Vorrichtung zur Gleichspannungsüberwachung.
Wenn eine Spannung gemessen oder geregelt werden muss, stosst man bisweilen auf die Schwierigkeit, dass die Zuführungsklemmen des Mess-oder Regelgerätes (nachstehend als"Hilfsvorrichtung"bezeichnet), also die Klemmen, an welchen die zu mes. sende oder zu regelnde Spannung oder eine letzterer proportionale Spannung angelegt werden muss, nicht in unmittelbarer Verbindung mit den Klemmen gebracht werden kann, zwischen denen die zu messende oder zu regelnde.
Spannung herrscht, weil eine der beiden Zufüh- rungsklemmen der Hilfsvorrichtung mit einem Punkt (nachstehend als"fester Punkt" bezeichnet) verbunden ist, welcher in bezug auf die beidenKlemmen, an welchen die zu messende oder zu regelnde Spannung auftritt, Potentialunterschiede aufweist.
Diese Schwierigkeit macht sich z. B. bemerkbar, falls eine der Klemmen eines Voltmeters mit Erde verbunden ist und mit diesem Voltmeter die Spannung einer Stromquelle oder eines Stromverbrauchers gemessen werden soll, deren bezw. dessen elek trische Mitte mit Erde verbunden ist. Bei Wechselspannung lässt sich dieses Ziel durch Verwendung eines Trennungstransformators erreichen, bei Gleichstrom aber muss nach andern Mitteln gesucht werden.
Beim Messen von Gleichspannung wird oft ein Gleichstromverstärker verwendet, aber auch dabei tritt dieselbe Schwierigkeit auf, weil in solchen Verstärkern der Eingangskreis und der Ausgangskreis eine gemeinsame Anschlussklemme besitzen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer Gleichspannung mittels einer Hilfsvorrich- tung, von der eine der beiden Zuführungs- klemmen mit einem festen Punkt verbunden ist, der in bezug auf die beiden Klemmen, an welchen die zu überwachende Spannung auftritt, Potentialunterschiede Va und Vb besitzt. Unter Uberwachung soll eine Messung oder Regelung verstanden sein. In dieser Vorrichtung können die obenerwähnten Schwierigkeiten dadurch gelöst werden, da¯ das Gitter und die Kathode einer Verstär- kerröhre mit Punkten verbunden sind, zwischen denen ein von der zu überwachenden Spannung abhängiger Potentialunt ; ersohied herrscht.
Der Anodenkreis dieser Verstärkerrohre enthält ein Element,auf.'welchesdie Änderungen der zu überwachenden Spannung übertragen werden. Mit diesem Element ist die nicht mit dem festen Punkt verbundene Zuführungsklemme der Hilfsvorrichtung derart verbunden, da¯ dieses Element dadurch gleichzeitig in den äussern Kreis aufgenommen wird, welcher die beiden Zuführungsklemmen der Hilfsvorrichtung miteinander verbindet. Die Hilfsvorrichtung liegt nicht in Reihe mit dem erwähnten Element im Anodenkrei & der Verstärkerröhre, sondern der Anodenkreis und der. äussere Ereis der Hilfsvorrichtung besitzen ein gemeinsames Element, über welches SpannungsÏnderungen auftreten, die den Änderungen der zu überwachenden. Spannung gleich oder proportional sein können.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes dargestellt.
Die Fig. 1 und 2 dieser Zeichnung dienen zur Erläuterung des-durch die in den übrigen Figuren durch Schaltschemas dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungs- gemässen Vorrichtung gelösten Problems.
Fig. 1 stellt eineinfachesSohaltschema dar, welches eine von Gleichstrom durchflossene Impedanz 1 enthält, so da¯ die Klemmen A und B einen Spannungsunterschied V besitzen. Der Punkt 2 der Impedanz ist mit Erde verbunden. Dieser Punkt weist gegenüber den Klemmen jL und B Spannungsunterschiede Va und V auf. Das Problem besteht nun darin, die Spannung V mittels eines Voltmeters 3 zu messen, von dem eine der Zuführungsklemmen geerdet ist, so dass diese Klemme mit dem festen Punkt 2 verbunden ist.
Die geerdete Zuführungsklemmer des Voltmeters lässt sich nicht mit einer der Klemmen der zu messenden Spannung in direkter Verbindung bringen, denn dadurch würde der zwischen der letztgenann- ten Klemme und dem festen Punkt 2 liegende
Teil der Impedanz kurzgeschlossen werden.
Es kann daher nur eine der Spannungen undVb direkt gemessen werden, aber zum
Messen der gesamten Spannung V, welche e die algebraische Summe der Spannungen T,',, und Vb ist, lässt sich die Anzeige-des Mess- instrumentes nur dann verwenden, falls die
Sicherheit besteht, dass die Spannung Va stets der Spannung Vb gleich oder zum mindesten proportional ist. Dass dies nicht stets der Fall l ist, wird sich aus den ferner erläuterten Bei spielen ergeben.
