DE763502C - Schaltungsanordnung zum Messen von Wechselspannungen oder Wechselstroemen mit Verstaerkerroehren - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zum Messen von Wechselspannungen oder Wechselströmen mit Verstärkerröhren Die Auf gabe der Erfindung besteht darin eine Meßeinrichtung für Wechselspannungen oder Wechselströme zu schaffen, die einen möglichst geringen Eigenverbrauch aufweist.
• Bisher hat man sich zu diesem Zweck einer Verstärkereinrichtung bedient, an deren Eingangskreis die zu messende Spannung gelegt wird, während das Meßinstrument ani den Ausgangskreis des Verstärkers angeschlossen ist (z. B. Röhrenvoltmeter). Bei diesen bekannten Einrichtungen muß aber der Verstärkungsgrad genau bekannt sein da er unmittelbar in die Messung mit eingeht. Da der Verstärkungsgrad von der Anodenspannung und der Heizspannung sowie dem Alter der Röhre in hohem Maße abhängig ist, sind Schwankungen, die in falschen Meßergeblnissen führe, schwer zu vermeiden.
• Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch beseitigen, daß dem Verstärker gitterseltig die Differenz aus zu messender Größe und Ausgangsgröße des Verstärkers zugeführt wird und die Ansgangsgröße dem Anodenkreis. über einen Transformator entnommen wird, in dessen Sekundärkreis das Anzeigegerät liegt. Zur Spannungsmessung werden Ausgangs und Eingangsspannung in Serie geschaltet, wobei. die Ausgangsspannung das Anzeigegerät speist und die Summe der beiden Spannungen an der zu messenden Spannung liegt. handelt es sich um eine Strommessung, so wird der Eingangskreis an einen Widerstand gelegt, durch welchen der Differenzstrom von dem zu messenden Strom und dem Ausgangsstrom fließt, wobei das Anzeigegerät von dem vollen Ausgangsstrom durchflossen wird. Die Schaltungsanordnung gemäß der Efindung ist besonders zur Messung der Restspannung in Kompensations- und Brückenschaltungen geeignet.
• Es sind zwar schon Einrichtungen für Meß-, Schalt- oder Regelungszwecke bekannt, bei denen eine Verstärkerröhrenschaltung verwendet wird, deren Eingangskreis, also dem Gitter, die Differenz aus zu messender und Ausgangsgröße zugeführt wird und in deren Ausgangskreis, dem Anodenkreis, das Anzeigegerät liegt.
• Bei diesen bekannten Anordnungen wird also die zu messende Größe auch durch die Summe von Eingangs- und Ausgangsgröße eines Verstärkers dargestellt. Eine Messung von Wechselspannungen oder Wechselströmen ist mit dieser bekannten Schaltungsanordnung unmittelbar nicht möglich, da die Ausgangsgröße nicht mittels eines Transformators dem Anodenkreis des Verstärkers bzw. der Endstufe des Verstärkers entnommen wird. Auch fehlt dadurch die für die Erfindung charakteristische Trennung der Eingangs- und Ausgangsgröße.
• In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele für eine Meßeinrichtung gemäß der Erfindung schaltungsmäßig dargestellt.
• Die Abb. 1 zeigt eine Spannungsmessung.
• Die zu messende Wechselspannung 11 ist mit ihrem einen Pol 12 an den Eingangskreis einer Verstärkerröhre 13 angeschlossen. Der andere Pol 14 des Verstärkereingangskreises ist mit dem einen Pol 15 des Ausgangskreises der Verstärkerröhre 13 verbunden. Der andere Pol 16 des Ausgangskreises ist mit der zweiten Klemme der zu messenden Spannung 11 verbunden. An die Klemmen 17 wird die Anodenspannung für den Verstärker gelegt.
• 18 ist der Ausgangstransformator des Verstärkers. Mit 19 ist eine Spannungsquelle zur lieferung der negativen Gittervorspannung und mit 20 das Anzeigeinstrument bezeichnet. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, sind Eingangs- und Ausgangsspannung des Verstärkers in Reihe geschaltet; ihre Summe ist gleich der zu messenden Wechselspannung. Die Eingangsspannung des Verstärkers ist also gleich der Differenz von der zu messenden Wechselspannung und der Ausgangsspannung des Verstärkers. Wählt man das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung, d. h. den Spannungsverstärkungsgrad des Verstärkers, genügend groß, z. B.
• 1 : 1000, so ist praktisch die Ausgangsspannung gleich der zu messenden Wechselspannung zu setzen. Die Ausgangsspannung kann also unmittelbar an dem Voltmeter für Wechselspannung 20 abgelesen werden. Dieses kann einen hohen Eigenverbrauch haben, ohne daß durch ihn die zu messende Wechselspannung stark belastet würde, denn diese wird lediglich mit dem Strombedarf des Eingangskreises belastet, der außerordentlich gering ist. Wenn die zu messende Wechselspannung sehr klein ist, so kann man in der aus der Abb. 1a ersichtlichen Art und Weise einen Zwischenwandler 10 mit bekanntem Übersetzungsverhältnis anordnen.
