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Vorrichtung zum Messen des Widerstandes eines in einem rotierenden
Körper befindlichen variablen Widergtandselementes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen aes Widerstandes eines in einem rotierenden Körper befindlichen variablen
Widerstandselementes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung
zum Messen oder Steuern der Temperatur eines rotierenden Körpers, die in dem rotierenden
Körper ein temperaturempfindliches Widerstandselement vorsieht, und die die Temperatur
des rotierenden Körpers von einer Ruhelage aus im kontaktlosen Zustand mit hoher
Genauigkeit hoher Zuverlässigkeit und der Nöglichkeit des Auswechselns mißt oder
steuert.
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Es besteht bei verschiedenen Industriezweigen oftmals die Notwendigkeit,
eine Zustandsgröße, wie die Temperatur, die Verformung, den Druck, die chemische
Zusammensetzung etc. an einem rotierenden Körper genau zu messern oder zu steuern.
Gewöhnlich
wird der Widerstandswert eines variablen Widerstandselementes
in Beziehung zu der Zustandsgröße gesetzt, um diese Zustandsgröße zu erfassen.
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Die vorliegende Erfindung kann in den oben aufgeführten Fällen mit
Vorteil angewandt werden. Die Erläuterung der Erfindung wird Jedoch rür den Pall
der Messung oder Steuerung der Temperatur einer Heißwalze gegeben, wodurch dio Erfindung
Jedoch nicht begrenzt sein soll.
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"ine Vorrichtung mit dieser Wirkungsweise ist insbesondere bei einer
beim Spinnen, Verstrecken und Heißfixieren in der Kungtstoffaserindustrie verwendeten
Heißwalze erforderlich.
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Bei der in der Kunststoffaserindustrie verwendeten üblichen Vorrichtung
ist die Heißwalze auf Jeder Spindel einer Maschine vorgesehen, und die Temperaturdifferenz
der Heißwalze unter den Spindeln beeinflußt die Garnqualität. Aus diesen GruM Bussen
zusätzlich zu einen hohen Grad an Genauigkeit die folgenden B*-dingungen für ein
Temperaturmeßgerät berücksichtigt werden: a) die Messung ist reproduzierbar b) die
Messung erlaubt ein Auswechseln c) die Genauigkeit der Messung bleibt unabhängig
von der Zeit konstant d) es ist eine zentrale Steuerung der Temperatur möglich e)
die Wartung der Vorrichtung ist leicht durchführbar
f) die Anzahl
der elektronischen Teile im Drehkörper sollte auf ein Minimum begrenzt sein g) der
Einfluß der Umgebungstemperatur sollte vernachläßigbar sein h) die Vorrichtung sollte
billig zu fertigen sein.
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Eine bekannte für diesen Zweck verwendete Vorrichtung ist zum Beispiel
in der US-PS 3 457 495 der Firma General Electric Ooipany beschrieben. Diese Vorrichtung
genügt Jedoch nicht den Forderungen a), b), c), d) und g) und ist deshalb für die
Kunstfaserindustrie nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen
oder Steuern der Temperatur einer Eeißwalze zu schaffen, die die obigen Forderungen
erfüllt. Der Temperaturwert der Heißwalze soll genau erfaßt und gesteuert werden
können. Die Messung soll mittels eine temperaturempfindlichen Widerstandselementes,
das an der Heißwalze vorgesehen wird, unabhängig von der Streuimpedanz eines verwendeten
Drehtransformators, unabhängig von einer Änderung der Umgebungstemperatur im Drehtransformator
oder einer Veränderung in der Länge des Verbindungskabels, welches die stationäre
Wicklung des Drehtransformators mit oiner Meßbrücke verbindet, durchgeführt werden
können. Ferner soll eine Temperatursteuerung der Heißwalze bei verbessertem Drehtransformator,
verbesserter Brückenschaltung und verbesserter Meßeinrichtung möglich sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch 1. eine
Reihenschaltung aus den Widerstandselement, aus einen Kondensator und einer stationären
Wicklung eines Drehtransformators, dessen Drehwicklung parallel zu dem variablen
Widerstandselement geschaltet ist, wobei der Widerstandswert des variablen Widerstandselementes