Wird,. wie es in Fig. 2 dargestellt ist, zwischen das Voltmeter 3 und die Klemmen der zu messenden Spannung ein Gleichstrom- verstarker 4, eine Hochvakuumentladungs- röhre'mit Steuerelektrode und zugehöriger
Schaltung, geschaltet, so ist es nicht m¯g lich, eine der Elemmen des Messinstrumentes
3 ausserdem mit Erde zu verbinden, da bei solchen Verstärkern eine der Eingangsklem men unmittelbar mit einer der Ausgangs- klemmen verbunden ist, wie es durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, weil der Gitterkreis und der Anodenkreis beide über die Kathode laufen.
Aus Fig. 3 lässt sich erkennen, wie diese
Schwierigkeit gelöst werden kann. Die Gl h kathode 5 einer Verstärkerröhre 6 ist hier mit der negativen Klemme B der zu messen- den Spannung und das Gitter 7 dieser Röhre ist über eine Spannungsquelle 8 mit der posi tiven Klemme A verbunden. Das Gitter und 'die Eathode sind daher mit Punkten ver bunden, zwischen denen ein von der zu mes senden Spannung abhängiger Potentialunter- schied herrscht, in diesem Falle gleich-der zu messenden Spannung selbst.
Der Anodenkreis der Röhre enthält eine
Stromquelle 9 und einen Widerstand 10. Der
Anodenstrom ändert sich in Abhängigkeit von der Gitterspannung und gemäss diesem
Strom ändert. sich auch der Spannungsverlust im Widerstand 10. Letzterer bildet daher ein Element des Anodenkreises, auf welches die Änderungen der zu messenden. Spannung übertragen werden. Von der Hilfsvorrichtung (dem Messinstrument) 3 ist die Klemme 11 mit Erde, das hei¯t mit dem festen Punkt 2 verbunden. Die nicht mit diesem Punkt verbundene Klemme 12 ist derart-mit dem-im Anodenkreis der Röhre eingeschalteten Element 10 verbunden, dass dieses dadurch gleichzeitig in den äussern Kreis aufgenommen wird, welcher die beiden Zuführungs- klemmen 11 und 12 des Me¯instrumentes miteinander verbindet.
Dieser Kreis läuft von der Klemme 11 über die Erdverbindung zum festen Punkt 2 und von dort über den Teil der Impedanz 1 zwischen dem festen Punkt 2 und der negativen Klemme B und ferner über den Widerstand 10 zu der Klemme 12.
Auf dasi Messinstrument wirkt nun die Summe zweier. Spannungen, das hei¯t der Spannungsverlust im Widerstand 10, welcher die A nderungen der zu messenden Spannung V enthält, und die Spannung Vb. Die Anderungen der Spannung Vb werden daher nochmals dem Messinstrument zugeführt. An scheinend entspricht die. Vorrichtung daher nicht den gestellten Anforderungen.
Der Feh le, in der Anzeige, welche durch die direkte Einwirkung der Spannung zwischen der Klemme B und dem festen Punkt 2 auf das Messinstrument verursacht wird, ist aber verschwindend klein, wenn die Robre 6 eine so grosse Verstärkung gibt,. da¯ die Änderungen der-Spannung Vb, welche direkt geliefert werden, verschwindend klein sind in-bezug auf diejenigen, welche dem Widerstand 10 entnommen werden. Bei einer hundertfachen Verstärkung z. B. wird in den meisten Fällen eine ausreichende Annäherung des-idealen Zustandes erhalten sein : In vielen FÏllen wird eine kleinere Verstärkung ausreichen.
Infolge dieser Verstärkung könnte die an der Eilfsvorrichtung angelegte Spannung und die von der Quelle 9 zu liefernde Spannung in einigen FÏllen für praktische Anwendung zu hoch werden. Aus Fig. 4 isst er- sichtlich,. wie dieser Nachteil auf einfache Weise ausgeschaltet werden kann.
In dieser-Figur sind 13, 14 und 15 die Stromleiter eines Dreileiternetzes fiir Gleichstrom,. das von zwei in Reihe geschalteten Generatoren 16a und 16b gespeist wird, deren gegenseitige Verbindung mit Erde verbunden ist. Der Leiter 15 ist der Nulleiter, 13 ist der positive, 14 der negative Leiter. Die Aufgabe besteht in der Messung der Spannung zwischen den Leitern 13 und 14 an einer weit vom Speisepunkt entfernten Stelle mittels eines Messinstrumentes, von dem eine der beiden Klemmen geerdet ist.
