19,50 26,00 32,50 39,00 45,50 52,00 58,50 65,00

O 7,00

13,45 19,90 26,20 32,50 38,80 45,10 51,55 58,00 65,00

0 + 0,50 + 0,45 @ 0,40 + 0,20

0 - - 0,20 -- 0,40

- - 0,45 -- 0,50

0

Differenz in % v o m Skalenend-

wert

0 -4- 0,77 + 0,69 A- 0,62 + 0,31

0 - - 0,31 -- 0,62 - - 0,69 -- 0,77

0

X X V . B a n d ' ~93 ~. Ge y ge r, Neuer Dreheisen- Quotientenmesser ftir Wechselstrom. 7

Durch den Winkel d, welcher die Ablenkung des beweglichen Systems aus seiner Mittellage darstellt, und durch den Skalenwinkel e, welcher dem Winkel zwischen den Zeigereinstellungen auf den Skalenenden entspricht, ist der ftir die Ferntiber- tragung von Mel3werten praktisch wichtige Ablenkungswinkel des Zeigers vom Anfangs- wert der Skala gegeben, der im fo!genden e genannt werden soll. Dieser ft~r die Anzeige und Registrierung mal3gebende Winkel g ergibt sich aus der Gleichung

E

Da die Skalenenden den beiden Grenzstellungen der Schleifbiirste und somit den beiderseitigen maximalen Ablenkungen des beweglichen Systems aus seiner Mittel- lage entsprechen, so ergibt sich, dab der Winkel a dem durch die Schleifbfirste jeweilig wirksam gemachten Teilwiderstand r 1 proportional ist. Da die Fernsenderwicklung so beschaffen ist, dal3 gleichen Winkeln gleiehe Widerstandswerte entsprechen, so ist der Winkel a auch dem Ausschlagwinkel am Gebergerit und somit (bei Mengenmessern) der zu ~ibertragenden Mef3gr013e proportional, was praktisch von grol3er Bedeutung ist.

Verwendung des Ringeisenquotientenmessers zur Messung und Fernfibertragung der Summe, der Differenz oder des arithmetischen

Mittels mehrerer Mel~werte. Bei der Betriebs/iberwachung wirmetechnischer Einrichtungen ist es oft not-

wendig, die Summe oder die Differenz mehrerer betriebswichtiger MefigrSt3en, von denen jede nur einzeln dureh unmittelbare Messung erfaf3t werden kann, zu kennen. Die Verwendung des Ringeisenquotientenmessers in Verbindung mit mehreren, den einzelnen Summanden zugeordneten Widerstandsfernsendern bietet bei Anwendung

1

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J F

Bild 8. Spezialschaltung zur Messung und Ferntibertragung der Summe, der Differenz oder des arithmetischen Mittels mehrerer Mel3werte mit kombinierten Wicklungen der

beiden Meflwerkspulen.

der im folgenden kurz beschriebenen Spezial- schaltungen die M0glichkeit, Summen- und Differenzmessungen mit grot3er Genauigkeit auszuffihren.

I ........

1

rz , I I

f

f

Bild 9. Spezialschaltung zur Messung und Fern- /ibertragung der Summe, der Differenz oder des arithmetischen Mittels mehrerer Mef~werte mit

zwei Summierungstransformatoren.

Die im Bild 8 dargestellte Summenschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dab die beiden Spulen S 1 und S~ des RingeisenmeBwerks in ebensoviele Teilspulen unter- teilt werden, als Summanden vorhanden sind, wobei die einzelnen Teilwicklungen riumlich so angeordnet werden, dat3 sie gleiche magnetische Verkettung mit dem

Archiv ~iir 8 Geyger, Neuer Dreheisen-Quotientenmesser ffir Wechselstrom. Elektroteclmik,

Dreheisen aufweisen. Dies i~i3t sich praktisch leicht erreichen, indem man ebensoviele isolierte Dr~ihte, als Summanden vorhanden sind, gleichzeitig nebeneinander auf- wickelt und die so entstehenden elektrisch und magnetisch v611ig gleichartigen Teil- wicklungen den einzelnen Summanden zuordnet. Die einander entsprechenden Teil- wicklungen der MeBwerkspulen bilden, ebenso wie bei der im Bild 7 wiedergegebenen Einzelschaltung, mit einem Widerstandsfernsende} F je eine Stromverzweigung. Die so gebildeten Stromverzweigungen sind in der aus Bild 8 ersichtlichen Weise miteinander in Reihe geschaltet und an eine gemeinsame Wechselstromquelle ange- schlossen. Die in den verschiedenen MeBkreisen liegenden Hilfswiderst~inde 9H dienen zur Berticksichtigung des Gr6Benverh~iltnisses der HSchstwerte der Sum- manden.