in Beziehung zu einer Zustandsgröße an dem Rotationskörper steht 2. ein Einrichtung
zum Erzeugen einer Bezugsspannung, di. in Phase mit der an die Reihenschaltung angelegte
Wechselspannung ist 3. eine Meßeinrichtung zum Vergleichen der Größe der Bezugsspannung
mit der Größe der Vektorsumme aus den Spannungsfall an Widerstandselement und der
Bezugsspannung, wobei die Meßeinrichtung ein Signal zur Anzeige oder Steuerung des
Zustandes erzeugt und 4. einen Wechselspannungsanschluß zum Angelen der Wechselspannung
an die Reihenschaltung.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 12 t1-guren
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Bezichung zwischen
einer Heißwalze und einem Drehtransformator Fig. 2 ein schematisches Diagramm des
Drehtransformatorteils Fig. 3 eine abgsänderte Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten
Drehtransformatorteils
Big, 4 eine Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Temperatursteuerung der Heißwalze Fig. 5 eine weitere Ausfürungsform einer Vorrichtung
zur Temperatursteuerung der Heißwalze Fig. 6A und 6B Äquivalenzschaltungen zur Erläuterung
der Wirkungsweise der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung Fig. 6C ein Vektordiagramm
zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 6B dargestellten Schaltung Fig. 7
eine Ausführugsform einer Vorrichtung zur Steuerung einer Vielzahl von Heißwalzen
Fig. 8 eine vereinfachte Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung
Fig. 9A bis 9C eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig.10A und 10B eine abgesänderte Ausführungsform der in den Fig.
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9a bis 9C dargestellten Vorrichtung Fig. 11 ein Beispiel einer fUr
die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten Meßeinrichtung Fig. 12 ein weiteres
Beispiel einer für die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendeten Meßeinrichtung.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind eine Heißwalze 1 und ein Drehtransformator
2 auf derselben Achse 9 befestigt, die durch einen, in der Fig. nicht dargestellten,
Antriebsmechanismus godreht wird. Ein variables Widerstandselement 3, dessen Widerstand
von der Temperatur der Heißwalze 1 abhängig ist, besteht au
Platinwiderstandsmaterial
oder aus einen Thermistor zur Messung der Temperatur, von denen das erste vom Gesichspunkt
der Austauschbarkeit geeigneter ist. Das variable Widerstandselement 3 ist mittels
einer Verbindungsleitung 4 in Beihe mit einer Drehwicklung 7 des Drehtransformators
2 geschaltet. Die stationäre Wicklung 8 des Drehtransformators ist über eine Anschlußdose
11 mit Ausgangsklemmen 10 verbunden. Die Ausgangsklemmen 10 sind über eine Brückenschaltung
30 an eine Heizvorrichtung 33 angeschlossen, die die Heißwalze 1 aufheist. Ein in
Fig. 2 dargestelltes charakteristisches Merkmal dieser Erfindung besteht darin,
daß der stationären Wicklung 8 als Widerstandselement ein Kompensationselement 14
mit einer bifilaren Wicklung überlagert ist.
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dessen Drähte aus den gleichen Material wie die W9icklung 7 und 8
bestehen, und das den gleichen Widerstand aufweist, wie der Streuwiderstand des
Drehtransformators 2. Einer der Anschlüsse der stationären Wicklung 8 und des Kompensationselementes
14 sind miteinander verbunden. Drei Verbindungsleitungen führen, wie Fig.
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2 zeigt, über die Anschlußdose 11 zur Gruppe der Ausgangsklemmen 10.
Die Anschlußdose 11 ist ar der stationären Wicklung 8 des Drehtransformators 2 vorgesehen
und enthältnis einen Kondensator 12 und ein Hilfswiderstandselement 13. Bin Anschluß
des Kondensators 12 ist mit einen Anschluß der stationären Wicklung 8 verbunden
und der zweite Anschluß des Kondensators 12 an eine Ausgangsklemme 15 geführt. Ein
Anschluß des Hilfswiderstandselementes 13 ist über das Kompensationselement 14 mit
dem zweiten Anschluß der stationären Wicklung 8 verbunden und der zweite Anschluß
des Hilfswiderstandselementes
13 an eine Ausgangsklemme 17 geführt.