Die Messung der Spannung von nur einem der Leiter in bezug a. uf Erde ist daher nicht hinreichend, da infolge der Ableitung und ungleichmässigen Belastungen, welche die Leiter 13 und 14 in bezug auf Erde besitzen, nicht stets gleich oder entsprechend variierend sind, auch wenn dies mit den Klemmenspannungen der Dynamos 16a und 16b wohl der Fall wäre. Werden nun die vollen Spannungsänderungen, welche beispielsweise 20% des Nominalwertes der Netzspannung betragen, am Gitter der Verstärkerrohre angelegt und werden diese hundertmal verstärkt auf das Messinstrument übertragen, so muss letzieres für eine Span nung geeignet sein, welche zum mindesten zwanzigmal so gro¯ wie die Netzspannung sein muss.
Dass dies in vielen Fallen erschwerlich ist, ist selbstverständlich, aber dieser Nachteil lässt sich leicht dadurch beseitigen, da. die Steuerspannung Spannungsteilern entnommen wird, und zwar einem Span nungsteiler 17 für die positive Klemme A, welche den Leiter 13 mit Erde verbindet, und einem Spannungsteiler 18 fur die negative Klemme B, welche den Leiter 14 mit Erde verbindet. Hier entsteht daher wieder ein fester Punkt 2, der in bezug auf die Klem- men A und B der zu messenden Spannung die Potentialunterschiede Va und Vb besitzt und der mit einer der Zuführungsklemmen der Hilfsvorrichtung (des Messinstrumentes) verbunden ist.
Das Gitter und die Kathode der Verstärkungsröhre 6 sind jetzt nicht mit clen¯Leitern 13 und 14, sondern mit¯ Punk- ten 19 und 20 der Spannungsteiler verbunden, welche derart gewählt sind, dass ihre I'otentialunterschiede gegenüber dem festen Punkt 2 im gleichen Verhältnis zu den Span nungen Fa und Vb stehen. Im übrigen ist die Schaltung gleich derjenigen nach Fig. 3.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungs moglichkeit der erfindungsgemässen Vorrichtung, bei welcher der Nachteil einer zu gro Ben Spannung am Messinstrument ebenfalls vermieden ist. In dieser Ausführung sind, wie in derjenigen nach Fig. 4, die Klemmen der zu messenden Spannung über Spannungsteiler mit dem festen Punkt 2 verbunden. Das Gitter der Verstärkerröhre 6 ist wieder mit einem Punkt 19 des Spannungsteilers für die positive Klemme A verbunden, aber statt der Verbindung, wie in Fig. 4, mit einem Punkt des Spannungsteilers für die negative Elemme jss, ist die Kathode jetzt mit dem festen Punkt 2 verbunden, und zwar über einen Widerstand 21. Die Anodenstromquelle 9 ist allerdings mit einem Punkt des Spannungsteilers für die negative Klemme B, dem Punkt 22, verbunden.
Infolgedessen ist der Teil rb des Spannungsteilers 18 zwischen den Punkten 2 und 22 im Anodenstromkreis der Verstärkerröhre eingeschaltet. Die Klemme 11 des Messinstrumentes 3 ist wieder mit Erde verbunden, also mit dem festen Punkt 2, und die Klemme 12 ist mit dem Punkt 22 verbunden. Der Teil. rb des Spannungsteilers 18 bildet hier das gemeinsame Element des Ano- denkreises und des äussern Kreises der Hilfsvorrichtung, auf welches die Änderungen der zu messenden Spannung übertragen werden.
Die Anderungen der Spannung Va werden dem zwischen den Punkten 19 und 2 liegenden Teil ra des Spannungsteilers 17 entnommen und auf das Gitter 7 der Rohre 6 übertragen. Die inderungen der Steuerspannung verursachen Änderungen im Anodenstrom, die ihrerseits entsprechende Änderungen im Spannungsverlust über den vom Anodenstrom durchflossenen Widerstand rb herbeif hren.
Dieser Spannungsverlust enthält ausserdem die e ¯nderungen der Spannung Vb. Sie werden beide also in diesem iderstand addiert, und bei geeigneter Wahl des Widerstandes 21 und der Anzapfpunkte 19 und 22 sind die gesamten auf das Messinstrument einwirken- den Spannungsänderungen über den Widerstand rb proportional denjenigen der gesam ten {Spannung V.
Dies lässt sich-wie folgt nachweisen : Besitzt der Widerstand 21 eine Grosse ruz so verursacht der Anodenstrom i, der Verstärkerröhre 6 in diesem Widerstand einen Spannungsverlust vc=ic rc Der Strom ia im Spannungsteiler 17 verursacht über den Teil ra einen Spannungsverlust va =ia ra Die Gitterspannung der Röhre 6 besteht daher aus einer positiven Komponente ia. ra und einer negativen Komponente ic rc
Der Anodenstrom der Röhre 6 wird sich nun derart einstellen, da¯ ic rc ungefÏhr gleich ia ra wird. Die Widerstände können leicht derart gewählt werden, da¯ die resul tierende Gitterspannung gering ist gegen ber dem Produkt ia. ra. Wird angenommen, dass rc gleich ra ist, so wird iG gleich ia.