Bild 9 zeigt eine besonders vorteilhafte Summenschaltung, welche dutch An- wendung yon zwei Summierungstransformatoren gekennzeichnet ist. Bei dieser Schaltung sind die beiden Spulen S 1 und s des Ringeisenmef3werkes an die Sekund~ir- spulen zweier Spezialstromwandler T1, T~ angeschlossen, die ebensoviele Prim~ir- spulen besitzen als Summanden vorhanden sind. Die einander entsprechenden Prim~ir- spulen bilden mit einem Widerstandsfernsender je eine Stromverzweigung. Auch hier sind die verschiedenen Mef3kreise in Reihe geschaltet und mit einer gemeinsamen Wechselstromquelle verbunden. Die Beriicksichtigung des Gr6f3enverhSJtnisses der Summandenh6chstwerte erfolgt bei dieser Schaltung entweder durch die Hilfswider- st~nde Q/~ oder aber dutch geeignete Wahl der Wicklungsverh~iltnisse der Summie- rungstransformatoren, und zwar ist das Verh~iltnis der Windungszahlen der einzelnen Primgrspulen bei beiden Stromwandlern gleich dem Verh~iltnis der diesen Prim~r- spulen zugeordneten Summandenh6chstwerte.

Die in den Bildern 8 und 9 gekennzeichneten Summenschaltungen beruhen darauf, dab die auf das Dreheisen beiderseitig einwirkenden Amperewindungen der Spulen s und s den Summen der Zweigstr6me ~1' und ~1" bzw. ~2' und ~ " ent- sprechen. Die Summen 71' + ~1" = 71 und ~ ' -+- ~," = ~ werden durch die kombi- nierten Teilwicklungen der Mei3werkspulen (Bild 8) bzw. durch die Summierungs- transformatoren (Bild 9) mefitechnisch exakt erfafit.

Soll statt der Summe die Differenz zweier MeBgr6f3en gebildet und ferniiber- tragen werden, so sind die Anschltisse an dem Fernsender des Geberger~tes zu ver- tauschen, dessen Angabe subtrahiert werden soil. Nach dieser Methode kann man auch die Augenblickswerte komplizierter Ausdrticke (z. B. m -- n + o --/9 + q -}- r) bilden, indem die Fernsender d e r m i t positiven Vorzeichen arbeitenden GebergerXte (m, o, q, r) mit g e r a d l i n i g e n Verbindungen und die Ger~ite, denen ein negatives Vorzeichen zugeordnet ist (n, /9), mit g e k r e u z t e n Verbindungen in die benutzte Summenschaltung eingeftigt werden.

Dutch geeignete Wahl des Skalenbereiches des Anzeige- oder Schreibger~tes ist es ferner m6glich, mit den wiedergegebenen Summenschaltungen ohne Schaltungs- ~inderung das arithmetische Mittel der einzelnen Mef3gr6i3en anzuzeigen bzw. zu registrieren.

Die beschriebenen Summierungsverfahren haben den grofien Vorzug, daft die MeBgenauigkeit eines jeden Summanden prozentual die gleiche ist, und zwar auch dann, wenn es sich datum handelt, die Angaben mehrerer ganz verschiedcn groBer Mefibereiche zu addieren bzw. zu subtrahieren. Dies wird grunds~itzlich dadurch erreicht, dab das Gr6Benverh~iltnis der einzelnen Summanden nicht durch eine Ver- gnderung der Walzenwiderst~inde, sondern durch entsprechend bemessene IKilfs- widerst~nde (0H im Bilde 8 und 9) bzw. durch entsprechend gew~hlte Wicklungs- verhgltnisse der Summierungstransformatoren (Bild 9) berticksichtigt wird. In%lge- dessen k/3nnen die normalen Fernsendertypen ohne irgendwelche Ab~nderungen benutzt werden.

XXV. Band. I93I. Geyger, Neuer Dreheisen-Quotien• fiir Wechselstrom. 9

Verwendung des Ringeisenquotientenmessers bei Temperaturmessungen mit wechselstromgespeisten Widerstandsthermometern.

Der Ringeisenquotientenmesser wird hier in der bekannten bei Kreuzspul- gerS~ten Oblichen Quotientenmesserschaltung (Bild 1 0 ) i n Verbindung mit einem Widerstandsthermometer RT und einem temperaturunabhS~ngigen Vergleichswider- stand Rv zur Messung des der zu messenden Temperatur entsprechenden Thermo- meterwiderstandes benutzt. Die Justierung der VerhSJtnisempfindlichkeit l~13t sich dabei, ebenso wie bei Kreuzspulinstrumenten, durch einen mit dem Thermometer in Reihe geschalteten Vorwiderstand oder mittels eines den Met3werkspulen parallel geschalteten Nebenwiderstandes ausf0hren.

Bild 10. Schaltung zur Temperaturmessung mit dem Ringeisenquotientenmesser und einem

wechselstromgespeisten Widerstandsthermometer.