Vorzugsweise ist die Kapazität des Kondensators 12 so ausgewählt, daß sie nahezu
gleich der Streureaktanz des s Drehtransformators 2 ist. Zur genauen Bestimmung
des Kapazitätswertes des Eondensators 12 wird der Eingangsscheinwiderstand an den
Klemmen 15 und 16 so gewählt, daß er einen reinen Widerstandswert ergibt, wenn das
variable Widerstands element 3 auf einen Mittelwert seines Meßbereiche eingestellt
ist.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist der Wert des variablen
Widerstandselementes 3 veränderbar ausgebildet und der Kondensator 12 zwischen einen
Anschluß der stationären Wicklung 8 und der Ausgangsklemme 15 geschaltet. Ein Kondensator
18a verbindet die Ausgangsklemmen 15 und 16,und eine Kapazität 18 ist zwischen die
Klemmen 15 und 16 geschaltet. Die Eingangsimpedanz Z zwischen den Klemmen 15 und
16 wird unter Verwendung einer Brückenschaltung gemessen. Wenn der Wert C1 des Kondensators
12 und die Summe der Werte C0 des Kondensators 18a und der Kapazität 18 geeignet
gewählt werden, wird der Wert der Reaktanzkomponente der Impedanz Z zu einen Minimum
und zu einen konstanten Wert bei einer Änderung des Wertes des Widerstandselementes
3.
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Somit wird die reelle Komponente der Impedanz Z exakt proportional
zum Widerstand des variablen Widerstandselementes 3. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Verfahren sollten entsprechend der verwendeten Brückenschaltung ausgewählt werden.
Die Auswirkung
wird weiter unten im einzelnen erläutert. Is wird
nun die Punktion des Kompensationselementes 14erläutert.
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Da der Drehtransformator 2 in der Mähe der Heißwalze 1 verwendet wird,
steigt die Temperatur der Wicklungen 7 und 8 des Drehtransformators 2 an. lis Folge
hiervon verändert sich der Wicklungswiderstand dieser Wicklungen 7 und 8, und der
Meßwert der Temperatur der Heißwalze 1 nimmt anscheinend zu. Um diese unerwünschte
Erscheinung zu eliminieren, ist das Kompensationselement 14 vorgesehen, dessen Widerstandswert
in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur die gleiche Änderung aufweist, wie der
Äquivalente Rehenwiderstand des Drehtransformators 2. Diurch Verwendung eines derartigen
Drehtransformatorsystems b.i der weiter unten beschriebenen Brückenschaltung kann
der Einfluß einer Ände rung der Umgebungstemperatur auf den Drehtransformator 2
völlig eliminiert werden.
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Das Hilfswiderstandselement 13 dient dazu, eine Auswechselbarkeit
des Drehtransformators 2 zu ermöglichen. Wenn nehrere Drehtransformatoren 2 vorgesehen
sind, deren Drehwicklungen 7 jeweils quer su den Widerstandselementen 3 geschaltet
sind und der Wert des jeweiligen Widerstandselementes auf die Mitte des Meßbereichs
eingestellt ist, dann sollten die Werte der einzelnen Eingangswiderstände, gemesen
an den Klemmen 15 und 16, jeweils einander gleich sein. In Wirklichkeit ist dies
Jedoch nicht der Fall. Die Ursache ist in einer Verschiedenheit der Länge der Wicklung
7 bzw. 8 bei
den Drehtransiormaeoren 2 zu sehen, d.h. in einer
Ungleichheit der äquivalenten Reihenwiderstände bei den Drehtransformatoren 2.
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Zur Kompensation dieser Erscheinung ist, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt,
das Hilfswiderstandselement 13 3 eingefügt, so daß die erwähnten Widerstände einander
gleich werden.
