DE2345744C2

DE2345744C2 - Elektrolytischer Elektrizitätszähler

Info

Publication number: DE2345744C2
Application number: DE2345744A
Authority: DE
Inventors: Allyn Nicholas Anoka Minn. Goshy; Russell Lee Excelsior Minn. Rehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-20
Filing date: 1973-09-07
Publication date: 1982-04-29
Also published as: FR2200525B1; IT1000077B; CH581323A5; AU467679B2; GB1441643A; US3768008A; FR2200525A1; JPS5315663B2; JPS4970665A; AU5998973A; SE389742B; DE2345744A1; CA991703A

Description

viel Material abgetragen ist, daß sie sich selbst verbraucht Die Vorrichtung kann dabei die Form einer auswechselbaren Einheit aufweisen. Ein Nachteil einer derartigen Vorrichtung besteht darin, daß eine Unterbrechung des Verbraucherstromkreises eintreten kann, ohne daß der Verbraucher die Möglichkeit hat dies rechtzeitig zu erkennen.

in der DE-PS 8 /S 52S ist ein elektrolytiseher Elektrizitätszähler beschrieben, bei dem in Abhängigkeit von dem Durchgang einer ganz bestimmten Elektri/itätsmenge durch ein elektrolytisches Schaltelement eine Betätigungsvorrichtung ausgelöst wird, die die an dem elektrolytischen Schaltelement anliegende Spannung umpolt und gleichzeitig ein. - Zähler fortschaltet Danach laufen in dem ::leki "yt'schen Schaltelement die Vorgänge bis zur Auslosung des nächsten Schaltvorganges in der umgekehrten Richtung ab. Der Zähler gibt genau an, wie o. -er Durchgang der -Elektrizitätsmenge in den be^:--^;2n ii«chtungen erfolgt ist

Jn dieser DE-PS ist ferner C\r Möglichkeit angedeutet, mit der Hilfe des elektro-ytischen Schaltelements eine Abschaltung des zu messenden Verbraucherstromes zu bewirken.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ι, einen elektrolytischen Elektrizitätszähler anzuge-

——ben, durch den einem Verbraucher automatisch und

rprht7f!Jtig angezeigt wird, daß eine Abschaltung des Verbraucherstromkreises bevorsteht
- Diese Aufgabe wird durch den elektrolytischen ^Elektrizitätszähler nach dem Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die in einer Elektrolytzelle transportierte Matenalmen während des Betriebs beim Verbraucher nur

-^ge
einsinnig transportiert, daß also die Zelle nicht umgepolt

werden darf, weil dann die Umpolungen gezählt werden müssen und damit wieder Ableseprobleme auftreten. Findet weiterhin, wie für den Katastrophenfall ge-

iwünscht am Ende der Kapazität eines Elektrolytzählers,

d. h. wenn alles verfügbare Material von der Anode zur

~~z.~ Kathode tra.isportiert worden ist, eine Abschaltung des

— Verbrauchers statt, so muß dieser eine genügend lange

Zeit vorher gewarnt werden, damit er die Eiektrolytzel-

Ie zu einer ihm genehmen Zeit auswechseln k,^nn. Wie

-~ leiter unten noch näher erläutert, führt dies erfindungsgemäße Auswechseln von Eiekiroiyizeiien zu einer vom Abnehmer aüein bestimmbaren Zeit dazu, daß nicht die gesamte unü nur mit den erwählten zu großen Streuungen herstellbare Kapazität des Elektrolytzählers für die eigentliche Messung ausgenutzt wird.

Ein elektrolytiseher Elektrizitätszähler nach der Erfindung besitzt demnach eine auswechselbare Patrone mit mindestens zwei coulometrischen Zellen, von denen die eme unter sonst gleichen Umständen eine wesentlich größere Zeit zum Abbau des auf der Anode deponierten Materials benötigt als die andere; dies kann z. B. durch unterschiedliche .Vieüsirome verwirklicht werden. Wenn der Spannungsanstieg über der langsam abbauenden Zelle das Ende des in ihr stattgehabten Materialtransports anzeigt, kann der Spannungsanstieg dazu benutzt werden, um die schnell abbauende ZeJJe an den Meßkreis anzuschließen; gleichzeitig kann durch ein Signal, etwa akustisch durch einen Summer oder optisch durch eine Lampe dem Abnehmer angezeigt werden, daß die Patrone bald ausgewechselt werden muß. Dies geschieht zu einem vom Abnehmer bestimmten Zeitpunkt, ohne daß in aller Regel die schnell abbauende Zelle bereits am Ende ihrer Kapazität angelangt ist.