Der Strom ie verursacht im Widerstand rb einen Spannungsverlust ic rb = ia rb Durch diesen Widerstand fliesst ausserdem ein v¹n der Spannung Vb gelieferter Strom ib. Der Spannungsverlust vb im Widerstand rb ist also Vb-ia-rb +-ib-rb Wird der Widerstand des Spannungsteilers 17 gleich Ra und derjenige des Spannungsteilers 18 gleich Rb gesetzt, so ist
Vb=ib Rb+ia rb also ist --b'
Rb Rb oder, da
Va Za R
Ra ib=Vb/Rb - Va rb/Ra Rb F r vb lässt sich daher schreiben vb=Va rb - Va r3b +Vb
Ra Ra Rb Rb Wählt man so ist so ist
EMI4.1
Das Glied init dem Minuszeichen ist,
da in der Regel R sehr gro¯ sein wird in bezug auf fb in-den meisten Fällen vernachlässigbar in bezug auf V = Va + Vb, so dass die Spannung vb am Widerstand rb, welche dem MeB- instrument 3 zugeführt wird, tatsächlich pro- portional der zu messenden Spannung V zwischen den Leitern 13 und 14 wird.
Wenn von den Änderungen von Va ein grösserer Prozentsatz auf den Widerstand rb übertragen wird als von den Änderungen von Vb, so kann dennoch eine richtige Anzeige dadurch erreicht werden, dass die Klemme 12 des Messinstrumentes'nicht mit dem Spannungsteiler 18 im gleichen Punkt wie die negative Klemme der Stromquelle 9 verbunden wird, sondern in einem andern Punkt 23, wie es in Fig. 5 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Je ferner der Punkt 23 vom festen Punkt 2, entfernt gewählt wird, um so grösser wird der Einfluss, welchen die Spannung Vb auf die Anzeige des Messinstru- mentes aus bt.
DaB bei der Vorrichtung nach-Fig. 5 nur ein gewisser Prozentsatz der Spannungsände- rungen auf das Messinstrument übertragen werden, kann in einigen Fällen zur Erweite- rung dieser Vorrichtung mit einer zweiten Verstärkerröhre Anlass geben. Eine sehr einfache Anbringungsweise besteht darin, diese R¯hre zwischen den beiden Spannungsteilern in Reihe mit der ersten Verstärkerröhre zu schalten. Die Anode dieser zweiten R¯hre 94 kommt dann, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, am festen Punkt 2 zu liegen.
Das Gitter
25 der Röhre 24 wird über eine Spannungs quelle 26 mit einemPunkt27desSpannungs- teilers für die negative Klemme B verbunden.
Der zweite Punkt, an welchein die Hilfsvor richtung angeschlossen wird (der erste Punkt ist wie immer der feste Punkt, ist hier die
Kathode der Röhre 24. Das Element des Anodenkreises der ersten Verstärkerröhre, das gleichzeitig in den Ïu¯ern Kreis aufgenommen ist, welcher die beiden Zuführungs- klemmen der Hilfsvorrichtung miteinander verbindet, ist in diesem Falle nicht ein nor malter Widerstand, sondern eine Entladungs- röhre.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer erfindungs gemässen Vorrichtung, das nicht zur Span nungsmessung, sondern zur Spannungsrege lung dient, so dass diese Spannung sich auf eine bestimmte Weise ändert oder aber gleich bleibt. Eine Regelröhre 33, die eine Hochvakuumentladungsröhre mit Steuer elektrode ist, ist mit einem Stromverbraucher, dessen Spannung geregelt werden mu¯, in
Reihe geschaltet, und zwar in der Weise, dass das Potential der Kathode von demjenigen der negativen Klemme B des Stromverbrau chers abweicht.
Für diese Schaltung ist die
Erfindung von besonderer Bedeutung, da die in der Einleitung beschriebenen Schwierig- keiten hier nicht durch symmetrische Ausbil dung der Hilfsvorrichtung umgangen werden können und ausserdem die RegeIröhre selbst im Stromkreis liegt und eine wesentliche ver änderliche, Spannung aufnimmt, so dass davon keine Rede ist, dass Va und Vb gleich oder zueinander proportional bleiben.
In Fig. 7 ist mit 31 eine Stromquelle be zeichnet, welche einen Stromverbraucher 32 über eine Triode 33 speist. Die Zuführungs klemmen der Hilfsvorrichtung zur Regelung der Spannung am Stromverbraucher liegen hier am Gitter 34 und an der Glühkathode 35 der Triode 33. Die Kathode 35 ist mit der negativen Klemme 36 der Stromquelle 31 ver bunden, also mit einem Punkt, der in bezug auf die Klemmen A und B der zu regelnden
Spannung Potentialunterschiede Va und Vb aufweist. Va ist in diesem Falle die Klem- menspannung der Stromquelle 31 und Vb der
Spannungsverlust über die Regelperiode 33.