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Fig. 4 stellt ein Verfahren zur Temperatursteuerung der Heißwalze
1 unter Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Drehtransformators 2 dar. Der Drehtransformator
2 und eine Brückenschaltung 30 sind mittels eines Kabels 26 miteinander verbunden.
Quer zu den Leitungen 15 und 16 bzw. 16 und 17 sind Kapazitäten 18 bzw. 19 angeordnet.
Die Summe der Werte der Kapazität 18 und des Kondensators 18a entspricht der in
Fig. 3 angegebenen Kaazität C0. Die Speisespannung für die Brückenschaltung 30 wird
über einen Transformator 24 aus einer 5 bis 15 kHz Wechselspannungsquelle 23 zugeführt.
Die Sekundärspannung des Transformators 24 wird durch einen Abgriff 25 in Spannungen
Q2 und e3 geteilt. Ein Anschluß der Sekundärspule des Transformators 24 ist über
einen veränderbaren Widerstand 21, einen Kondensator 20, die Leitung 15 und den
Kondensator 12 mit einen Anschluß der stationären Wicklung 8 des Drehtransformators
2 verbunden. Eier bildet di. Kombination sus dem Widerstand 21, den Kondensatoren
20 und 12, den kapazitiven Elementen 18 und 18 a und der stationären Wicklung 8
einen Zweig der Brückenschaltung 30. Der andere Anschluß der Sekundärwicklung des
Transformators 24 ist über einen Widerstand 2, die
Leitung 17,
du Hilfswiderstandselement 13 und das Kompensationelement 14 mit der Verbindungsstelle
zwischen der Leitung 16 und dem zweiten Anschluß der stationären Wicklung 8 des
Drehtransformators 2 verbunden. Hier bildet die Kombination aus dem Widerstand 22,
den Elementen 13 und 14 und der Kapazität 19 einen weiterejn Zweig der Brückenschaltung
30. Wenn zusätzlich zur Einstellung der Werte der Kapazität 18 und des Kondensators
18a (vgl.
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Fig. 3) der Wert des Kondensators 20 geeignet gewählt wird, d.h.
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so daß die Eingangsimpedanz, gemessen an der Verbindungsstelle zwischen
den Kondensator 20 und da Widerstand 21 und an der Leitung 16 nach links, unabhängig
vom Wert des variablen Widerstandselenentes 3, zu einen reinen Widerstand wird,
wenn ferner die Summe der Widerstände der Elemente 13 und 14 ausreichend klein,
verglichen zu der durch die Kapazität 19 bedingten Reaktanz ist, dann bildet die
Brückenschaltung 30 eine reine Widerstandsbrücke und die Brückenspannung e1 zwischen
da anschluß 16a und den Abgriff 25 wird bei einem bestimmten Wert des variablen
Widerstandselementes 3 zu Null.
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Die Brückenspannung e1 wird einer Meßeinrichtung zugeführt, in der
sie durch einen Verstärker 31 verstärkt und durch ein Phasenmeßgerät 34 erfaßt wird.
Die Ausgangsgröße des Phasemeßgerätes 34 wird einen Thyristorsteuergerät 32 sugoffihtt,
durch das die an die Heizvorrichtung 33 zum Aufheizen der Heißwalze 1 gelieferte
Energie gesteuert wird. Die Heißwalze 1 wiederum erhitzt das variable Widerstandselement
3 zum Messen der Temperatur der Heißwalze 1. Es kann somit eine Schleife zur selbsttäigen
Regelung
der Temperatur der Heißwalze 1 gebildet werden. Bei einer
anderen Meßeinrichtung kann die lingangsgröße für das Thyristorsteuergerät 32 durch
Vergleich der Größe des Spannungsfalls an eines Brückenzweig mit der Größe des Spannungsfalls
anderen Brückenzweig gebildet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt die folgenden Vorteile: a)
Da die durch einen anstieg der Umgebungstemperatur bedingte Änderung des Wicklungstandes
in dem Drehtransformator 2 keinen Einfluß auf den Abgleichzustand der Brückenschaltung
30 hat, kann eine genaue Temperatursteuerung der Heißwalze 1 durchgeführt werden.
