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Einrichtung zur Messung der Wechseistromleistung Unter dem Begriff
»Gaußeffektcc wird bekanntlich die Widerstandserhöhung eines stromdurchflossenen
Leiters oder Halbleiters verstanden, welche dieser erleidet, wenn er einem senkrecht
zur Stromrichtung stehenden Magnetfeld ausgesetzt wird. Der Leiter oder Halbleiter,
welcher mitrgut Ieitenden Elektroden für die Stromzuführung versehen ist, wird im
folgenden als magnetfeldabhängiger Meßwiderstand bezeichnet.
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Die Größe des Gaußeffektes hängt von der Gestalt des magnetabhängigen
Meßwiderstandes ab. Er ist besonders groß bei einem kreisförmigen magnetfeldabhängigen
Meßwiderstand, dessen eine Elektrode im Mittelpunkt und dessen andere Elektrode
am Umfang angeordnet ist (sogenannte Corbinoscheibe). Vorteilhaft ist die Verwendung
eines Körpers aus Indiumantimonid mit Indiumelektroden.
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Die Fig. 1 zeigt die an einer typischen Corbinoscheibe gemessenen
Widerstände R in Abhängigkeit von der magnetischen Induktion B. Es ist ersichtlich,
daß im Bereich zwischen etwa 5000 und 9000 Gauß die Änderung desiderstandes mit
guter Annäherung proportional zur Änderung der Induktion ist.
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Die Fig. 2 zeigt die vom durchfließenden Strom I am Widerstand der
Corbinoscheibe erzeugten Spannungsabfälle U. Es ist ersichtlich, daß der Spannungsabfall
bis zur Strömen von etwa 500 mA proportional zum Strom 1 ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Wechselstromleistung
mit Hilfe des in einem magnetfeldabhängigen Meßwiderstand auftretenden Gaußeffektes
; bei der der magnetfeldabhängige Meßwiderstand durch ein zeitlich konstantes Magnetfeld
vormagnetisiert ist. Es ist bekannt, hierzu einen magnetfeldabhängigen Widerstand
als Mittel zur Multiplikation von Wechselspannung und Wechselstrom zu verwenden.
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Die eine dieser Größen erzeugt dabei ein magnetisches Wechselfeld,
welches den magnetfeldabhängigen Meßwiderstand beeinflußt, während die andere einen
Wechselstrom erzeugt, welcher durch den magnetfeldabhängigen Meßwiderstand fließt.
Dabei wird der magnetfeldabhängige Meßwiderstand durch ein zeitlich konstantes Magnetfeld
vormagnetisiert. Erfindungsgemäß wird die unter solchen Bedingungen entstehende
Gleichspannungskomponente des vom durchfließenden Wechselstrom am magnet feld abhängigen
Meßwiderstand erzeugten Spannungsabfalles als Maß für die Wechselstromleistung verwendet.
Wenn diese Gleichspannungskomponente linear mit der zu messenden Wechselstromleistung
zusammenhängen soll, wird das Vormagnetisierungsfeld so gewählt, daß seine Induktion
B in die Mitte des linearen Teiles der Kurve nach Fig. 1 zu liegen kommt ; bei der
dort verwendeten Corbinoscheibe würde die Vormagnetisierung also mit Vorteil 7000
Gauß betragen.
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Die Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen
Einrichtung. Die gezeigte Einrichtung dient zur Messung von Wirkleistung. Der magnetfeldabhängige
MeßwiderstandG wird dabei von einem Strom durchflossen, welcher zur Wechselspannung
E proportional ist; zu diesem Zweck ist er über den Widerstand R1 mit den Klemmen
R und 0 verbunden. Der magnetfeldabhängige Meßwiderstand wird sodann von einem Magnetfeld
beeinflußt, welches zum Wechselstroms proportional ist, der durch den VerbraucherZ
fließt. Zur Erzeugung dieses Magnetfeldes dient die Widdung B1, welche vom Verbraucherstrom
durchflossen ist. Bei großen Strömen kann selbstverständlich ein Nebenschlußwiderstand
vorgesehen werden. Außerdem wirkt auf den magnetfeldabhängigen Meßwiderstand ein
zeitlich konstantes Magnetfeld, welches beispielsweise durch einen Permanentmagneten
Bo aufrechterhalten wird. Die Gleichspannungskomponente des Spannungsabfalls am
magnetfeldabhängigen Meßwiderstand, welche erflndungsgemäß als Maß für die im Verbraucher
umgesetzte Wirkleistung verwendet ist, wird an den Klemmen 1 und 2 abgenommen.