Der Abnehmer bringt nun die verbrauchte Patrone zu einer Filiale des Stromlieferanten und läßt sie entsprechend einer von ihm gewünschter Menge elektrischer Arbeit regenerieren. Dies geschieht bezüglieh der langsam abbauenden Zelle mit großer Genauigkeit weil die normale, d. h. während des Betriebs beim Abnehmer als Anode betriebene Elektrode nun als Kathode beineuen wird und das dem dabei transportierten Material entsprechende Produkt ίο aus Strom und Zeit sehr genau gemessen werden kann. Auch die schnell abbauende Zelle wird regeneriert; sie befindet sich zwar in einem zunächst unbekannten Kapazitätszustand, doch wird durch den Rücktransport des auf der Kathode niedergeschlagenen Materials zur Anode die vom Abnehmer bezüglich dieser Zelle verbrauchte Elektrizitätsmenge sehr genau erfaßt

Die Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei der elektrolvtische _: -Elektrizitätszähler nach

201- Fig. 1 mit einer rein elektronijchen Umschaltung ; —zwischen der langsam und der schnell ?^Hbauenden Zelle -und nach

::z F i g. 2 mit einer elektromechanischen Umschaltung "arbeitet

ι Nach Fig. 1 wird die Netzleitung 10 des Abnehmers : 3iber einen Strom transformator 12 geführt, dessen eine : Sekundärwicklung 18 mit einem Widerstand 69 belastet ist und zum Einsteilen eines genauen und lastunabhängigen Übersetzungsverhältnisses dient Die Sekundär-3azwickiung 14 betreibt über den Vollweggleichrichter 16 "den eigentlichen Meßstromkreis und liefert über den -Widerstand 22 den Meßstrom für die langsam ^abbauende coulomelrische Zelle 24 in der auswechsel- : zbaren Patrone 42. Die Transistoren 28 und 36. deren ^Basen über die Widerstände 32 und 34 ebenfalls an den : ^Widerstand 22 angeschlossen sind, bleiben so lange ^gesperrt wie dia Zelle 24 arbeitet, d. h. solange in ihr !Material von der Anode abgetragen wird. Steigt die : ^Spannung über der Zelle 24 am Ende des Materialt^ans-4ö -ports an, so öffnet der Transistor 28 und liefert über z_se^: ;en Kollektorwiderstand 26 den Meßstrom für die - ^schnell abbauende coulometrische Zelle 30. Die zAbbaugeschwindtgkeiten werden dabei durch die =Größe der Widerstände 22 und 26 bestimmt: Widerstand 22 ist beispielsweise 15mai größer ais widerstand 26.

Gleichzeitig mit dem Transistor 28 wird auch der

Transistor 36 leitend und steuert den Transistor 38 durch, der die Lampe 40 zum Aufleuchten bringt und so dem Abnehmer meldet, daß die Patrone 42 bald ausgewechselt werden muß.

Versäumt der Abnehmer dies, so steigt am Ende des Matfrialtransportes in der Zelle 30 auch deren Spannung an und bringt über die in Kaskade geschalteten Transistoren 46, 48 und 50 das Relais 60 zum Ansprechen, dis über die Kontakte 62 aen Verbraucherstromkreis öffnet. Dabei werden die Transistoren 46, 48 und 50 aus einem an die Leitungen 10 angeschlossenen Hilfsstromkreis gespeist, der aus einem Transformator mit den Wicklungen 52 und 54, einem Gleichrichter 56 und einem Ladekondensator 58 bestellt. Die Kontakte 62 des Relais 60 lassen sich nur von Hand wieder schließen; geschieht dit_Jp ohne daß eine betriebsfähige Patrone in den Zähler eingesetzt wurde, so spricht das Relais 60 ersichtlich beim ersten Stromfluß durch die Leitungen 10 wieder an und öffnet den Stromkreis.

Eine weitere Sicherung gegen unbefugte Stroment-

nähme bzw. gegen unbefugtes Regenerieren der Zellen 24 und 30 ist in die Patronen 42 in Form einer Kombination 72 von Reedrelais eingebaut, die die Zellenströme von 24 und 30 nur dann auf die Ausgangsleitung 70 durchschalten, wenn die Patrone in den Elektrizitätszähfer eingesetzt ist und die Rcedrelais damit unter die Wirkung einer in dem Zähler befindlichen und der Kombination der Reedrelais entsprechenden Kombination von Permanentmagneten kommt Diese Kombinationen lassen sich von Abnehmer zu Abnehmer leicht variieren.