Der feste Punkt ist hier die negative Klemme
36 der Stromquelle 31.
Für die positive Klemme A der zu regelnden Spannung ist ein Spannungsteiler 17 und für die negative Klemme B ein Spannungs teiler 18 vorhanden. Eine Verstärkerröhre 6 ist auf ähnliche Weise wie in Fig. 4 mit die sen Spannungsteilern-verbunden. Die nicht mit dem festen Punkt 36 verbundene Zufüh- rungsklemme der Hilfsvorrichtung, ela, s, Git- ter 34, ist über eine Spannungsquelle 37 derart mit dem Widerstand 10 verbunden, da¯ dieser Widerstand dadureh in den beiden Zu führungsklemmen der Hilfsvorrichtung verbindenden äussern Kreis auf gleiche Weise wie in-Fig. 4 xufgenommen ist.
Die Spannungen va und vb, deren alge braische Summe die positive Komponente der Gitterspannung der Röhre 6 bildet, sind hier zueinander entgegengesetzt gerichtet und die positive Komponente ist daher gleich dem Unterschied der Absolutwerte von v, und vb
Dieselbe Schaltung lässt sich verwenden, wenn auch an der Anodenseite der Regelröhre eine elektromotorische Kraft wirksam ist. Die Stromquelle kann beispielsweise aus zwei reihengeschalteten Generatoren 31 und 39 bestehen ; von denen letzterer in Fig. 7 durch gestricheIte Linien angedeutet ist.
Diese Schaltung dürfte in einigen Fällen derjenigen mit einer unmittelbar mit dem Stromver- braucher verbundenen Regelrohre vorzuziehen sein. Sb kann es erw nscht sein, die Kathode 35 zu erden, während es Nachteile mit sich bringt, eine der Klemmen des Stromverbrau- chers oder eine der Klemmen der Stromquelle mit Erde zu verbinden, z. B. weil die andere Klemme nicht die volle Spannung des Stromverbrauchers bezw. der Stromquelle gegen Ende ertragen kann. In diesem Falle wird die Triode 35 zwischen den beiden Teilen der Stromquelle eingeschaltet. Die Erdung der Kathode 35 ist in Fig. 7 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
Die Schaltung nach Fig. 7 kann zur Rege lung,-z. B. zum Konstanthalten einer hohen Spannung, z. B. der Spannung einer Rant- genröhre oder eines Gerätes zur Prüfung von Isolatoren dienen. Durch Verwendung einer Spannungsquelle 37 mit veränderlicher elek tromotorischer Kraft lässt sich die zwischen den Klemmen A und B herr, schende Spannung V ändern. Letztere Spannung ist inner- halb weiter Grenzen der Spannung der Quelle 37 proportional, unabhängig davon, wie die Spannung des Generators 31 oder der Generatoren 31 und 39 ist. Liefert die Quelle 37 eine gleichbleibende Spannung, so bleibt die Spannung F gleich, auch wennsich die Spannung der Stromquelle 31 bezw. 31 und 39 ändert.
Dies ist von Bedeutung, falls als Stromquelle ein Kondensator oder eine Batterie von Kondensatoren verwendet wird.
Auch die Schaltung nach den F'ig. 5 und 6 lässt sich bei einer-Regelvorrichtung nach Fig. 7 verwenden.
Die Erfindung ist auch anwendbar zur Regelung einer Spannung mittels anderer Hilfsvorrichtungen, wie elektromagnetisch wirkende Regelgeräte, von denen eine der Klemmen durch Erdung oder auf andere Weise mit einem Punkt verbunden ist, der stets einen bestimmten Potentialunterschied sowohl gegenüber der. Klemme J. als auch gegenüber der Klemme B aufweist.
Device for DC voltage monitoring.
If a voltage has to be measured or regulated, one sometimes encounters the difficulty that the supply terminals of the measuring or regulating device (hereinafter referred to as "auxiliary device"), that is to say the terminals at which the measuring or measuring devices. The voltage to be transmitted or to be regulated, or a voltage proportional to the latter, cannot be brought into direct connection with the terminals between which the voltage to be measured or regulated.
Voltage prevails because one of the two supply terminals of the auxiliary device is connected to a point (hereinafter referred to as "fixed point") which has potential differences in relation to the two terminals at which the voltage to be measured or regulated occurs.
This difficulty makes z. B. noticeable if one of the terminals of a voltmeter is connected to earth and the voltage of a power source or a power consumer is to be measured with this voltmeter, whose BEZW. whose electrical center is connected to earth. With AC voltage, this goal can be achieved by using an isolation transformer, but with DC current, other means must be sought.
