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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele für eine Meßeinrichtung
gemäß der Erfindung schaltungsmäßig dargestellt.
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Die Abb. 1 zeigt eine Spannungsmessung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Man erhält dann eine vollautomatisch arbeitende Verlustwinkel- und
Kapazitätsmeßanordnung gemäß der Erfindung.
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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.
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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.