Bild 11. Ringeisen mit e x z e n t r i s c h e n Umgrenzungskreisen.

@ Bild12. Ringeisen mi tkonzen t r i schen

Umgrenzungskreisen.

Was die erzielbaren Skaienbereiche der Anzeige- und SchreibgerS~te anbelangt, so k6nnen durch entsprechende Dimensionierung des Ringeisens und durch geeignete Schaltung der Mefiwerkspulen (gleich- und gegenl~iufige Schaltung) je nach Bedarf weite oder enge Temperaturmel3bereiche geschaffen werden. Ffir Widerstands- thermometermessungen sind Ringeisen mit exzentrisehen Umgrenzungskreisen (BUd 11)

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14~ 0 40 2O 3O 4O ~z~v I~lllll][i lirrJ[l ilIllI iJlJlJlJl ~ soh'z

Bild 13. Skalenverlauf ffir die Temperaturmel~bereiche 0 bis 400 o C und 0 bis 400 C.

besonders geeignet, da dieselben eine h6here VerhSJtnisempfindlichkeit ergeben als solehe mit konzentrischen Umgrenzungskreisen (Bild 12). Die MeBwerkspulen werden bei weiten Skalenbereichen (z. B. 0 + 1000 C) gleichl~ufig, bei engen Bereichen (z. B. 0 + 400 C) gegenl//ufig geschaltet. Bild 13 zeigt den ffir die genannten Temperatur- mel3bereiche sich ergebenden Skalenverlauf.

Als Widerstandsthermometer k6nnen die gebr~iuchlichen Ausffihrungsformen, wie sie auch bei Kreuzspul- und BrOekenschaltungen Verwendung linden, ohne weiteres

Archiv f l i t 10 Geyger, Neuer Dreheisen-Quotientenmesser ftir Wechselstrom. Elektrotechnik.

benutzt werden. Die Thermometer erhalten, sobald Temperat~ren tiber 100 ~ C ge- messen werden, eine Wicklung aus physikalisch reinem Platin (90 oder 100 Ohm bei 0 ~ C). Handelt es sich um die Messung niedrigerer Temperaturen, so kann man Thermometer mit Nickel- oder Eisendrahtwicklung (100 Ohm bei 0 ~ C) verwenden. Der die Thermometerwicklung durchflief3ende Strom betrSgt normalerweise etwa 20 Milliampere. Bei einem Thermometer der tiblichen Bauart ist die durch diesen Strom hervorgerufene lJbertemperatur kaum merkbar; der Eigenerw~rmungsfehler betrS.gt etwa 0,2 o C.

In Verbindung mit wechselstromgespeisten Widerstandsthermometern arbeitende Ringeiseninstrumente eignen sich vorztiglich ftir die {3berwachung yon Konden- sationsanlagen. So kann z. B. eine einfache und recht genaue Vakuummessung (Messung der auf den Normalbarorneterstand yon 760 mm bezogenerl prozentualen Luftleere) mit Widerstandsthermometern ausgeftihrt werden, welche in die Dampf- eintrittsstutzen der Kondensatoren unmittelbar tiber der ersten R0hrreihe eingebaut werden, wo der Dampf bestimmt gesfittigt ist. Bei dieser Messung wird yon der Tatsache Gebrauch gemacht, dab die Tempgratur des ges~ittigten Dampfes ein Mag ftir die Luftleere ist 1. Ferner ist es m6glich, die Bestimmung des sog. Gate- grades w~irmetechnischer Kondensatoren mit Widerstandsthermometern durehzu- ftihren, die in den Dampfraum und in die Abflugleitung des Ktihlwassers in m6g- lichster NS~he des Kondensators eingebaut sind ~. In d{esem Falle zeigt der Ring- eisenquotientenmesser unmittelbar den Temperaturunterschied zwischen ges~ittigtem Abdampf und austretendem Ktihlwasser, also den Gtitegrad der Anlage, an.

Zeigerr t i cks te l l er zur A n z e i g e des s t r o m l o s e n Zus tandes . Wenn das bewegliche System vollstS.ndig equilibriert ist, so bleibt der Zeiger

nach dem Abschalten oder beim Ausbleiben der Mef3spannung auf irgendeinem Punkt der Skala stehen und kann auf diese Weise einen bestimmten Betriebszustand vor- tS~uschen. Um dies zu vermeiden, ist am RingeisenmeBwerk eine einfache zeiger- rtickstellvorrichtung angebracht, deren Wirkungsweise aus dem schematischen Bild 14 hervorgeht.

Z

a b Bild 14. ZeigerrticksteIlvorrichtung (a MeBspannung e i n g e s c hal t e t, b MefSspannung

ausgeschal te t ) .

