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Multipliziervorrichtung zur Multiplikation von durch elektrische
Grössen dargestellten Multiplikanden Die Erfindung betrifft Multipliziervorrichtungen zur Multiplikation von durch elektrische Grössen dargestellten Multiplikanden, unter Benutzung der an einem magnetfeldabhängigen Widerstandskörper unter Einfluss eines Magnetfeldes auftretenden Widerstandsänderung, welche eine aus zwei gleichen magnetfeldabhängigen Widerstandskörpern sowie aus zwei diesen gegenüber hohen ohm'schen Widerständen bestehende gleichstromgespeiste Messbrücke enthält.
Bei bekannten Multipliziervorrichtungen dieser Art wird nun diese Messbrücke von einem dem ersten Multiplikanden proportionalen Strom gespeist, wobei weiters den magnetfeldabhängigen Widerstandskörpem je eine Erregerwicklung zugeordnet ist, die von einem, dem zweiten Multiplikanden proportionalen Strom durchflossen ist. Die von beiden in Reihe geschalteten Erregerwicklungen erzeugten, gleich grossen Magnetfelder wirken dabei auf die magnetfeldabhängigen Widerstandskörper in entgegengesetztem Sinne ein.
Zwei weitere in Reihe geschaltete Erregerwicklungen sind von einem konstanten Strom durchflossen und erzeugen zwei gleiche oder gleichgerichtete, die magnetfeldabhängigen Widerstandskörper ebenfalls
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körpemzwischen dem sich nach dem zweiten Multiplikanden richtenden Magnetfeld und der Widerstandsdifferenz der Widerstandskörper linearisiert werden, da nämlich die Widerstands-Induktions-Kennlinie einen nur annähernd linearen Teil aufweist. Diese bekannte Multipliziervorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die dem Rechenvorgang zugrunde gelegten Gleichungen nur Gültigkeit besitzen, wenn die auf die magnetfeldabhängigen Widerstandskörper einwirkenden Magnetfelder verhältnismässig grosse Induktionen in der Grössenordnung von etwa über 5000 Gauss aufweisen.
Magnetfelder mit derart hohen Induktionen erfordem aber zu ihrer Erzeugung relativ grosse. Kerne aus Magnetblech, bei denen sich der verhältnismässig kleine Luftspalt, in dem der magnetfeldabhängige Widerstandskörper untergebracht ist, nur schwer mit genügender Toleranz herstellen lässt.
Nach der Erfindung werden nun bei Multipliziervorrichtungen der eingangs beschriebenen Art zur Multiplikation von durch elektrische Grössen dargestellten Multiplikanden diese Nachteile dadurch vermieden, dass der Messbrücke ein Erregerstromkreis zugeordnet ist, der aus zwei in Reihe geschalteten, je einen der beiden magnetfeldabhängigen Widerstandskörper beeinflussenden Erregerwicklungen besteht, deren Magnetfelder gleich gross sind und die zugehörigen Widerstandskörper entgegengesetzt beeinflussen, und dass auf jeden Widerstandskörper zusätzlich ein konstantes Magnetfeld einwirkt,
wobei die eine Spannung von zwei die Multiplikanden darstellenden Spannungen über Eingangsklemmen zwischen beiden magnetfeldabhängigen Widerstands körpern sowie zwischen beiden ohm'schen Widerständen in die Messbrücke eingespeist wird und die andere Spannung den in Reihe geschalteten Erregerwicklungen zugeführt ist und die Vorrichtung in jenem Teil der Widerstands-Induktions-Kennlinie der Widerstandkörper arbeitet, in dem der Widerstand des magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers in einem quadratischen Zusammenhang mit der Induktion der auf sie einwirkenden Felder steht.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Multipliziervorrichtung dargestellt. es zeigen : Fig. 1 eine Multipliziervorrichtung zur Ermittlung des Produktes zweier beliebiger
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Fig. 5 und 6 zwei weitere Ausführungsformen der Multipliziervorrichtung mit speziell ausgebildeten Erregerstromkreisen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung sind zwei magnetfeldabhängige Widerstandskörper 1 und 2 mit den beiden ohm'schen Widerständen 3 und 4 zu einer Messbrücke 5 vereinigt, die über Klemmen 6-7 gespeist wird. An den Ausgang 9-10 dieser Brücke ist ein Voltmeter 11 angeschlossen, welches die Dif- ferenz der an den Widerstandskörpem 1 und 2 auftretenden Spannungen misst. Die Widerstandskörper 1,2 sind in einem Luftspalt je eines Magnetkernes 12 bzw. 13 untergebracht, welche je eine Erregerwicklung 14 bzw. 15 tragen. Diese sind in Reihe geschaltet und bilden einen über Eingangsklemmen 16,17 gespeisten Erregerstromkreis 18. Die Erregerwicklungen 14, 15 sind so geschaltet, dass die von ihnen erzeugten Felder B1, B2 gleich gross u. zw. gleich B sind.