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b) Da die Brückenschaltung 30 als reine Widerstandsbrücke wirkt; können
ihre Schaltung und ihre Funktion vereinfacht werden.
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c) Die Brückenschaltung 30 kann durch Verwendung eines Kabels 26 weit
vol Drehtransformator 2 entfernt angeordnet werden.
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d) Da di. Summe der Widerstandswerte des Widerstands 21 und des variablen
Widerstandselementes 3 konstant bleifen, bleibt auch die Empfindlichkeit der Brückenschaltung
30 konstant, und damit ist die Empfindlichkeit der nicht dargestelltten Alarmvorrichtung
konstant, di. eine Abweichung in der Temperatur der Heißwalze 1 erfaßt und durch
einen Alarm anzeigt.
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Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
tar. Es handelt sich hierbei um eine Temperatursteuerung der Heißwalze 1 unter Verwendung
des in Fig. 2 dasgestellten
Drehtransformators. Der Aufbau der
Brückenschaltung 30a der Vorrichtung nach Fig. 5 ist der gleiche wie im Fall der
Fig.
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4. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden jedoch die Bezugsspannung
e2 zwischen dem Abgriff 25 und einem Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators
24 sowie die Bezungsspannung e1 zwischen dem Abgriff 25 und der Leitung 16a dadurch
Gleichrichter 35 nd 35a jeweils gleichgerichtet. Hier besteht die Spannung e1 aus
der Vektorsumme zwischen der Bezugsspannung e2 und dem Spannungsfall am Widerstandselement
22, dem Hilfswiderstandselement 13 und dem Kompensationselement 14. Die gleichgerichteten
Ausgangsgrößen der Gleichrichter 35 und 35a werden jeweils den Differenzeingägen
eines PID-Regels 36 zugeführt. Die Gleichrichter 35 und 35a und der PID-Regler 36
bilden eine Meßeinrichtung.
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Die Ausgangsgröße des PID-REglers 36 wird über das Thyristorsteuergerät
32 der Heizvorrichtung 33 zugeführt. Wenn der Widerstandswert @@@eblen Widerstandselementes
3 einen vorgegebenen Betrag erreicht hat, wird das Eingangssignal des PID-Reglers
36 im abgeglichenen Zustand zu Null. Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung ist kein@rei@
Widerstansbrücke, da die Eingangimpedanz an den Anschlüsse 15a und 16a des Kabels
26 nach links gesehen eine Widerstandskomponents und eine Reaktanzkomponente enthält.
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Die Spannung e1 wird deshalb selbst dann nicht zu Null, wenn der Wert
des variablen Widerstandselementes 3 genau eingestellt wird.
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Außerden verändert sich die Reaktanzkomponente der Impedanz abhängig
vom Wert des variablen Widerstandselementes 3. Im vorliegenden Fall kann die in
Fig. 5 dargestellte Schaltung nur den
Wert der Widerstandskomponente
der Impedanz unabhängig von der Reaktanzkomponente dieser Impedanz einfach messen.
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Es wird nun das Prinzip der erfindugsgemäßen Brückenschaltung erläutert.
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Fig. 6A zeigt das Ersatzdiagram der in Fig. 5 dargestellten Schaltung.
In Fig. 6B sind das variable Widerstandselement 3, der Drehtransformator 2 und der
Widerstand 21 durch eine Reihenschaltung aus einen Widerstand 3a und einer Induktivität
40, ferner das Widerstandselement 22, das Hilfswiderstandselement 13 und das Kompensationselement
14 durch einen Widerstand 22a ersetzt. Fig. 6C ist ein Zeigerdiagram zur Erläuterung
der Wirkungsweise der in Fig. 6B dargestellten Brückenschaltung.