In Fig.2, in der für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.! verwendet sind, ist der Transistor 28 durch das Relais 78 und der Transistor 38 durch den Thyristor 76 ersetzt, der am Ende des Maierialtransports in der Zelle 24 vom Transistor 36 leitend gesteuert wird und sowohl die Warnlampe 40 zum Aufleuchten bringt als auch das Relais 78 anziehen läßt und damit Ober den Kontakt 74 die schnell

abbauende Zelle 30 einschaltet. Da ein Thyristor durch seine Zündelektrode nicht gelöscht werden kann, muß zusäztlich ein Unterbrecherkontakt 80 vorgesehen werden, dessen Betätigung entweder von Hand geschehen muß oder zweckmäßigerweise automatisch beim Auswechseln der Patrone 42 erfolgt; damit fällt das Relais wieder in die gezeichnete Stellung, und die Lampe 40 erlischt

Es leuchtet ein, daß die Ausführungsbeispiele nach F i g. 1 oder 2 abgeändert Werden können. Beispielsweise kann die Lampe durch eine Blinkeinrichtung oder durch einen Summer ersetzt bzw. zusätzlich ergänzt werden, wobei diese Warngeräte auch vom eigentlichen Zähler getrennt angebracht werden können. Innerhalb der Patrone können auch außer der schnell abbauenden Zelle mehrere langsam abbauende Zellen angeordnet sein, die sich nacheinander einschalten und auch unterschiedliche Warnsignale auslösen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentansprüche:

I. Eiektrolytischer Elektrizitätszähler mit einem primärseitig in einem Verbraucherstromkreis liegenden Transformator, der sekundärseitig einen VoIlweg-GIeichrichter speist, dem eine mit galvanischer Abtragung und Abscheidung arbeitende coulometrische Einrichtung nachgeschaltet ist, bei der zu Beginn eines Meßzyklus auf der einen Elektrode eine bestimmte Materialmenge abgeschieden ist und die bei vollendeter Abtragung einer Elektrodenbeschichtung einen steilen Spannungsanstieg an ihren Anschlüssen bewirkt, und mit einer Schalteinrichtung, die durch den steilen Spannungsanstieg der coulometrischen Einrichtung auslösbar ist und eine Unterbrechung des Verbraucherstromkreises bewirkt dadurch gekennzeichnet,
daß die coulometrische Einrichtung (42) wenigstens neine erste vorgeladene Zelle (24) und eine zweite -^vorgeladene Z. Ue (30) aufweist,
zidaß zu Beginn des Meßzyklus die erste Zelle (24) =über einen ersten Widerstand (22) am Gleichrichter =(16) liegt,

daß der steile Spannungsanstieg an der ersten Zelle

=(24) eine Anzeigeeinrichtung (40) auslöst und das ^Anschalten der zweiten Zelle (30) über einen =zweiten Widerstand (26) an den Gleichrichter (16) bewirkt,

=daß die Größe des zweiten Widerstands (26) klein ist —im Vergleich zu der Größe des ersten Widerstands, =pm eine schnellere Abtragung bei der zweiten Zelle 3ZU bewirken, und

^aaß die zweite Zelle (30) die Senkeinrichtung (62) =betätigt

ΞΞ 2. Elektroiytischer Elektrizitätszähler nach An- =spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtra- -gungsgeschwindigkeit in der zweiten Zelle (30) =mindestens zehnmal größer als in der ersten Zelle Ξ(24) isL

^₁ 3. Eiektrolytischer Elektrizitätszähler nach An- =spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das ^Abschaltrelais (60, 62) nur von Hand wieder =einschaltbarist.

4. Eäekiroiytischer Elektrizitätszähler nach einem der Ansprüche 1 — 3, gekennzeichnet durch einen an die Netzleitungen (10) angeschlossenen Hilfsstromkreis (52,54,56,58) zur Erregung des Abschaltrelais (60,62) und zum Betrieb der Verstärkertransistoren (46,48,50).

5. Etektrolyiischer Elektrizitätszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Auswechseln der Patrone (42) bzw. mit dem Einsetzen einer gebrauchsfertigen Patrone der Anfangszustand des neuen Meßzyklus

aui\jiiiaii3\.n vricuci iicxgestein wnu.