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Zur Erldärung, wie eine von der zu messenden Leistung abhängige Gleichspannungskomponente
entsteht, sei das eben besprochene Ausführungsbeispiel herangezogen.
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Danach wird der Meßwiderstand von einem zur Wechselspannung E = Eo
sin a>t proportionalen Strom i durchflossen, und er ist von einem zum Wechselstrom
I = Io sin c wt t proportionalen Magnetfeld B beeinflußt.
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Wirkt auf den magnetfeldabhängigen Meßwiderstand das zeitlich konstante
Magnetfeld nicht ein, so verändert
sich der Widerstand r der Corbinoscheibe
in jeder Halbperiode zwischen dem Wert R0 (etwa 15 Milliohmj im Beispiel nach Fig.
1; dieser Wert wird in den Nulldurchgängen des Tromes I ereicht) und einem maximalwert,
der in beiden Halbperioden derselbe ist. Der durch den Strom am Widerstand R der
Corbinoscheibe erzeugte Spannungsabfall verläuft daher symmetrisch zur Nulllinie;
ein Gleichspannungsanteil ist somit nicht vorhanden.
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Außerdem wirkt auf den magnetfeldabhängigen Meßwiderstand noch das
zeitlich konstante Magnetfeld B0.
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Das auf den Meßwiderstand einwirkende Magnetfeld ist dann B* = B0
+ B = B0 + k1 # I0 # sin #t (k1 = = Proportionalitätsfaktor). .
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Mit Vorteil wird das zeitlich so gewählt, daß Bo in die Mitte des
linearen Teils der Kurve nach Fig. 1 zu liegen kommt. Die Änderungen des Widerstandes
R der Corbinoscheibe hängen dann linear mit der Magnetisierung B* zusammen: R =
R0 + k2 = R0 + K2 # B0 + K1 # K2 # I0 # sit #t = R* + k3 # I0 # sin #t (R* = R0
+ k2 B0; K = kl k2).
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Die Extremwerte des Widerstandes R sind also in den beiden Halbperioden
nicht gleich groß. Damit sind aber auch die Spannungsabfälle in den beiden Halbperioden
voneinander verschieden; die Spannungskurve verläuft bezüglich der Nullinie unsymmetrisch,
d. h., die Meßspannung e enthält einen Gleichspannungsanteil.
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Es gilt dabei: e =iR = k4 # E0 # sin #t #(R* + k3 # I0 # sin #t0 =
k4 # E0 # R* sin #t + k3 # k4 # E0 # I0 # sin2#t
Dieser Ausdruck enthält die von der zu messenden Leistung 21 E0 1o abhängige Gleichspannungskomponente
1/2 # k3 # k4 # E0 # I0 Die Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Einrichtung. Die hier gezeigte Ein-
richtung dient zur Messung von Blindleistung.
Dazu wird das wechselnde Magnetfeld von einer Wicklung B1 erzeugt, welche an den
Klemmen R und 0 liegt. Die Phase des Magnetfeldes ist daher um 90C gegenüber derjenigen
der Wechselspannung E verschoben. Der magnetfeldabhängige Meßwiderstand wird von
einem zum Verbraucherstrom ?'proportionalen Strom durchflossen. Dabei dient der
Widerstand R2 als Nebenschlußwiderstand; der Widerstand R3 ist vorgesehen, um den
Strom durch den magnetfeldabhängigen Meßwiderstand in genügendem Maße von dem veränderlichen
Widerstandswert des magnetfeldabhängigen Meßwiderstandes unabhängig zu machen.
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Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung im Vergleich
mit bekannten Wattmetern liegt darin, daß bei einfachem und widerstandsfähigem Aufbau
als Maß für die Wechselstromleistung an einer Quelle kleinen Innenwiderstandes eine
Gleichspannung auftritt, welche leicht zu Meß- und Regelzwecken, auch bei Übertragung
an entfernte Orte, verwendet werden kann.