Das kleine ringfOrmige, yon der Hilfsspule S, umfafite Dreheisen D= ist mit einem Mitnehmerhebel H~ rnit Mitnehmer M, versehen. Bei Stromlosigkeit der tlilfsspule wird der Mitnehmer yon einer Spiralfeder (nicht eingezeichnet) gegen den Dreh- eisentrS.ger H gedrtickt, so dab dieser sich an seinen Anschlag A, anlegt und den Zeiger Z aus dem Skalenbereich herausftihrt. Wird nun die Hilfsspule, welche tiber

1 Vgl. F. L ieneweg , ,,Die W~trme", Nr. 26vom !. Juli 1927, Vgl. F. L i encweg , a. a. O,

XXV, Band. i93I. Geyger, Neuer Dreheisen- Quotientenmesser ffir Wechselstrom. 11

einen Vorwiderstand an die beiden Verzweigungspunkte der Met3schaltung angeschlossen ist, beim Einschalten der MeBspannung yon Strom durchflossen, so sueht sich das Dreheisen D~. symmetrisch zur Spule S, zu stellen, spannt dabei die Spiralfeder und der Mitnehmer gibt den DreheisentrSger H und somit den Zeiger Z Dei. Bleibt die MeBspannung aus, so tritt die Spiralfeder in TS~tigkeit, dreht das Dreheisen D~ wieder zurfick, und der Mitnehmer drfickt den DreheisentrSger/4 wieder gegen seinen Anschlag A~. Entsprechend dieser Zeigerstellung, die einige Winkelgrade links yore Skalenanfang iiegt, ist auf der Skala eine rote Marke angebracht. Das Zurtickgehen des Zeigers auf die rote Marke zeig~: also den stromlosen Zusta~d des Instrumentes an.

Konstruktive Ausffihrung und mechanische Eigenschaften des Ringeisenm el]werkes.

Die einzelnen Bestandteile des Ringeisenmegwerkes sind nach Bild 15 in einer einfachen, zum Einbau in Anzeige- und Sehreibgergte allerArt geeigneten Konstruktion

Bild 15. Konstruktiver Aufbau des Ringeisenmet~werks mit Zeigerrfickstellvorrichtung.

vereinigt. Das Megwerkgestell (MeBwerkgrundplatte, D~impferkasten und D/impfer- kastendeckel) und die beiden daran angeschraubten Spulenhalter sind aus einem hochwertigen isolierenden Prefimaterial hergestellt, welches sich dureh grofie mecha- nische Festigkeit und W~irmebestS~ndigkeit auszeichnet. Die Systemachse, auf welcher der Dreheisentr//ger mit dem Dreheisen, der D~mpferfli~gel und der Zeiger mit den Balanciergewichten sitzen, ist in zwei Lagersteinen gelagert, die in der aus Bild 15 ersichtliehen Weise angeordnet sin& Die DS~mpfungskammer ist verhS~ltnism~Big grog bemessen, um die im allgemeinen fiblichen sehr engen Luftspalte zwischen den Kanten des Dgmpferfliigels und der Wandung der DS~mpfungskammer zu vermeiden und dabei trotzdem einen gfinstigen Dgmpfungsgrad zu erzielen. Bild 15 zeigt auch die Anordnung der oben beschriebenen Zeigerrfiekstellvorrichtung, welche mit der Megwerkgrundplatte konstruktiv vereinigt ist.

Das Ringeisenmefiwerk besitzt feststehende Mel3werkspulen und hat gegen(iber dem Kreuzspulmefiwerk den nicht zu unterschgtzenden Vorteil, daft es k e i n e r l e i S t r o m z u f t i h r u n g e n zum b e w e g l i e h e n O r g a n aufweist. Die versehiedenen Nachteile solcher beweglicher, mechanisch sehr empfindlicher Stromzuffihrungen (z. B. Erzeugung eines zusS~tzlichen, die Spannungsunabhgngigkeit der Anzeige beein- trS~chtigenden Drehmomentes und Empfindlichkeit gegen Stromfiberlastung bei Fehlschaltungen) werden hier also grunds~tzlich vermieden. Der konstruktive Aufbau des Ringeisenmefiwerkes ist einfach und fibersichtlich, Seine robuste Ausffihrung ist den praktischen BetriebsverhSJtnissen angepafit und gewS~hrleistet ein einwandfreies

Archiv fiir 12 G e y ger, Neuer Dreheisen- Quotientenmesser fiir Wechselstrom. Elektrotechnik.

und auf die Dauer zuverlgssiges Arbeiten der Anzeige- und Schreibgergte. Das diesem MeBwerk eigene verh{iltnism~iBig groBe Drehmoment ergibt in jedem Falle die erforder- liehe Einstellsicherheit.