6. Eiektrolytischer Elektrizitätszähler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere auf definierte Bruchteile ihrer Gesamtkapazität voraufgeladene coulometrische Zellen kleiner Abtragungsgeschwindigkeit, die unter der Wirkung der an ihnen auftretenden steilen Spannungsanstiege nacheinander an den Gleichrichter (i6) angeschaltet werden, bevor die letzte coulometrische Zelle (30) großer Abtragungsgeschwindigkeit an den Gleichrichter(16) angeschaltet wird.

Die Erfindung betrifft einen elektrolytischen Elektrizitätszähler entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Seit dem Beginn der Elektrizitätswirtschaft d. h. seit dem Bau von an Abnehmer Strom liefernden Kraftwerken bestand die Notwendigkeit die verkaufte elektrische Arbeit in irgendeiner Weise zu messen. Hierzu wurden schon sehr frühzeitig (z.B. US-PS 2 15 545) elektrolytisciie Zellen benutzt weil hiermit aach den

ίο bekannten Gesetzen von Faraday die Messung einer elektrischer Arbeit sehr einfach auf die Messung elektrolytisch transportierter Materialmengen zurückgeführt werden konnte und weil die Verteilung elektrischer Energie sehr lange sowieso über Gleich-Stromnetze erfolgte. Erst die Ablösung der Gleichstromnetze durch Wechselstromnetze führte zum Großeinsatz elektrodynamischer Zähler, wie sie noch heute fast ausschließlich verwendet werden und die aus einem Motor bestehen, dessen Drehzahl dem Produkt aus Strom und Spannung proportional ist und dessen Umdrehungen gezählt d.h. über die Zeit integriert werden.

Elektrodynamische Zähler sind außerordentlich genau und haben auch ein ausgezeichnetes Langzeitverjialten, aber den Nachteil, daß sie vom Stromlieferanten abgelesen und, wenn auch relativ selten, gewartet d. h. nachgeeicht werden müssen. Dies führt sowohl in den Ballungsgebieten vor, Städten als auch in breit gestreuten ländlichen Versorgungsgebieten zu einem beträchtlichen Personalkostenaufwand seitens der Stromlieferanten. Ebenso verbietet sich eine Fernmessung von einer Zentrale aus wegen der hohen Investitionskosten.
Aus der US-PS 34 28 894 ist ein Coulometer bekannt bei dem der Spannungsanstieg am Ende der Dauer einer Elektrolyse verwendet wird, um ein Relais zu betätigen. Außerdem kann gemäß dieser US-PS ein Coulometer auch eine Mehrzahl von Elektroden enthalten. Dabei kann mit der Hilfe eines Relais, das am Ende der Dauer einer Elektrolyse zwischen zvei Ekxtroden betätigt wird, die Elektrolyse einer anderen Zeitdauer zwischen einem anderen Elektroden paar eingeleitet werden.

Zwar ist in Fig. 4 dieser US-PS ein Anschalten der Zelle in verschiedenen Zyklen und Richtungen über getrennte Widerslände bekannt, doch isi dieser Druckschrift weder eine unterschiedliche Bemessung der genannten Widerstände, noch die an sich dort vorgesehene Anschaltung verschiedener Elektrodenpaare so vorgesehen, daß sie über unterschiedliche Widerstände erfolgt. Sowohl integrierende Zeitmessungen bei konstantem Strom als auch coulometrische Integration beliebiger Stromverläufe sind dort dargestellt. Gesichtspunkte einer Verbrauchsmessung oder einer damit zusammenhänge '.den Alarmgabe sind dieser Druckschrift nicht entnehmbar.

kuiiirni cm wciicicr Gesichtspunkt: Bei

Energiekrisen, Kriegen und anderen Katastrophen kann es erforderlich werden, den Stromverbrauch jedes einzelnen Abnehmers zu rationieren, ohne gleich ganze Versorgungsgebiete insgesamt abzuschalten.

Aus der US-PS 12 54 939 ist eine Vorrichtung zum Messen einer Elektrizitätsmenge bekannt, bei der in Abhängigkeit von dem in einem Verbraucherstromkreis Hießenden Strom Kupfer von der Anode der Vorrichtung abgetragen und durch einen elektrolytischen Vorgang zur Kathode der Vorrichtung transportiert wird. Da die Anode Teil des Verbraucherstromkreises ist, wird dieser unterbrochen, wenn von der Anode so