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In lig. 6C entsprechen die Punkte A, B, 0, D und P den Punkten A,
B, C, D und F in Fig. 6B, und der Zeiger e6 stelt den Spannungsfall an der Induktivität
40 dar. Die Zeiger e4 und e5 entsprechen den Spannungsfällen an den Widerständen
22a und 3a, und diese Zeiger verlaufen, rechtwinklig zum Zeiger e6. ßomit liegt
der Punkt D auf dem Kreis mit dem Durchmesser AB, dessen Mittpunkt 0 dem Mittelpunkt
von AB entspricht. Wenn der Wert des Widerstandes 3a gleich den Wert des Widerstandes
22a wird, wird der Punkt C zum Mittelpunkt von AD. Mit dem von der Strecke AD bestimmten
Mittelpunkt 0 wird das Dreieck ACO zu einem rechtwinkligen Dreieck. Falls F dem
Mittelpunkt von AO entspricht, sind FC und AF
einander gleich,
d.h. |e1| = |e2|. D.h. wenn entweder der Widerstand 3a oder 22a so eingestellt wird,
daß |e1| = |e2|, wird der Wert des Widerstandes 3a gleich dem Wert des Widerstandes
22a.
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Wenn die Kapazität des Kondensators 12 die Streureaktanz des Drehtransformators
2 oder die Frequenz der Wechselspannungsquelle 23 so gewählt ist, daß angenähert
ein Resonanzzustand vorliegt, dann gelangt der Punkt C in Fig. 6C in die Mähe des
Punktes 0, und als Folge hiervon wird die Epfindlichkeit der Brückenschaltung 30a
zu einem Maximum.
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Falls der Wert des Widerstandes 22a konstant gehalten wird, und der
Wert des variablen Widerstandselementes 3 sich durch Erhitzen der Heißwalze 1 ändert,
so daß |e1| gleich |e2| wird, dann wird der Widerstand 3a gleich den Wert des Widerstandes
22. und somit ist der Abgeich gegeben. Wird somit der Wert des Widerstandes 21 (Fig.
6k) vergrößert, dann wird die Brücke bei einer Abnahme des Wertes des variablen
Widerstandselementes 3 abgeglichen. Hierbei wird unabhängig von der Temperaturänderung
der Heißwalze 1 die Empfindlichkeit der Brückenschaltung 30a konstant gehalten.
Der Vorteil der in Fig. 5 dargestelten Brücken schaltung 30a besteht darin, daß
der Wert des variablen Viderstandselementes 3 ohne Fehler, unabhängig von einer
Änderung der Induktivität 40 gemessen werden kann , d.h. unabhängig von mangelnder
Gleichmäßigkeit in der Reaktanz des Drehtransformators 2, des Kondensators 12 und
Kapazität 18. Ein weiterer Vorteil dieser Brüchenschaltung besteht darin, daß zum
Zweck einer Temperatursteuerung
an mehreren Stellen eine gemeinsame
Temperatur festgesetzt werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird in
einer Brückenschaltung an zwei Drehtransformatoren 2-1, 2-2 und an zwei variable
Widerstandselemente 3-1, 3-2 eine gemeinsame Spannung e angelegt.
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Die Elemente 3-1 und 3-2 werden dann so eingestellt, daß eine durch
den Drehtransformator 2-1 erzeugte Spannung |e1-1| und eine durch den Drehtransformator
2-2 erzeugte Spannung |e1-2| gleich der gemeinsamen Spannung |e2| werden. Als Folge
hiervon wird die Steuerung so ausgeführt, daß beide Widerstände der variablen Widerstandselemente
3-1 und 3-2 denselben Wert haben.
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Diese Beziehung kann auch auf einen Fall mit mehr als zwei Heißwalzen
erweitert werden.
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Fig. 8 stellt eine vereinfachte Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten
Vorrichtung dar.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 sind das Hilfswiderstandselement
13, das Kompensationselement 14 und die Leitung 17 weggelassen, und es ist ein Anschluß
das Widerstands 22 mit der Leitung 16a verbunden. Diese Vorrichtung kann verwendet
werden, wenn der Einfluß einer Änderung der Umgebungstemperatur auf den Drehtransformator
2 oder die mangelnde Gleichmäüigkeit in den äquivalenten Reihenwiderständen unter
den Drehtransformatoren 2 klein sind.