Zur zahlenmgBigen Kennzeiehnung der Einstellsieherheit elektrischer MeB- gergte benutzt man den sog. mechanischen Gtitefaktor, eine Verh~iltniszahl, welche im Z~hler das Drehmoment ffir 90 Winkelgrade Ausschlag (in Grammzentimeter), im Nenner das Gewicht s~imtlicher beweglicher Teile d.es MeBwerkes (in Gramm) enthg!t. Nach K e i n a t h 1 empfiehlt es sich, in der Formel ftir den Gtitefaktor das Gewicht mit der Potenz 1,5 einzusetzen und das Drehmoment noch mit 10 zu multi- plizieren, so dab sich ftir den mechanischen Gtitefaktor y der Ausdruek

10. Drehmoment ftir 900 in gem Y- -~ (Systemgewieht in g)1,5

ergibt. Als Drehmoment ist das spezifisehe auf 900 umgerechnete Einstellmoment einzusetzen, wobei unter dem spezifischen Einstellmoment nach K a f k a ~ das Dreh- moment je Winkeleinheit, das beim Herausdrehen des Zeigers aus seiner Gleich- gewichtslage auftritt , zu verstehen ist.

Das spezifische Einstellmoment wurde in der bekannten Weise gemessen, indem der Zeiger mit einer Drehmomentwaage an verschiedenen Stellen der Skala um einen kleinen Winkel (5 ~ abgelenkt wurde. Die gemessenen Werte ergaben (mit 18 multi- pliziert) das in die Gtitefaktorformel einzusetzende Drehmoment ftir 900 Aussehlag. In Tabelle 3 sind die Systemgewichte, die Drehmomente (auf 900 umgerechnete spezi- fische Einstellmomente f/Jr Anfang, Mitre und Ende der Skala) und die hieraus sich ergebenden Gfitefaktoren verschiedener Ringeisenquotientenmesser ftir normale Betriebsverhgltnisse zusammengestellt, und zwar handelt es sich um folgende Instru- mente:

1. Anzeigegergt mit waagrechter oder senkrechter Systemachse fiir Fernsender- messungen, Ringeisen mit konzentrischen Umgrenzungskreisen nach Bild 12.

2. Linienschreiber (Tintenschreiber) mit senkrechter Systemachse ftir Fern- sendermessungen, Ringeisen mit konzentrischen Umgrenzungskreisen nach Bild 12.

3. Anzeigegergt mit waagrechter oder senkrechter Systemachse fiir Thermo- metermessungen (mittlere VerhSltnisempfindtichkeit), Ringeisen m i t exzentrischen Umgrenzungskreisen nach Bild 11.

4. Punktschreiber (Mehrfarbenschreiber) mK senkrechter Systemachse fiir Thermometer- und Fernsendermessungen (hohe Verhgltnisempfindlichkeit), Ring- eisen mit exzentrischen Umgrenzungskreisen nach Bild 1t.

Tabe l l e 3.

09 ~.a System- gewicht

in g

15 36 "6 6

D r e h -

moment ffir Skalen-

anfang in gem

10,5 10,5 0,86 0,24

Gfitefaktor ftir Skalen- anfang (ya)

1,8 0,5 0,57 0,16

D r e h -

moment ffir Skalen- mitte in

gcm

8,7 ' 8,7 0,59 0,23

Giitefaktor ftir Skalen- mitte (TU)

1,5 0,4 0,39 0,15

Dreh- moment ffir I Gfitefaktor Skalenende fiir Skalen-

in gcm ende (7 2)

10,5 10,5 0,39 0,21

1,8 0,5 0,26 0,14

Bei den Fernsenderinstrumenten (Nr. 1 und 2) sind die Werte 7a und ye gr6fier als yM, da der in der Stromverzweigung Und im Mefiwerk fliefiende Gesamtstrom ftir kons tan te Spannung an den Verzweigungspunkten bei Anfang- und Endstellung

* Vgl. K e i n a t h , a. a. O., Bd. I, 1928, S. 27/28. K a fk a, Wiss. Ver6ffentl. des Siemenskonzerns g, S. 14g~,. H. 1 und Elektrot. u. Maschinen-

bau 42, S. 1, 1924. -- Vgl. auch Kafka, Elektr0t. u. Maschinenbau 40, S. 421, 1922.

X XV. Band. I93 L Geyger, Neuer Dreheisen- Quotientenmesser ftir Wechselstrom. 13

der Fernsenderschleifbtirste gr6Ber ist als bei Mittelstellung derselben. Ferner ist hier yA = 7E, da die Mel3schaltung symmetrisch aufgebaut ist. Bei den Thermo- meterinstrumenten (Nr. 3 und 4) nimmt der Gesamtstrom und somit das Drehmoment mit wachsendem Thermometerwiderstand, d. h. nach dem Skalenende zu, ab. Tabelle 3 zeigt, daft der mechanische Gtitefaktor der Ringeiseninstrumente Werte annimmt, die als sehr giinstig bezeichnet werden dtirfen.