A DC amplifier is often used when measuring DC voltage, but the same problem arises because the input circuit and the output circuit in such amplifiers have a common connection terminal.
The present invention relates to a device for monitoring a DC voltage by means of an auxiliary device, one of the two supply terminals of which is connected to a fixed point which has potential differences with respect to the two terminals at which the voltage to be monitored occurs Va and Vb owns. Monitoring should be understood to mean a measurement or regulation. In this device, the above-mentioned difficulties can be solved in that the grid and the cathode of an amplifier tube are connected to points between which a potential dependent on the voltage to be monitored is connected; ersohied prevails.
The anode circuit of these amplifier tubes contains an element to which the changes in the voltage to be monitored are transmitted. The supply terminal of the auxiliary device which is not connected to the fixed point is connected to this element in such a way that this element is thereby simultaneously included in the outer circle which connects the two supply terminals of the auxiliary device to one another. The auxiliary device is not in series with the mentioned element in the anode circuit & the amplifier tube, but the anode circuit and the. The outer periphery of the auxiliary device has a common element, over which voltage changes occur, which correspond to the changes in the to be monitored. Voltage can be equal or proportional.
Some exemplary embodiments of the subject of the invention are shown in the accompanying drawing.
FIGS. 1 and 2 of this drawing serve to explain the problem solved by the exemplary embodiments of the device according to the invention, shown in the other figures by circuit diagrams.
Fig. 1 shows a simple circuit diagram which contains an impedance 1 through which direct current flows, so that terminals A and B have a voltage difference V. Point 2 of the impedance is connected to earth. This point has voltage differences Va and V compared to the terminals jL and B. The problem now consists in measuring the voltage V by means of a voltmeter 3, one of the supply terminals of which is earthed, so that this terminal is connected to the fixed point 2.
The grounded supply terminal of the voltmeter cannot be brought into direct connection with one of the terminals of the voltage to be measured, because that would mean the one between the last-mentioned terminal and the fixed point 2
Part of the impedance are short-circuited.
Therefore only one of the voltages and Vb can be measured directly, but for
Measuring the total voltage V, which e is the algebraic sum of the voltages T, ',, and Vb, the display of the measuring instrument can only be used if the
There is certainty that the voltage Va is always equal to or at least proportional to the voltage Vb. That this is not always the case 1 will emerge from the examples explained below.
Becomes,. As shown in FIG. 2, between the voltmeter 3 and the terminals of the voltage to be measured, a direct-current amplifier 4, a high-vacuum discharge tube with a control electrode, and related items
Circuit, switched, it is not possible to use one of the terminals of the measuring instrument
3 must also be connected to earth, since in such amplifiers one of the input terminals is directly connected to one of the output terminals, as indicated by a dashed line, because the grid circuit and the anode circuit both run over the cathode.
From Fig. 3 it can be seen how this
Difficulty can be solved. The Gl h cathode 5 of an amplifier tube 6 is here connected to the negative terminal B of the voltage to be measured and the grid 7 of this tube is connected to the positive terminal A via a voltage source 8. The grid and the cathode are therefore connected with points between which there is a potential difference dependent on the voltage to be measured, in this case equal to the voltage to be measured itself.
The anode circuit of the tube contains one
Power source 9 and a resistor 10. The
The anode current changes as a function of and according to the grid voltage
Current changes. also the voltage loss in the resistor 10. The latter therefore forms an element of the anode circuit on which the changes to be measured. Voltage are transmitted. Terminal 11 of auxiliary device (measuring instrument) 3 is connected to earth, that is to say to fixed point 2. The terminal 12 not connected to this point is connected to the element 10 switched on in the anode circuit of the tube in such a way that it is simultaneously received in the outer circle which connects the two supply terminals 11 and 12 of the measuring instrument.
This circuit runs from the terminal 11 via the earth connection to the fixed point 2 and from there via the part of the impedance 1 between the fixed point 2 and the negative terminal B and furthermore via the resistor 10 to the terminal 12.
The sum of two now acts on the measuring instrument. Voltages, that is to say the voltage loss in the resistor 10, which contains the changes in the voltage V to be measured, and the voltage Vb. The changes in voltage Vb are therefore fed back to the measuring instrument. Apparently that corresponds. Device therefore does not meet the requirements.
The error in the display, which is caused by the direct action of the voltage between the terminal B and the fixed point 2 on the measuring instrument, is negligible if the Robre 6 gives such a large gain. that the changes in the voltage Vb which are directly supplied are vanishingly small with respect to those which are taken from the resistor 10. At a hundredfold gain z. B. In most cases, a sufficient approximation of the ideal state will be obtained: In many cases a smaller gain will be sufficient.