• In der Abb. 2 ist ein Beispiel für eine Strommessung dargestellt, und zwar soll der in der Leitung 21 fließende Strom gemessen werden. In diese Leitung ist ein Widerstand 22 eingeschaltet, an dessen Klemmen der Eingangskreis des Verstärkers 13 gelegt ist. Der das Stromanzeigegerät 23 enthaltende Ausgangskreis des Verstärkers ist an die Klemmen 24 und 25 zu beiden Seiten des Widerstandes 22 angeschlossen. Da der Ausgangsstrom des Verstärkers dem zu messenden in der Leitung 21 fließenden Strom entgegengeschaltet ist, haben die Punkte 24 und 25 praktisch gleiches Potential. Durch den Widerstand 22 fließt also die Differenz von dem zu messenden Strom und dem Ausgangsstrom. Auch hier braucht also der Eigenverbrauch des Anzeigeinstrumentes, ebenso wie in Abb. 1, nicht von der zu messenden Größe gedeckt zu werden. Statt die Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 18 über das Meßinstrument 23 unmittelbar mit den Punkten 24 und 25 zu verbinden, kann man auch einen Zwischenwandler anordnen, dessen eine Wicklung an die klemmen 24 und 25 angeschlossen wird, während die andere Wicklung über das Anzeigeinstrument 23 mit der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 18 verbunden wird. In beiden Abb. I und 2 ist der Einfachheit halber nur ein einstufiger Verstarker gezeichnet. Seibstverständlich kann man bei beiden Ausführungsbeispielen und auch bei den in den folgenden Abbildungen dargestellten Beispielen mehrstufige Verstärker verwenden, die an sich beliebig aufgebaut sein können.
• In den folgenden Abb@ldungen sind einige Anwendungsbeispiele für eine Meßschaltung gemäß der Erfindung zur messung der Restspannung in Brücken- und Kompensationsschaltungen dargestellt. Die Abb. 3 zeigt das allgemeine Schaltbild einer Meßbrücke, die an den Brückenpunkten 28 und 29 gespeist wird, während zwischen den Punkten 30 und 31 eine Spannung U auftritt, aus deren Größe und Richtung, falles drei Glieder der Brücke bekannt sind, das vierte Glied errechnet werden kann. Bedinigung ist dabei bekanntlich, daß diese Spannung U ohne wesentr lichen Energieverbrauch gemessen wird, da sonst diese Beziehungen nicht mehr gelten.
• Zur Messung der Spannung U wird nun die Schaltung nach Abb. I benutzt. Die mit 11 bezeichneten Klemmen in Abb. 1 werden dabei einfach an die zwischen den Brückenpunkten 30 und 3I auf tretende Spannung angeschlossen.
• Für manche Brückenmessungen ist es von Vorteil, die im Nullzweig auftretende Spannung unmittelbar nach Lage und Größe zu der an der Brücke liegenden Spannung oder zu dem die Brücke speisenden Strom kennenzulernen. Die Abb. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes an Hand der bekannten Verlustwinkelmeßbrücke nach Schering, die die bekannten Widerstände 32 und 33 sowie den bekannten Kondensator 34 enthält. Die zwischen den Punkten 36 unid 37 auftretende Spannung U wird nun derart gemessen, daß an die Klemmen 36, 37 die in Abb. I dargestellte erfindungsgemäße Schialtungsanordnung angeschlossen wird. An die Klemmen 15 und I6 des Ausgangstransformators 18 (Abb. I) können nun außer dem Anzeigegerät 20 noch die beiden Spannungs:-spulen 38 und 39 zweier Wattmeter angeschlossen werden, wodurch in an sich bekannter Weise ohne weiteres eine wattmetrische Messung dieser Brückenspannung erzielbar ist. Die beiden anderen Spulen 40 und 4I der beiden Wattmeter, von denen das: eine ein Blindwattmeter das andere ein Wirkwattmeter ist, liegen an der Sekundärspule 42 eines Hochspannungswandlers, dessen Primärspule 43 von der der Brücke zugeführten Spannung gespeist wird. Zweckmäßig wird, wie in der Abbildung angedeutet, die Sekundärwicklung 42 regelbar gemacht und bei der Messung für jeden Meßpunkt dieselbe Sekundärspannung mittels eines Voltmeters 44 eingestellt.
• Dann gestattet die dargestellte Einrichtung, an dem Wirkwattmeter den Verlustwinkel, an dem Blindwattmeter die Kapazität des Prüflings, d. h. also des unbekannten Kondensators 35, unmittelbar abzulesen. Das in Abb. 4 dargestellte Anwendungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auch- dann von Vorteil, wenn an Steile des Voltmeters- 44 ein selbsttätiger Spannungsregler tritt, der den Schieber der Sekundärwicklung 42 steuert.
• Man erhält dann eine vollautomatisch arbeitende Verlustwinkel- und Kapazitätsmeßanordnung gemäß der Erfindung.
