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Elektrisches Hitzdrahtinstrument.
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Hitzdrahtinstrument, bei dem es auf die Mittel zur Beobachtung und Aufzeichnung von Änderungen in der Potentialdifierenz zwischen zwei Punkten oder Änderungen der Stromstärke des in einem Stromkreis fliessenden Stromes oder Änderungen der Stromarbeit ankommt. Von besonderem Vorteil ist die Erfindung in solchen Fällen. bei welchen die Änderungen sehr rasch platzgreifen.
Bisher war es schwierig, genau den augenblicklichen Strom oder die Änderungen eines elektrischen Stromes mittels des Erhitzens von Drähten zu beobachten und zu messen, und zwar aus folgenden Gründen :
1. Die Deflexion eines Blitzdrahtinstrumentes ist bei den praktischen Ausführungen proportional dem Quadrat des das Instrument durchfliessenden Stromes.
2. Die Deflexion erfolgt in derselben Richtung, unbeschadet der Richtung, in welcher der Strom durch das Instrument fliesst.
3. Vermöge der Wärmekapazität der Streifen oder Drähte braucht das Instrument nach dem Anschalten eines gegebenen Stromes etwas Zeit, um seine normale Deflexion zu erreichen ; schnelle Änderungen können daher nicht wahrgenommen werden.
Gemäss der Erfindung werden die beiden ersten der angegebenen Nachteile durch Polarisierung der Drähte des Instrumentes von einer Gleichstromquelle aus überwunden, wenn die augenblickliche elektrische Spannung oder der elektrische Strom gemessen werden sollen. Die Wirkung hiervon ist, dass der zu messende Strom entw eder dem Polarisierungsgleichstrom zugefügt oder von demselben abgezogen wird und die De'flexion dadurch dem zu messenden Strom und nicht dem Quadrat dieses Stromes proportional wird.
Um den dritten der angeführten Nachteile zu beheben, werden gemäss der Erfindung zur Kompensation der Wärmekapazität der Drähte Kondensatoren der Induktionswiderstände. wie später beschrieben, verwendet, wenn der augenblicklche Strom nach Spannung oder Stärke gemessen werden soll, wobei aber vorausgesetzt ist, dass die Hitzdrähte in der oben angeführten Weise von einer Gleichstromquelle aus polarisiert sind.
Das eigentliche Hitzdrahtinstrument besteht aus zwei Drähten oder Streifen von ungefähr
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sind und an deren Verbindungsstelle eine konstante Gleichstromquelle angeschlossen ist, so dass durch die zwei Streifen ein konstanter Gleichstrom, halb durch den einen Draht oder Streifen und halb durch den anderen fliesst.
Wenn ein anderer Strom von irgend einer anderen Quelle durch zwei Streifen in Serie geleitet wird, so wird das Verhältnis der Erhitzung in einem Draht gleich (o- r und in dem anderen
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schickte Strom und.. r" der Widerstand jedes Streifens ist. Der Unterschied in der Erhitzung der beiden Streifen wird einen Längsunterschied der zwei Streifen hervorrufen, der nach
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Wenn beispielsweise die zwei Streifen parallel zueinander angeordnet sind und ein Spiegel quer und nahe ihrer Mitten mit den Streifen verbunden, sowie jeder Draht mit gleicher Spannung zurückgezogen wird, so wird der Spiegel von seiner Ursprungsstellung abgelenkt werden, wenn die Erhitzungen ungleich sind.
Nach einer kurzen Zeit wird die Ablenkung des Spiegels zu"a" proportional sein. Ändert der Strom,, a" seine Richtung, so wird die Richtung der Ablenkung umgekehrt sein.
Wenn die Potentialdifierenz zwischen zwei Punkten gemessen werden soll, so wird in Serie mit den zwei Streifen ein geeigneter Widerstand angeordnet und alle diese Leiter werden in Serie mit den zwei Punkten verbunden, zwischen welchen die Potentialdifferenz zu messen ist.
Geht die Änderung der Potentialdifferenz sehr langsam vor sich, so wird die Ablenkung des Spiegels in jedem Augenblick praktisch proportional der Potentialdifferenz sein. Ist die Änderung eine rasche, s < . ; ird ein Kondensator geeigneter Kapazität parallel mit dem Widerstand angeordnet, oder es werden die zwei Streifen mit einer Spule von geeigneter Selbstinduktion und geeignetem Widerstand in Reihe geschaltet.
Damit die Änderungen der Stromstärke in einem Stromkreise wahrgenommen werden können, wird in dem Stromkreis eine Spule von geeignetem Widerstand angeordnet und die zwei Streifen werden in Nebenschluss zu diesem Widerstand angeordnet. Wenn sich der Strom sehr rasch ändert, so muss die Spule eine gewisse Selbstinduktion haben, um die Wärmekapazität der Streifen zu kompensieren.
Eine andere geeignete Anordnung besteht darin, die Primärwicklung eines Transformators in den Hauptstromkreis zu schalten, die Sekundärwicklung zwischen die zwei Streifen in Reihe zu schalten und geeignete Verbindungen zwischen der Primär-und Sekundärwicklung herzustellen.
Natürlich könnte bei allen diesen Anordnungen der Strom, der z) i der Verbindungsstelle der zwei Streifen und dann durch die zwei Streifen parallel geschickt wird, auch durch die zwei Streifen in Reihe und jener, welcher durch die zwei Streifen in Reihe geschickt wird, durch die zwei Streifen parallel gesandt werden.