Ausserdem ist jedem Widerstandskörper 1,2 je ein konstantes Magnetfeld Bo zugeordnet, beispielsweise durch je einen Dauermagneten 19 bzw. 20 erzeugt.
Die Anordnung ist nun so getroffen, dass auf den einen Widerstandskörper die Summe und auf den andem die Differenz der ihnen zugeordneten magnetischen Felder B., B. bzw. B, Bo einwirkt. Bekanntlich weist die Kennlinie der magnetischen Widerstandsänderung von magnetfeldabhängigen Widerstandskörpem teilweise einen quadratischen Verlauf auf. Für den Widerstandskörper 1 ist die Kennlinie Kl im Diagramm der Fig. 2 dargestellt. Für die Induktion Bo des konstanten Magnetfeldes ergibt sich der Arbeitspunkt A1. Da voraussetzungsgemäss die Kennlinien der beiden Widerstandskörper 1,2 einander möglichst gleich sein
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Klist, erhält man als Kennlinie des Messbrückenkreises 5 die durch Addition der Ordinaten der beiden Kennlinien K, K sich ergebende Kennlinie , die einen linearen Verlauf aufweist.
Aus der Fig. l ist ersichtlich, dass auf den Widerstandskörper 1 eine Induktion B= Bo + B, und auf den Widerstandskörper 2 eine Induktion Bb= B,-B wirksam ist. Für die Kennlinie Kl'die im betrachteten Bereich einen quadratischen Verlauf aufweist, gilt R=R,, +m (B, +B und für die Kennlinie K entsprechend
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wobei Ra gleich dem Widerstandswert der Widerstandskörper 1 bzw. 2 bei der Induktion Null ist, welcher Wert für beide Widerstandskörper als gleich gross angenommen wurde, und m eine ebenfalls für beide Widerstandskörper gleich gross angenommene Konstante bedeutet.
Man erhält nun, wie oben angedeutet, die Gleichung für die Kennlinie K, indem man die beiden angeführten Gleichungen voneinander subtrahiert.
R,-R, =4mB B d. h. die Kennlinie K weist tatsachlich einen geradlinigen Verlauf auf.
Wird nun eine den erstenMultiplikanden darstellendeSpannung U an die Klemmen 6-7 und eine den zweiten darstellende Spannung Up an die Klemmen 16-17 angelegt, so ist der am Voltmeter 11 angezeigte Wert U=(R4-R3). I, was weiter gemäss der vorstehenden Formel (4mBB). lentspricht. Danun U eine Funktion von-B und anderseits U eine Funktion von I ist, entspricht die Anzeige des Voltmeters, welches die Differenz der an beiden Widerstandskörpern auftretenden Spannung misst, dem Produkt der beiden Spannungen U,. U,.
Mit der Schaltung gemäss der Fig. l können Wirk-, Blind- und Scheinleistungen gemessen werden, wenn dafür gesorgt wird. daB den beiden Eingängen 6,7 bzw. 16,17 der Multipliziervorrichtung entsprechende Messgrössen zugeführt werden. Beispielsweise ist in der Fig. 3 eine Multipliziervorrichtung zur Messung der Wirkleistung in einem Einphasenwechselstromnetz 21 dargestellt. Darin sind für die Multipliziervorrichtung so weit wie möglich die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 1 verwendet worden.
Dem Eingang 16,17 des Erregerstromkreises 18 wird, vorzugsweise über einen Transformator 22, ein Messstrom ie zugeführt, der dem durch eine Last 23 fliessenden Strom i proportional ist, während dem Eingang 6,7 der Messbrücke 5, ebenfalls vorzugsweise über einen Transformator 24, ein der Netzspannung e proportionaler Strom 2ib zugeführt wird. Auf ähnliche Art und Weise kann die Blindleistung ermittelt werden. In diesem Fall ist der Eingang 16,17 des Erregerstromkreises 18 direkt an die Netzspannung e und der Eingang 6,7 der Messbrücke 5 über einen Transformator, welcher sekundärseitig einen dem Laststrom
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proportionalen Messstrom liefert, anzuschliessen.