Elektrische Eigenschaften des Ringeisenmel~werkes. Die Frage, in welchem MaBe die Anzeige des Ringeisenquotientenmessers yon

Spannungs- und Frequenzschwankungen des als MeBstromquelle dienenden Wechsel- stromnetzes sowie yon Temperatur- und Fremdfeldwirkungen abhS~ngig ist, hat ftir die Beurteilung der praktisehen Brauehbarkeit dieses Instrumentes besondere Be- deutung. Im folgenden sollen daher die Ergebnisse yon Prtifmessungen zusammen- gestellt werden, aus denen die verschiedenen Einflul3gr6Ben zu ersehen sind.

1. S p a n n u n g s e i n f l u f i . Steht das bewegliehe System in seiner Mittellage (Bild 2:~71 = J2), so ist der Verlauf der magnetischen Kraftlinien innerhalb und

2

% z

f

'70 ~o so zoo z:o zgo V 73o ,Ypaaauaj

Bild 16. Durch den Spannungseinf luB verursachte Fehlweisung in Abh/ingigkeit yon der Betriebsspannung (Nennspannung: 100 Volt) bei einem Dreheisen nach BUd 12.

d

320 80 ,90 "/00 110 lgO K130 S p # # u ~

Bild 17. Durch den Spannungseinfluf~ verursachte Fehlweisung in Abh/ingigkeit yon der Betriebsspannung (Nennspannung: I00 Volt) bei einem Dreheisen nach Bild 11.

aut3erhalb des Dreheisens symmetriseh. Schwankt nun die Spannung an der Strom- verzweigung, so wird zwar der Kraftlinienverlauf infolge der hierbei auftretenden PermeabilitS~ts~inderungen des Eisens eine gewisse Anderung erfahren, die Einstellung des Dreheisens bleibt jedoch die gleiche, da alle diese Anderungen symmetrisch zur Mittellinie des MeBwerkes erfolgen. Ist das bewegliche System aus seiner Mittellage abgelenkt (Bild 3: J1X Y,), so ergibt sich ein unsymmetrischer Kraftlinienverlauf. In diesem Falle wird sich bei Spannungsschwankungen der Kraftlinienverlauf reehts und links v o n d e r Mittellinie in verschiedener Weise 5~ndern, da hier das Eisen yon den beiden Mefiwerkspulen unsymmetrisch magnetisiert wird. Infolgedessen kann die f/Jr die Zeigereinstellung allein mafigebende Stellung des Dreheisens, bei weleher der magnetisehe Widerstand ein Minimum ist, bei Spannungsschwankungen eine verschiedene werden, d. h. die jeweilige Einstellung des Zeigers kann bei konstantem Strom- bzw. WiderstandsverhSAtnis in einem gewissen Maf3e auch yon der H0he der MeBspannung abhS~ngig sein. Die in Wirklichkeit auftretenden A_nderungen in der Anzeige sind aber, wie die folgenden MeBergebnisse zeigen, bei den betriebsmiiBig vorkommenden Spannungsschwankungen sehr gering.

Die experimentellen Untersuchungen ergaben zunS~chst, daft der Spannungs- einfluB in der Skalenmitte tats/iehlich gleich Null ist, und daft derselbe am Anfang und Ende der Skala den HOchstwert hat. In den Bildern 16 und 17 ist die am Skalen- anfang und Skalenende auftretende Fehlweisung (ausgedrtickt in Prozenten des Skalenendwertes) in Abh~ingigkeit yon der Betriebsspannung (Nennspannung: i00 Volt)

Archly fox 14 Geyger, Neuer Dreheisen-Quotientenmesser ftir Wechselstrom. Elektrotechnik.

dargeste!lt, und zwar ffir ein Dreheisen mit konzentrischen (Bild 16) bzw. exzentrischen (Bild 17)Umgrenzungskreisen. Der Spannungseinfluri (H6chstwsrt der Fehlweisung bei + 10% SpannungsS~nderung) betrS~gt + 0,2% bzw. • 0,7% des Skalenendwertes.

2. F r e q u e n z e i n f l u r i . Da die in der Stromverzweigung wirksamen Blind- widerst~inde sieh bei Frequenzschwankungen 5.ndern, so ist im allgemeinen das Strom- bzw. WiderstandsverhSJtnis und somit die jeweilige Einstellung des Zeigers in einem bestimmten Marie auch yon der Frequenz und v o n d e r Kurvenform abh~ngig. Bei symmetrischer Mef3anordnung (gleiehartig beschaffene Zweige)wird der Zeiger bei allen in Betracht kommenden Frequenzen auf die Skalenmitte einspielen. Dagegen werden sich die FrequenzS.nderungen bei unsymmetrischen WiderstandsverhSJtnissen in den beiden Zweigen in verschiedener Weise auswirken, was eine gewisse Fehlweisung zur Folge hat. Die durch dis betriebsmS~fiigen Frequenzschwankungen verursachten Fehlweisungen bleiben jedoch, wie aus den folgenden Mel3resultaten hervorgeht, in durchaus zulS~ssigen Grenzen.