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Die Fig. 9A, 9B und 9C zeigen eine abgeänderte Ausführungsform, nämlich
den Leitwerttyp der Fig. 4. Bei der in Fig. 9A dargestellten Vorrichtung sind eine
Widerstandsbrücke 30b und der Drehtransformator 2 jeweils durch die Leitungen 15
und 1 miteinander verbunden. Wenn die Kapazitäten 12, 18a und 20 zwischen dem Drehtransformator
2 und der Widerstandsbrücke 30b (vgl. 9A) in geeigneter Weise vorgesehen sind, wird
die Eingangsimpedanz an den Leitungen 15 und 16, nach links gesehen, zu einen reinen
Widerstand. Fig. 9B stellt die Ersatzschaltung der Fig. 9A dar.
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Der Kapazitätswert 18 ändert sich hierbei in Abhängigkeit von der
Läge des Kabels. Wenn für den Widerstand 22, im Vergleich zu den Widerstand 3a,
ein sehr kleiner Wert gewählt wird, und die Reaktans der Kapazität 18, d.h. die
Spannung e4 am Widerstand 22, vergleichen zur Spanung e7, sehr klein ist, stelt
sich die Beziehung zwischen den Zeigern i1, i2 und i3 entsprechend Fig.
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9C dar. Wenn wir den Zeiger i3 = i/2 betrachten, dann folgt aus Fig.
9C, daß i1 = i3 sein muß, wenn die Bezeichung |i3 - i/2|= i/2 sein soll. Wenn die
Werte des Widerstandes 22 und des Widerstandselementes 56 ausreichend klein gewählt
sind und der halbe Widerstandswert des Widerstandselementes 56 gleich dem Wert des
Widerstandes 22 gewählt ist, dann ist die Spannung e4 proportional zu i/2, die Spannung
e2 ist porportional zu i3 und die Spannung e1 iost proportional zu i3 - i/2 (vgl.
Fig. 9B). Dann wird der Wert des Widerstandselementes 55 so engestellt, daß die
Beziehung |e1| = |e4| gehalten wird, und die Brücke 30b ist abgeglichen,
wenn
der Wert des Widerstandes 3a gleich den Wert des Widerstandselement es 55 wird.
Der Wert des Widerstandes 3a wird somit durch den Wert des Widerstandselementes
55 abgelesen. Die in Fig. 9A dargestellte Brückenschaltung wird bei der obengenannten
Bedingung, unabhängig von einer Änderung in Wert der Kapazität 18 abgeglichen so
daß sie ftlr die Fälle geeignet ist, in denen ein langes Kabel benutzt wird.
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Die Fig. 10A und 10B zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der un
den Fig. 9A bis 9C dargestellten Vorrichtung. Bei der Ausführungsforn nach Fig.
10A sind ein Kompensationselement 14 und ein Hilfswiderstandselement 13 au des Widerstandselement
55 in Reihe geschaltet, und hierdurch wird ein durch eine Änderung der Umgebungstemperatur
in Drehtransformator 2 hervorgerufener Meßfehler eliminiert. Zusatzlich zu den Leitungen
15, 16 und 17 ist eine Leitung 57 vorgesehen. Ein Ende der Leitung 57 endet offen,
das andere Ende ist mit der Verbindungstelle zwischen den Widerstandselement 55
und 56 verbunden. Die Kapazität und der Ableitwiderstand zwischen den Leitungen
57 und 17 sind entsprechend der Kapazität und dem Ableitwiderstand zwischen den
Leitungen 15 und 16 gewählt und parallel zum Widerstandaelement 55 eingefügt.
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In Fig. 10B ist die Ersatzschaltung der Vorichtung nach Fig. 10A dargestellt.
Wenn der Widerstand 22 gleich dem Widerstandselement 56 ist, wird die Spannung ee1
zu Null. So kann der Wert des Widerstands q3a mit der üblicher Wechselstrombrücke,
wie sie in Fig.