As a result of this amplification, the voltage applied to the auxiliary device and the voltage to be supplied by the source 9 could in some cases become too high for practical use. From Fig. 4 it can be seen that. how this disadvantage can be eliminated in a simple way.
In this figure 13, 14 and 15 are the current conductors of a three-wire network for direct current. which is fed by two generators 16a and 16b connected in series, the mutual connection of which is connected to earth. The conductor 15 is the neutral conductor, 13 is the positive, 14 the negative conductor. The task is to measure the voltage between the conductors 13 and 14 at a point far away from the feed point by means of a measuring instrument of which one of the two terminals is earthed.
Measuring the voltage of just one of the conductors with respect to a. uf earth is therefore not sufficient, because due to the discharge and uneven loads that the conductors 13 and 14 have with respect to earth, they are not always the same or vary accordingly, even if this would be the case with the terminal voltages of the dynamos 16a and 16b . If the full voltage changes, which are, for example, 20% of the nominal value of the mains voltage, are applied to the grid of the amplifier tubes and these are amplified a hundred times and transmitted to the measuring instrument, the latter must be suitable for a voltage that is at least twenty times as large as the Mains voltage must be.
It goes without saying that this is difficult in many cases, but this disadvantage can easily be eliminated because. the control voltage is taken from voltage dividers, namely a voltage divider 17 for the positive terminal A, which connects the conductor 13 to ground, and a voltage divider 18 for the negative terminal B, which connects the conductor 14 to ground. A fixed point 2 is therefore created here again, which has the potential differences Va and Vb with respect to terminals A and B of the voltage to be measured and which is connected to one of the supply terminals of the auxiliary device (the measuring instrument).
The grid and the cathode of the reinforcement tube 6 are now not connected to the conductors 13 and 14, but to points 19 and 20 of the voltage dividers, which are chosen so that their potential differences with respect to the fixed point 2 are in the same ratio to the voltages Fa and Vb. Otherwise the circuit is the same as that of FIG. 3.
5 shows a further possible embodiment of the device according to the invention, in which the disadvantage of too great a tension on the measuring instrument is likewise avoided. In this embodiment, as in that of FIG. 4, the terminals of the voltage to be measured are connected to the fixed point 2 via voltage dividers. The grid of the amplifier tube 6 is again connected to a point 19 of the voltage divider for the positive terminal A, but instead of the connection, as in Fig. 4, to a point of the voltage divider for the negative terminal jss, the cathode is now with the fixed point 2, through a resistor 21. The anode current source 9 is, however, connected to a point of the voltage divider for the negative terminal B, the point 22.
As a result, the part rb of the voltage divider 18 between points 2 and 22 in the anode circuit of the amplifier tube is switched on. The terminal 11 of the measuring instrument 3 is again connected to earth, i.e. to the fixed point 2, and the terminal 12 is connected to the point 22. The part. rb of the voltage divider 18 here forms the common element of the anode circuit and the outer circuit of the auxiliary device, to which the changes in the voltage to be measured are transferred.
The changes in the voltage Va are taken from the part ra of the voltage divider 17 lying between the points 19 and 2 and transferred to the grid 7 of the tubes 6. The changes in the control voltage cause changes in the anode current, which in turn bring about corresponding changes in the voltage loss across the resistor rb through which the anode current flows.
This voltage drop also contains the changes in voltage Vb. They are both added in this resistance, and with a suitable choice of the resistor 21 and the taps 19 and 22, the total voltage changes acting on the measuring instrument across the resistor rb are proportional to those of the total {voltage V.
This can be demonstrated as follows: If the resistor 21 has a large ruz, the anode current i of the amplifier tube 6 causes a voltage loss vc = ic rc in this resistor. The current ia in the voltage divider 17 causes a voltage loss va = ia ra over the part ra The grid voltage of the tube 6 therefore consists of a positive component ia. ra and a negative component ic rc
The anode current of the tube 6 will now adjust itself in such a way that ic rc is approximately equal to ia ra. The resistances can easily be chosen such that the resulting grid voltage is low compared to the product ia. ra. Assuming that rc equals ra, iG equals ia.
The current ie causes a voltage loss ic rb = ia rb in the resistor rb Through this resistor a current ib supplied v¹n of the voltage Vb also flows. The voltage loss vb in the resistor rb is therefore Vb-ia-rb + -ib-rb becomes the resistance of the Voltage divider 17 is set equal to Ra and that of voltage divider 18 is set equal to Rb, so
Vb = ib Rb + ia rb so --b '
Rb Rb or, da
Va Za R
Ra ib = Vb / Rb - Va rb / Ra Rb F r vb can therefore be written vb = Va rb - Va r3b + Vb
Ra Ra Rb Rb If you choose so is so is
EMI4.1
The term with the minus sign is
as R will usually be very large with regard to fb in most cases negligible with regard to V = Va + Vb, so that the voltage vb across the resistor rb, which is fed to the measuring instrument 3, is actually pro is proportional to the voltage V to be measured between the conductors 13 and 14.