• In der Abb. 5 ist als weiteres Anwendungsbei spiel eine selbsttätig anzeigende Stromwandlermeßeinrichtung nach der für diesen Zweck bekannten Differential - Nullmethode dargestellt. Der Primärstrom in dem Leiter 45 durchfließt die Primärwicklung eines Normalwandlers 46 und die eines Prüflings 47. Der Normalwandler und der Prüfling sind sekundärseitig gegeneinandergeschaltet. In dem Differentialzweig liegt erfindungsgemäß ein Widerstand 48, dessen Spannungsabfall den Eingangskreis einer Verstärkereinrichtung 49 speist und dessen Klemmen 50 und 5 I, wie die Klemmen 24 und 25 in Abb. 2, vom Ausgangspunkt des Verstärkers 49 gespeist werden; die Meßverstärkereinrichtung 49 ist wie die in Abb. 2 dargestellte Einrichtung aufgebaut.
• Im Zuge des Ausgangsstromes des Verstärkers liegen zur Anzeige die Wicklungen 52 und 53 zweier Wattmeter, deren zweite Wicklungen 54 un!d 55 an einem besonderen, ebenfalls von dem Primärstrom 45 erregten Hilfsstromwandler 56 liegen. Der in dem Differentialzweig auftretende Strom wird also in seiner Größe und Richtung zum Primärstrom des Prüflings gemessen. Das in Abb. 5 dargestellte Anwendungsbeispiel ist auch dann von Vorteil, wenn sowohl auf der Sekundärseite des Hilfswandlers 56 als auch an dem Strompfad des Ausgangskreises zwischen den beiden Wattmetern und den Klemmen 51 und 50 Zwischenwandler angebracht werden, die es ermöglichen, die Messungen auch bei anderen Punkten als bei Nennst rom des Prüfliings durchzuführen. Dabei können die beiden Wattmeter, von denen das eine ein Wifk- das andere ein Blindwattmeter ist, als schreibende Instrumente ausgebildet sein, deren Papiervorschub dann mit dem Verstellorgan zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Zwischenwandler gekuppelt werden muß. Man erhält auf diese Weise eine voll automatisch arbeitende Wandlermeßeinrichtung gemäß der Erfindung. Für Spannungswandlermeßeinrichtungen gilt entsprechend das gleiche.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Schaltungsanordnung zum Messen: von Wechselspannungen oder Wechsel -strömen mit Verstärkerröhren, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker gitterseitig die Differenz aus zu messender Größe und Ausgangsgröße des Verstärkers zugeführt wird und die Ausgangsgröße dem Anodenkreis über einen Transformator entnommen wird, in dessen Sekundärkreis das Anzeigegerät liegt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsmessung Ausgangs- und Eingangsspannung in Serie geschaltet sind, wobei die Ausgangsspannung das Anzeigegerät speist, so daß die. Summe an der zu messenden Spannung liegt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strommessung der Eingangskreis an einem Widerstand liegt, durch welchen der Differenzstrom von zu messendem Strom und dem Ausgangsstrom fließt, wobei das Anzeigegerät vom vollen Ausgangsstrom durchflossen wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch I oder folgenden dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Messung der Restspannung in Kompensations- oder Brückenschaltungen verwendet wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der brückendiagonalspannung einer Verlustwinkelbrücke nach 5 c hering dem Verstärker gitterseitig die Differenz aus der Brückendiagonalspannung und der Ausgangsgröße des. Verstärkers zugeführt wird, so daß sich durch Messung der Ausgangsgröße nach Betrag und Phase in bezug auf die Speisespannung der Scheringbrücke der Verlustwinkel und die Kapazität des in die Scheringbrücke gelegten Prüflings ergeben.
6. 6. Anordnung nach Ansprüchen 3 und 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen des Stromes im Differentialzweig einer nach der Differential-Nullmethode arbeitenden Stromwandlermeßeirichtung der Widerstand, an dem der Eingangskreis des Verstärkers liegt und durch den der Difierenzstrom von zu messendem Strom und dem Ausgangsstrom fließt, im Differentialzweig der Stromwandlermeßeinrichtung angeordnet ist und daß als vom vollen Ausgangsstrom durchflossenes Anzeigegerät die Stromspulen zweier, vorzugsweise als schreibende Instrumente ausgebildeter NVattmeter dienen, welche die Ausgangsgröße nach Betrag und Phase in bezug auf den dem Normalwandler und Prüfling zugeführten Primärstrom anzeigen und deren Papiervorschub mit dem Verstellorgan zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses von in den beiden Wattmeterkreisen der Stromwandlermeßeinrichtung vorgesehenen Zwischenwandlerii gekuppelt ist.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 296 016, 393 254, 401 983, 501 967, 603 514, 556 o87, Elektr. Nachrichtentechnik, Bd. 12, Heft 2 vom Februar 1935, Aufsatz Meyer u.

   Keidel: »Röhrenvoltmesser ...«.