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Schaltungsanordnung für die frequenzunabhängige Messung des quadratischen
bzw. arithmetischen Mittelwertes von Wechselströmen oder -spannungen
Eine bekannte
Forderung der technischen Praxis läuft darauf hinaus, auf Anzeigegeräten, die für
die Überwachung einer festen elektrischen Größe (beispielsweise der Netzspannung)
bestimmt sind, alle weit vom interessierenden Bereich entfernt liegenden Skalenwerte
zu unterdrücken. Zur Erfüllung dieser Aufgabe sind Instrumente bekanntgeworden,
bei denen der Nullpunkt mechanisch unterdrückt wird. Diese Ausführung hat indessen
den Nachteil, daß eine Nullpunktskontrolle nicht möglich ist.
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Weiter sind Instrumente bekannt, bei denen mit Hilfe von Brückenschaltungen
die Charakteristik des Anzeigeinstrumentes in ihrem unteren Teil außerordentlich
stark zusammengedrängt wird; dadurch ist der besonders wichtige Skalenteil besser
abzulesen. Bei Ausführungen der letzteren Art werden für Wechselstromgrößen einfache
permanentmagnetische Meßwerke verwendet, nachdem vorher die Wechselstromgröße in
geeigneter Weise gleichgerichtet wurde. Ausführungen mit derartigen
Schaltungen
haben aber den Nachteil, daß keine einwandfreie Effektivwertmessung möglich ist,
da der dem Meßwerk zugeführte Strom ein gleichgerichteter Wechselstrom ist, der
nur eine Anzeige des arithmetischen Mittelwertes ermöglicht.
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Die im folgenden näher beschriebene Anordnung zeigt nun einen Weg,
auf dem es möglich ist, mit permanentmagnetischen Meß werken den Effektivwert von
gleichgerichteten Wechselströmen zu messen und gleichzeitig den nicht interessierenden
Skalenbereich zu unterdrücken, ohne dabei die Unsicherheiten einer mechanischen
Nullpunktunterdrückung in Kauf nehmen zu müssen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die frequenzunabhängige
Messung des quadratischen bzw. arithmetischen Mittelwertes von Wechselströmen oder
-spannungen mit einem Quotientenmeßgerät, in dessen einem Zweig stromunabhängige
Widerstände und in dessen anderem Zweig stromabhängige Widerstände angeordnet sind,
deren Widerstandsänderung vom quadratischen bzw. arithmetischen Mittelwert abhängig
ist.
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Erfindungsgemäß gelangen ein permanentmagnetisches Quotientenmeßgerät
mit vorgeschaltetem Gleichrichter und im Vakuum eingeschmolzene Wolframdrahtwiderstände
bzw. Richtleiter, vorzugsweise Germaniumrichtleiter, als stromabhängige Widerstände
zur Anwendung.
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Die Erfindung ist im Prinzip in der Abbildung dargestellt. Die zu
messende Wechselspannung U wird über einen Vorwiderstand 1 einem Gleichrichter 2
zugeführt und der gleichgerichtete Wechselstrom einem permanentmagnetischen Quoe
tientenmeßwerk 3, in dessen einem Zweig ein stromabhängiger Widerstand 4 und dessen
anderem Zweig ein stromunabhängiger Widerstand 5 liegt.
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Das Quotientenmeßwerk mit seiner Eigenart gemäß das Verhältnis der
Ströme in den beiden Stromzweigen. Sein Ausschlag ist zunächst also von der angelegten
Spannung unabhängig. Der durch die zu messende Spannung erzeugte Strom ändert aber
den ohmschen Wert des strosLabhängigen Widerstandes 4. Diese Änderung ist, da sie
durch Erwärmung erfolgt, unabhängig vom Formfaktor des zu messenden Wechselstromes
und eine unmittelbare Funktion des quadratischen Mittelwertes des fließenden Stromes,
ganz gleich, ob es sich um gleichgerichteten oder nicht gleichgerichteten Wechselstrom
handelt. Mit dieser Meßanordnung erhält das Quotientenmeßwerk einen Ausschlag, der
von der Widerstandsänderung des stromabhängigen Widerstalldes bestimmt wird.
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Richtet man, wie in der Abbildung dargestellt, den zu messenden Wechselstrom
gleich, dann kann man mit einem permanentmagnetischen Quotientenmeßwerk bei dieser
Meßanordnung unmittelbar den Effektivwert des dem Gleichrichter zugeführten Stromes
und bei Vorliegen des Vorwiderstandes I auch den Effektivwert der zu messenden Wechselspannung
bestimmen.
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Die Verwendung von Gleichrichtern in Verbindung mit Quotientenmeßwerken
ergibt den erheblichen technischen Vorteil, daß ein weitaus geringerer Leistungsverbrauch
für die Messung erforderlich ist, da ja das für die Messung erforderliche Feld von
dem Permanentmagneten des Quotientenmeßwerkes erzeugt wird. Dies ist gegenüber bisher
bekannten Anordnungen, bei denen für ähnliche Zwecke dynamometrische oder ferromagnetische
Meßwerke verwendet wurden, von erheblichem Vorteil, nicht nur, weil der Leistungsbedarf
für die Erwärmung des stromabhängigen Widerstandes ganz erheblich herabgesetzt werden
kann, sondern auch, weil gleichzeitig Materialien für diesen Widerstand verwendet
werden können, die eine außerordentlich hohe zeitliche Konstanz haben und yon Hystereseerscheinungen
in ihrer Temperatur-Widerstands-Gharakteristik unabhängig sind.
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Der verringerte Leistungsbedarf ermöglicht es, für den stromabhängigen
Widerstand 4 im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Schaltungen auf Widerstandsmaterialien
mit besonders steiler Strom-Widerstands-Anderung zu verzichten. Solche Materialien,
die beispielsweise in Eisen-Wasserstoff-Lampen verwendet werden, müssen auf Temperaturen
erhitzt werden, bei denen im Laufe der Zeit schon erhebliche Verdampfungsverluste
auftreten. Außerdem erreicht-man eine steile Strom-Widerstands-Änderung nur, wenn
man im Bereich von Gefügeumwandlungspunkten arbeitet.
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Der geringe Energiebedarf der oben beschriebenen neuen Meßanordnung
ermöglicht es im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Anordnungen, in Quotientenmeßwerken
als stromabhängige Widerstände solche mit geringer Steilheit in der Strom-Widerstands-Charakteristik,
dafür aber höchster zeitlicher Konstanz zu verwenden, beispielsweise durch Anwendung
von im Vakuum eingeschmolzenen Drähten aus Wolfram. Hierbei ergibt sich wieder durch
den geringen Leistungsbedarf noch der zusätzliche Vorteil, daß derartige Wolfram-Vakuum-Widerstände
strommäßig nur so niedrig belastet werden müssen, daß sie nicht oder kaum zum Glühen
kommen. Diese Drähte kann man außerdem so wählen, daß man außerhalb jedes Gefügeumwandlungspunktes
arbeitet. Als Vorteil ergibt sich durch diese Anordnung, daß nunmehr die stromabhängigen
Widerstände nach entsprechender Vorbehandlung weder einer die Meßgenauigkeit in
irgendeiner Weise störenden Verdampfung unterliegen und daß auch keine Hystereseerscheinungen
in der Strom-Widerstands-Charakteristik vorhanden sind.