If a greater percentage of the changes in Va is transferred to the resistance rb than of the changes in Vb, a correct display can still be achieved in that the terminal 12 of the measuring instrument is not at the same point as the negative with the voltage divider 18 Terminal of the power source 9 is connected, but at another point 23, as indicated in Fig. 5 by dashed lines. The further the point 23 is selected from the fixed point 2, the greater the influence which the voltage Vb exerts on the display of the measuring instrument.
That in the device according to FIG. If only a certain percentage of the voltage changes are transferred to the measuring instrument, this may in some cases give rise to an extension of this device with a second amplifier tube. A very simple way of mounting is to connect this tube between the two voltage dividers in series with the first amplifier tube. The anode of this second tube 94 then comes to rest at the fixed point 2, as can be seen from FIG.
The grid
25 of the tube 24 is connected to a point 27 of the voltage divider for the negative terminal B via a voltage source 26.
The second point to which the auxiliary device is connected (the first point is, as always, the fixed point, here is the
Cathode of tube 24. The element of the anode circuit of the first amplifier tube, which is also included in the outer circle, which connects the two supply terminals of the auxiliary device with one another, is in this case not a normal resistor, but a discharge tube .
Fig. 7 shows an example of a device according to the invention, which is not used for voltage measurement, but rather for voltage regulation, so that this voltage changes in a certain way or remains the same. A control tube 33, which is a high vacuum discharge tube with control electrode, is connected to a power consumer whose voltage must be regulated in
Connected in series in such a way that the potential of the cathode differs from that of the negative terminal B of the Stromverbrau chers.
For this circuit is the
Invention of particular importance, since the difficulties described in the introduction cannot be circumvented here by symmetrical design of the auxiliary device and, moreover, the control tube itself is in the circuit and takes up a substantial variable voltage, so that there is no question of that Va and Vb remain the same or proportional to one another.
In Fig. 7, a current source is designated by 31, which feeds a power consumer 32 via a triode 33. The supply terminals of the auxiliary device for regulating the voltage at the power consumer are here on the grid 34 and on the hot cathode 35 of the triode 33. The cathode 35 is connected to the negative terminal 36 of the power source 31, so with a point that with respect to the Terminals A and B of the to be regulated
Voltage has potential differences Va and Vb. In this case, Va is the terminal voltage of the current source 31 and Vb is the
Voltage loss over the control period 33.
The fixed point here is the negative terminal
36 of the power source 31.
For the positive terminal A of the voltage to be regulated, a voltage divider 17 and a voltage divider 18 for the negative terminal B is provided. An amplifier tube 6 is connected in a manner similar to that in FIG. 4 with the voltage dividers-sen. The supply terminal of the auxiliary device, ela, s, grid 34, which is not connected to the fixed point 36, is connected to the resistor 10 via a voltage source 37 in such a way that this resistor is in the outer circuit connecting the two supply terminals of the auxiliary device in the same way as in-Fig. 4 x is recorded.
The voltages va and vb, the algebraic sum of which forms the positive component of the grid voltage of the tube 6, are directed opposite to one another here and the positive component is therefore equal to the difference between the absolute values of v and vb
The same circuit can be used if an electromotive force is also effective on the anode side of the control tube. The power source can consist, for example, of two generators 31 and 39 connected in series; the latter of which is indicated in Fig. 7 by dashed lines.
In some cases, this circuit is preferable to that with a regulating tube connected directly to the electricity consumer. Sb it may be desirable to ground the cathode 35, while there are disadvantages to connecting one of the terminals of the power consumer or one of the terminals of the power source to ground, e.g. B. because the other terminal is not the full voltage of the power consumer BEZW. the power source can endure towards the end. In this case, the triode 35 is switched on between the two parts of the current source. The grounding of the cathode 35 is indicated in FIG. 7 by a dashed line.
The circuit of FIG. 7 can be used for Rege treatment, -z. B. to keep a high voltage constant, e.g. B. the voltage of a Ranten tube or a device for testing insulators. By using a voltage source 37 with variable electromotive force, the voltage V between terminals A and B can be changed. The latter voltage is proportional to the voltage of the source 37 within wide limits, regardless of what the voltage of the generator 31 or the generators 31 and 39 is. If the source 37 supplies a constant voltage, the voltage F remains the same even if the voltage of the current source 31 or 31 and 39 changes.
This is important if a capacitor or a battery of capacitors is used as the power source.
The circuit according to Figs. 5 and 6 can be used in a control device according to FIG.
The invention can also be used for regulating a voltage by means of other auxiliary devices, such as electromagnetic regulating devices, of which one of the terminals is connected by earth or in some other way to a point which always has a certain potential difference with respect to the Terminal J. and opposite terminal B has.