In mehrphasigen Netzen sind mindestens zwei der beschriebenen Multipliziervorrichtungen vorzusehen, deren Eingänge 6, 7 bzw. 16, 17 entsprechend den zu lösenden Aufgaben anzuschliessen sind und deren Ausgänge 9,10 zusammen mit einem die Summe der Ausgangsmesswerte anzeigenden Instrument 11 in Reihe geschaltet sind. Um etwaige Ungleichheitender magnetfeldabhangigen Widerstandskorper 1, 2 ausgleichen zu können, wird vorzugsweise eine Ausfuh- rungsform der Messbrücke 5 verwendet, wie die Fig. 4 zeigt. Die Widerstände 3, 4 sind hiebei durch das Potentiometer 25 ersetzt, während zwischen den magnetfeldabhängigen Widerstandskörpern 1,2 ein Potentiometer 26 angeordnet ist.
Die Widerstandswerte der Potentiometer 25 und 26 sind in der Grössenordnung derjenigen der Widerstände 3,4 bzw. der Widerstandskörper 1, 2, damit der Brückenstrom nicht
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über den ganzen Arbeitsbereich Null ist. Neben der Messbrücke 5 bedarf auch der Erregerstromkreis 18 einer Abgleichsmöglichkeit, damit die von den Erregerspulen 14,15 erzeugten Felder unter sich gleich sind. Im Falle von Wechselstromsignalen kann zu diesem Zweck die Schaltung gemäss der Fig. 5 dienen.
Die Erregerspulen 14,15 sind mit einstellbaren Abgleichsinduktivitäten 27, 28 in Reihe geschaltet. Damit die Ströme durch die Erregerspulen 14,15 unabhängig voneinander eingestellt werden können, sind die Erregerspulen 16,17 parallelgespeist. Mit Gleichstromsignalen kann die Schaltung gemäss der Fig. 6 verwendet werden. Bei dieser dient ein Potentiometer 29 als Abgleichselement.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch dann Verwendung finden, wenn für die Leistungsmessung bestimmte günstige Verhältnisse, S ire z. B. symmetrische Belastung, vorliegen, die eine Vereinfachung der Schaltung erlauben. So kann man für die Wirk- oder Blindleistungsmessung in Drehstromnetzen mit gleichbelastetenPhasen statt mit zwei oder drei Multipliziervorrichtungen mit einer einzigen auskommen. Die erfindungsgemässen Multipliziervorrichtungen haben gegenüber den bekannten den Vorteil, mit viel kleineren Induktionen zu arbeiten.
Die Magnetkerne fallen demzufolge viel kleiner aus und können nunmehr aus einem Oxydmagnetwerkstoff, wozu sich insbesondere Ferrite eignen. hergestellt werden, der bei den sonst üblichen, relativ hohen Induktionswerten in die Sättigung getrieben würde und dann unbrauchbar wäre, Der Luftspalt, in dem der magnetfeldabhängige Widerstandskörper untergebracht wird, lässt sich bei diesem Material durch einen einfachen Schleifvorgang genau auf Mass bringen. Da die Ausgangswerte der beschriebenen Multipliziervorrichtungen in-Form von elektrischen Grössen geliefert werden, eignen sie sich insbesondere zu Regel- und Femmesszwecken.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Multipliziervorrichtung zur Multiplikation von durch elektrische Grössen dargestellten Multiplikanden, unter Benutzung der an einem magnetfeldabhängigen Widerstandskörper unter Einfluss eines Magnetfeldes. auftretenden Widerstandsänderung, welche eine aus zwei gleichen magnetfeldabhängigen Widerstandskörpem sowie aus zwei diesen gegenüber hohen ohm'schen Widerständen bestehende gleichstrom-
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undstandskörper zusätzlich ein konstantes Magnetfeld (B) einwirkt, wobei die eine Spannung (Ut) von zwei die Multiplikanden darstellenden Spannungen (U1 und U) überEingangsklemmen (6-7) zwischen den beiden magnetfeldabhängigen Widerstandskörpem (1 und 2) sowie zwischen den beiden ohm'schen Widerständen (3 und 4) in die Messbrücke (5)
eingespeist wird und die andere Spannung (U) den in Reihe geschalteten Erregerwicklungen (14,15) zugeführt ist und die Vorrichtung in jenem Teil der WiderstandsInduktions-Kennlinie der Widerstandskörper arbeitet, in dem der Widerstand des magnetfeldabhängigen Widerstandskörpers in einem quadratischen Zusammenhang mit der Induktion der auf sie einwirkenden Felder steht.