Die diesbeziiglichen Messungen zeigten zuniiehst, dab der Frequenzeinfluri in der Skalenmitte tats~ichlich gleich Null ist,

r~ ./- / ~ 0

2

3 ~0 f5 50 55 ttz Go frsquenz

Bild 18, Durch den Frequenzeinfluf~ hervorgerufene Fehlweisung in Abh~ingig- keit yon der Frequenz (Nennfrequenz: 50Hertz) bei einem Dreheisen nach Bild 12.

und dari derselbe ebenfalls am Anfang

/

~s'~o ~5 so ss s z co Frequenz

Bild 19. Durch den Frequenzeinflut3 hsrvorgerufene Fehlweisung in Abh~ingigkeit yon der Frequenz (Nennfrequenz: 50 Hertz)

bei einem Drehsisen nach Bild II.

und Ende der Skala den H6chstwert hat. In den Bildern 18 und 19 ist die am Skalsn- anfang und Skalensnde auftrstends Fehlweisung (ausgedrfickt in Prozentsn des Skalen- endwertes) in Abh~ngigkeit yon der Frequsnz (Nennfrequenz : 50 Hertz) wiedergegeben, und zwar ffir ein Dreheisen mit konzentrischen (Bild 18) bzw. exzentrischen (Bild 19) Umgrenzungskreisen I)er Frequenzeinfluri (H0chstwert dsr Fehlweisung bei + 1~ Frequenz~inderung) betrSgt + 0,1~ bzw. _* 0,50/0 des Skalenendwertss. Der Kurven- formeinflui3 bewegt sich ebenfalls in diesen Fehlergrenzen.

3. T e m p s r a t u r e i n f l u f 3 . Was die Beeinflussung der Anzeige durch Tempe- ratur~nderungen der MeBwerkspulen anbetrifft, so gelten dieselben Uberlegungen wis bei Msrianordnungsn mit Kreuzspulinstrumenten: Die dutch Temperatur- schwankungen verursachten WiderstandsXnderungen der Meflwerkspulen heben sich in ihrer Wirkung teilweise auf, und es ergibt sich sine praktisch vernachl~ssigbare Fehlweisung, wsnn die Spulenwidsrst~inde verh~iltnism~13ig klein sind. Bei den oben beschriebenen Ringeiseninstrumenten hat jede Meriwerkspuls einen Ohmsehen Widerstand yon etwa 17 Ohm. Der Temperatursinfluri (H6chstwsrt dsr Fehlweisung bei _+ 10 ~ C Temperatur~nderung) betr~igt bei den gebrXuehliehen Fsrnssnder- und Thermomsterschaltungen h6chstenfalls etwa + 0,5~ des Skalenendwertes.

4. F r e m d f e l d e i n f l u r i . Beztiglich der Einwirkung magnetischer Fremdfelder auf die Anzeige wurden eingehende Untersuchungen ausgefiihrt. Es zeigts sich, dari der Frsmdfeldeinfluri (H6chstwsrt der Fehlweisung bei 5 GauB Fsldstiirke, ungfin- stigstsr Phassnlage des glsichfrequenten homogenen Fremdfeldss und ungiinstigster gegenseitigsr Lags) mit den fiblichen Eisenblechgeh~iusen je nach Art der Mef3- anordnung stwa + 1--3~ des Skalensndwertes betr~igt. Dsr Frsmdfeldeinfluri hSJt sich also in dsn ffir Drshsiseninstrumsnts bekannten Grenzen.

XXV. Band. I93L Geyger, Neuer Dreheisen-Quotientenmesser for Wechselstrom. 15

Es sei hier auf den sehr geringen Eigenverbrauch der mit Ringeisenquotienten- messern arbeitenden MeBanordnungen hingewiesen. In Tabelle 4 sind die for Fern- sender- und Thermometerschaltungen sich ergebenden Eigenverbrauchswcrte der Sehaltung und des MeBwerkes zusammengestellt.

Tabel le 4.

Art der Eigenverbrauch Eigenverbrauch MeBsehaltung der MeBsehaltung des MeBwerkes

Fernsender- Schaltung

Thermometer- Schaltung

0,5 ~'. i W

0,1 @ 0,2 W

0,1 @ 0,2 W

etwa 0,02 W

Infolge des geringen Eigenverbrauches k6nnen bei diesen MeBschaltungen sehr kleine und daher billige Schutztransformatoren (z. B. Klingeltransformatoren) ver- wendet werden im Gegensatz zu den mit fremderregten elektrodynamischen Meg- gerS~ten arbeitenden Anordnungen, bei denen ein Schutztransformator yon etwa 50 VA vor jedem Instrument erforderlich ist.