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10A dargestellt ist, erfäßt werden, und es kann auch der Abgleichzustand
lediglich
Einstellen des Widerstandselementes 55 erhalten werden, so daß diese Vorrichtung
vereinfacht ist.
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Es wird nun das Verfahren zum Erfassen der ausgangsgröße der Brückenschaltung
30a bzw. 30b erläutert. Wie bereits beschrieben, wird durch das Meßverfahren entschieden,
ob die Größen der beiden Wechselspannungen (deren Frequenzen identisch sind) e1
und e2 einander gleich oder nicht gleich sind. Um dies festzustellen, genügt es,
die beiden durch Gleichrichten der entsprechenden Wechselspannungen e1 und e2 mittels
Dioden enthaltenen Gleichstromsignale miteinander zu vergleichen. Werden die gleichgerichteten
Spannungen miteinander vergleichen, dann wird jedoch die Drift der Gleichstromverstärker
zu einem Probelm. Insbesondere, wenn die Spannungen e2 und e1 sehr klein sind wie
dies bei der in Fig. 10A dargestellten Drücke der Fall ist, bedingt eine Differenz
in der Verstärkung der beiden Verstärker, die diese kleinen Spannungen e2 und e1
vor der Gleichrichtung verstärken, einen ernsthaften Fehler. Um dieses Problem zu
überwinden, wird gewöhnlich ein Zerhackerverstärker verwendet. Dieser ist jedoch
sehr teuer. Gemäß dieser Erfindung werden diese Mängel auf die folgende Weise beseitigt.
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In Fig. 11 ist ein Beispiel einer Meßeinrichtung dargestellt.
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Diese enthält eine Einrichtung 41 zur Bildung einer Differenz zwischen
e1 und e2 und eine Einrichtung 42 zur Bildung der Summe aus e1 und e2. Die Ausgangsgrößen
der Einrichtungen 41
und 42 werden einen Phasendetektor 43 zugeführt,
um das skalare Produkt aus (e1 - e2) und (e1 + e2) zu bilden. Das skalare Produkt
aus (e1 - e2) und (e1 + e2) stellt sih der als:
Ist das skalare Produkt (e1 - e2).(e1 + e2) = 0, dann ist |e1| = |e2|. Der Vorteil
der in Pig. 11 dargestellten Meßeinrichtung besteht darin, daß sie stabiler und
billiger als ein Meßverfahren unter Verwendung eines Zerhackerverstärkers ist, da
e1 - e2 auf den gewünschten Pegel eines Wechselstroms verstärkt werden kann.
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In Fig. 12 ist ein weiteres Meßverfahren dargestellt. Hier werden
die Eigangsspannungen e1 bzw. e2 den Torschaltungen 45 bzw. 46 zugeführt, die abwechselnd
synchron zur Wechselspannungsquelle 44 geschaltet werden und in aufeinanderfolgenden
Wellen für eine vorgegebene Zeitdauer Wechsewlspannungen e1 und e2 bilden. Die Ausgangsgrößen
der Torschaltungen 45 und 46 werden über einen Verstärker 47 einem Detektor 48 für
die Umhüllende zugeführt, um die Umhüllende der obengenannten aufeinanderfolgenden
Wellen zu erzeugen. Die Ausngangsgröße des Detektors 48 wird durch einen selektiven
Verstärker 49 verstärkt, der auf die Frequenz der Wechselspannungsquelle 44 abgestimmt
ist und dann durch einen mit der Wechselspannungsquelle 44 synchronisierten Phasendetektor
50 gemessen. Die Ausgangsgröße 51 stellt dann die Differenz zwischen e1 und e2 dar.
Der Vorteil dar in Fig. 12 dargestellten
Detektoreinrichtung besteht
darin, daß sie keine Drift aufweist und eine größe Zuverlässigkeit besitzt, weil
kein Gleichstromverstärker benutzt wird. Die Schaltung ist deshalb in besonderer
Weise für die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Verwendung einer Brückenschaltung
geeignet.
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13 Ansprüche 12 Figuren