In den Zeichnungen sind einige beispielsweise Anordnungen schematisch veranschaulicht.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen Anordnungen, welche zweckmässig benützt werden, wenn die augenblickliche Spannung zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis, etwa 1. 2 angezeigt werden soll.
In Fig. 1 sind 3, 4 und 5,6 zwei Streifen oder Drähte, welche in allen diesen besonderen Fällen so nahe als möglich zueinander angeordnet und jeder in der Mitte mit gleicher Spannung zurückgehalten sind. 12 ist der Ablesespiegel.
7 stellt eine Gleichstromquelle dar, 8 und 9 sind nicht induktive Widerstände, welche im allgemeinen annähernd gleich sind. 10 ist ein nicht induktiver Widerstand, der in Reihe mit den Streifen J, 4 und 5, 6 geschaltet ist. 11 ist ein Kondensator, welcher zu Widerstand 10 parallel geschaltet ist.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, in welcher Weise ein Kondensator die Wärmekapazität der Streifen kompensiert. Wenn der Widerstand der Streifen gering ist, dann ist die elektromotorische Kraft über Kondensator 11 und Widerstand 10 in jedem Augenblick fast nahezu gleich der elektro- motorischen Kraft über 1 und 2. Wenn die Widerstände 8, 9 im Vergleich zu den Widerständen der Streifen hoch sind, dann geht fast der ganze Strom durch 10 und der Strom in dem Konden- sat. or 11 fliesst durch die Streifen.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, welche in gewissen Fällen benutzt werden kann, wobei der
Widerstand 10 in Wegfall kommt.
Diese Schaltung wird vorteilhaft für die Spannungsmessung von Wechselstrom in jenen
Fällen benützt, wo die Wechselzahl (Frequenz) gross ist. In diesem Fall kann die Spannungs- kurve berichtigt werden, wenn das Mass der Abkühlung der Streifen bekannt ist. Dies ist insbesonders dann von Nutzen, wenn die Spannung zwischen 1 und 2 sehr hoch ist.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, welche zweckmässig dann benützt wird, wenn die Spannung zwischen 1 und 2 klein ist. Bei dieser Anordnung ist 13 die Primärwicklung eines Transformators und 14 die Sekundärwicklung desselben. 11 ist ein an die Sekundärwicklung angeschlossener
Kondensator.
Die Fig. 4,5, 6 und 7 zeigen einige Anordnungen, mittels deren, der Erfindung gemäss, der augenblickliche, in einem Stromkreise fliessende Strom angezeigt wird.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, welche vorteilhaft dann angewendet wird, wenn der Strom in 1. 2 gross ist im Vergleich zu dem durch die Streifen geführten Strom. Es ist eine Spule 15 von der Selbstinduktion"L"und dem Widerstand"R"in den Stromkreis eingeschaltet und das
Instrument im Nebenschluss zu derselben angeschlossen. Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Anordnung, bei welcher der eine Pol der Gleichstromquelle mit der Mitte der induktiven Spule und der andere
Pol mit der Verbindungsstelle verbunden ist. Die in Fig. 4 veranschaulichte Anordnung zeigt,
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wie der Nebenschluss der Streifen durch einen induktiven Widerstand die Wärmekapazität der Streifen kompensiert.
Wenn der von den Streifen aufgenommene Strom sehr gering ist im Vergleich zu demjenigen, C, der in den induktiven Widerstand J nipsst, danmst die Spannung zwischen
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eines Transformators eingeschaltet werden kann, da der Abfall in dem Primärstromkreis nicht weiter nötig ist, um einen Strom durch die Streifen zu schicken. Eine derartige Anordnung, die insbesondere bei Bekanntsein der Frequenz eines zu messenden Wechselstromes und der Kühlungsverhältnisse der Streifen verwendbar ist, zeigt Fig. 6. Es wird dabei ein Transformator benützt, dessen Kraftfluss praktisch proportional zu den Amperewindungen ist. Die Primärwicklung 31 ist in den Hauptstrom eingeschaltet, während die Sekundärwicklung 14 über die zwei Streifen in Reihe gelegt ist.
Die Anordnung ist derart getroffen, dass die Amperewindungen der Sekundärwicklung 14, im Vergleich mit den Amperewindungen der Primäre ickiung J. sehr gering sind.
In Fig. 7 ist eine Anordnung dargestellt, die verwendet wird, wenn der Wechselstrom klein ist und eine Kurve erhalten werden soll, die die augenblicklichen Werte der Ströme irgend ohne eine Korrektur zeigt. Die Anordnung ist die gleiche wie in Fig. 6, ausgenommen, dass jetzt ein Strom proportional zu dem Hauptstrom durch die Streifen in Reihe als Ergänzung zu einem Strom fliesst, der proportional zur Wechselzahl des Hauptstromes ist.
Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die dargestellten Anordnungen der Instrumente, sondern es kann auch eine Anzahl von Instrumenten vereinigt sein, um gleichzeitig beispielsweise die augenblicklichen Werte der Stromspannung und Stromstärke zu zeigen.
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1. Elektrisches Hitzdrahtinstrument, gekennzeichnet durch zwei Hitzdrähte von gleicher Länge, welche von dem zu messenden Strome und einem konstanten Gleichstrom durchflossen werden, der in dem einen Draht mit dem zu messenden Strom gleichgerichtet, im anderen Draht demselben entgegengesetzt gerichtet ist, zum Zwecke, die Deflexion des Instrumentes dem zu messenden Strom proportional und von seiner Richtung abhängig zu machen.