Meflwerksymbol f~r Ringeisenquotientenmesser. Die in den VDE-Regeln for MeBgerS~te (w 45) zusammengestellten Symbole

der MeBwerke sollen dem Benutzer des Instrumentes in einfachster Weise die Art des Met3werkes und die Gebrauchsweise des Instrumentes kennzeichnen und dem

Bild 20. Meflwerksymbol for Ringeisenquotientenmesser.

Hersteller das Aufdrucken langer Bezeichnungen ersparen. Diese Symbole sind eingeteilt in 1. Symbole for Gerfite mi t Richtkraft und 2. Symbole f0r Ger//te ohne Richtkraft, wobei for die letztgenannten Symbole vorausgesetzt wird, dab es sieh um ein Instrument der Kreuzspultype handelt. Bei den DrehspulmeBger/iten (M 1) und bei den eisenlosenl eisengeschirmten und eisengeschlossenen elektrodynamischen Instrumenten (M 3) hat die gewOhnliehe Drehspule ein eigenes Symbol; ebenso hat die Kreuzspule ein eigenes Symbol. Dagegen hat bei den DreheisenmeBger~iten (M 2) das MeBwerk mit Richtkraft ein Symbol, w~ihrend dem Dreheiseninstrument ohne Richtkraft bisher kein Symbol zuerteilt worden ist.

Die Einf0hrung des in vorliegender. Arbeit behandelten Dreheisenquotienten- messers mit Ringeisenmef3werk macht in Anbetracht der praktischen Bedeutung dieser Instrumentart ouch die Einf0hrung eines entsprechenden MeBwerksymbols erforderlich, d.h. die LOcke in der Tabelle der Mel3werksymbole ist in geeigneter Weise auszu/Ollen. Das im Bild 20 dargestellte Symbol (vgl. auch Bild 13), welches die Bauart und Wirkungsweise des Ringeisenmel3werkes klar kennzeichnet, ist derart einfach und charakteristisch, dab es ouch ganz allgemein als MeBwerksymbol for Dreheiseninstrumente ohne Richtkraff (z. B. Kreuzeiseninstrumente) eingeffihrt. werden k6nnte; denn es veranschaulicht ein richtkraftfreies Dreheisensystem, dos yon den magnetischen Feldern mehrerer Spulen gleichzeitig beeinfluBt wird.

Axchiv f i i r 16 Geyger, Neuer Dreheisen-Quotientenmesser ftir Wechselstrom. ElektroteelmiL

SchlulSbemerkungen. In den vorstehenden Ausftihrungen ist speziell die Verwendung des Ringeisen-

quotientenmessers in w~irmetechnischen Uberwachungsanlagen behandelt worden. Das Instrument kann jedoch ganz allgemein auch zu anderen Zwecken, beispielsweise ftir Widerstands-, Kapazit~its- und Induktivit~itsmessungen, als Prtifapparat far Spulen (Windungsschlufi-Prafer) und (bei Anwendung besonderer frequenzabhfingiger Kunstschaltungen) als Frequenzmesser benutzt werden. Verh~iltnisempfindlichkeit und Skalencharakter k6nnen dabei durch entsprechende Modifikation der Dreh- eisenform dem jeweiligen Verwendungszweck angepal3t werden. Man kann, je nach Bedarf, mit weiten Quotientenbereichen arbeiten oder aber verhSJtnismSot3ig enge Bereiehe (z. B. 0,9 =1,1) wS~hlen. Besonders geeignet ist das Instrument fiir solehe Zweeke, bei denen die Nessung einer nicht elektrischen Gr6fie (z. B. Weg- und LS~ngenmessung) auf die Messung des VerhSltnisses zweier InduktivitS~ten zurtick- geftihrt wird. In diesem Falle kann der Ringeisenquotientenmesser in Verbindung mit einer Doppeldrossel benutzt werden, in welcher ein Eisenkern verschiebbar an- geordnet ist 1

Es sei hier bemerkt, dab der Ringeisenquotientenmesser bei gleiehlSmfiger Schaltung der MeBwerkspulen in manchen F~llen (z. B. ftir Messungen mit Wider- standsfernsendern) aueh mit Gleiehstrom verwendet werden kann. Die hierbei auf- tretenden Gleichstromfehler (Hysterese, Remanenz der Lage) betragen etwa +_ 1 +20/o des Skalenendwertes.

Die in dieser Arbeit beschriebenen Met3anordnungen (D.R.P. ang.) werden von der Firma W. H. Joens & Co., G.m.b.H. in Diisseldorf, hergestellt. Die zur Ermitt lung der verschiedenen Einflul3gr6flen dienenden Untersuchungen wurden vom Verfasser im Institut fiir teehniseh e Physik der UniversitS~t K61n ausgeftihrt. Herrn Professor Dr. R u k o p , der die Durchffihrung dieser Untersuchungen mit den experimentellen Hilfsmitteln des genannten Instituts erm6glichte, sei auch an dieser Stelle herzliehst gedankt.

1 Vgl. Ke ina th , a. a. O., Bd. II, S. 315/317.