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Gerät zur Effektivwertanzeige von Wechselspannungen Die Erfindung
betrifft ein Gerät zur Effektivwertanzeige von Wechselspannungen, bei dem die Wechselspannung
über einen im wesentlichen linearen Gleichrichter in Gleichspannung umgeformt wird
und bei dem die quadratische Abhängigkeit der Meßwertanzeige von der abgeleiteten
Gleichspannung über die annähernd quadratische Kennlinie eines Kristallgleichrichters
erzeugt wird.
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Es ist bekannt, den quadratischen Mittelwert oder Effektivwert einer
Wechselspannung oder eines Wechselstromes mittels eines sogenannten Hitzdrahtinstrumentes
zu messen, das natürlich auf das Mittel des Quadrats des durch das Instrument fließenden
Stromes anspricht und das die Quadratwurzel dieses Stromes auf einer quadratischen
Skala anzeigt. Derartige Instrumente sind jedoch für viele Zwecke nicht genau genug.
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Die Erfindung betrifft dagegen ein Wechselstrommeßgerät von beträchtlicher
Genauigkeit. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die quadratische Kennlinie
durch eine Silizium-Diode, zu der ein Widerstand in Reihenschaltung und ein Widerstand
in Parallelschaltung angeordnet sind, hergestellt ist. Die mit der Silizium-Diode
in Reihe und parallel geschalteten Widerstände sind vorzugsweise rein Ohmsche Widerstände.
Das erfindungsgemäße Gerät erlaubt die Anzeige der effektiven Spannung oder Stromstärke
mittels eines Drehspulmeßwerkes.
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Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der die schematischen Schaltbilder
von drei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Wechselstrommeßgerätes dargestellt
sind. Im einzelnen zeigt Fig. 1 das Schaltschema eines Meßgerätes gemäß der Erfindung
zum Messen von Wechselspannungen Fig. 2 das Schaltschema eines Meßgerätes gemäß
der Erfindung zum Messen von Wechselströmen und Fig. 3 das Schaltschema einer weiteren
Ausführungsform eines Meßgerätes gemäß der Erfindung zum Messen von Wechselströmen.
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Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Meßgerätes gemäß
der Erfindung ist ein Effektivwerte anzeigendes Röhrenvoltmeter. Es besteht aus
einer Kathodenverstärkereingangsstufe 11, der ein Bereichsvervielfacher in Form
einer gestuften Dämpfungsstufe 12 folgt, deren Ausgang zu einer Hauptverstärkerstufe
13 führt, die zwecks Stabilisierung der Verstärkung eine starke negative Spannungsrückkopplung
aufweist. Auf die Hauptverstärkerstufe 13 folgt eine aus einem Verstärker und einem
durch ihn gespeisten Kathodenverstärker be-
stehende Treiberstufe 14. Diese Stufe
ist mit einer über den gesamten Bereich negativen Spannungsrückkopplung versehen,
um die Ausgangsimpedanz auf weniger als 10 Ohm herabzusetzen.
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Über den Sperrkondensator 15 ist der Ausgang der Stufe 14 mit dem
Wechselstromeingang einer aus vier in Brückenschaltung miteinander verbundenen Dioden
beliebiger Ausführungsformen gebildeten Vollweggleichrichterschaltung 16 verbunden.
Die gleichgerichtete Spannung wird zwei in Reihe geschalteten Schaltkomponenten
zugeleitet, von denen die eine ein mit einem Drehspulensystem versehenes Gleichstrom-Milliamperemeter
17 ist, dessen Skala so geeicht ist, daß es die Effektivspannung anzeigt. Die andere
Schaltkomponente ist eine eine quadratische Kennlinie aufweisende. mit einer Silizium-Diode
19 versehene Schaltvorrichtung 18.
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Eine derartige Diode gehorcht bekannterweise dem Gesetz I=kvx, wobein
V die angelegte Spannung und I der resultierende Strom ist. Durch die beiden Ohmschen
Widerstände 20 und 21, die in Nebenschluß bzw. in
Reihe mit der
Diode 19 verbunden sind, kann das Glied x der obenstehenden Gleichung gleich 2 gemacht
werden, so daß die Schaltvorrichtung 18 als Ganzes eine quadratische Kennlinie für
einen Strom bereich bis annähernd zum dreißigfachen Anfangswert aufweist.
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Der Anfangs- oder Maximalwert des Gesamtwiderstandes der Schaltvorrichtung
18 sollte genügend größer als der Gesamtwiderstand des Instrumentes 17 sein, damit
die gewünschte Genauigkeit erreicht werden kann. Der Gesamtwiderstand der Schaltvorrichtung
18, der durch die Charakteristik der Silizium-Diode 19 und den entsprechenden Werten
der Widerstände 20 und 21 bestimmt wird, sollte so groß sein, daß der Widerstand
des Instrumentes 17 im Vergleich hierzu vernachlässigbar ist, so daß der das Instrument
17 durchfließende Strom der oben erläuterten quadratischen Kennlinie der Schaltvorrichtung
18 folgen kann. Ein typischer Wert des Gesamtwiderstandes der Schaltvorrichtung
18 ist wenigstens dreißigmal so groß wie der Widerstandswert des Instrumentes 17.
Eine obere Grenze für den Gesamtwiderstand der Schaltvorrichtung 18 ist selbstverständlich
durch die Notwendigkeit gegeben, daß über den gesamten gewünschten Meßbereich noch
genügend Strom durch das Instrument fließen kann, um eine Anzeige zu bewirken.
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Während des Betriebs wird eine in jedem Augenblick dem Augenblickswert
einer zu messenden Wechselspannung - die der Kathodenverstärkereingangsstufe 11
zugeleitet wird - proportionale Gleichstromspannung durch den Gleichrichter 16 der
mit dem Instrument 17 in Reihe geschalteten Schaltvorrichtung 18 zugeleitet. Wenn
- wie bereits erläutert - der Widerstand des Instrumentes 17 vernachlässigt werden
kann, ist der in diesem Gleichstromkreis fließende Strom in jedem Augenblick dem
Quadrat der Gleichrichterausgangsspannung proportional und daher proportional dem
Quadrat des Augenblickswertes der zu messenden Spannung.
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Demaemaß folgt auch das Instrument 17 dem Mittelwert dieses Stromes
und zeigt daher auf seiner quadrastischen Skala die Quadratwurzel des Mittelwertes
der Quadrate der Augenblickswerte der zu messenden Spannung an.
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Das Meßgerät zeigt daher die gewünschten quadraaischen Mittelwerte
(Effektivwerte) mit einem hohen Genauigkeitsgrad an, und zwar bis in den Bereich
der Bildfrequenzen (2,5 MHz).
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Wenn das erfindungsgemäße Meßgerät als Ampereineter dienen soll,
wird der Gleichrichter 16 direkt durch die Sekundärwicklung 25 (vgl. Fig. 2) eines
Stromwandlers26 gespeist, dessen Primärwicklung 27 der zu messende Strom durchfließt.
Das in dieser Schaltanordnung befindliche Instrument 17' ist in quadratischen Strommittelwerien
(effektiven Stromstärkewerten) geeicht proportional - wie vorstehend beschrieben
- zu der Quadratwurzel des Mittelwertes des das Instrument durchfließenden Stromes.
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In einer anderen Ausführungsform wird der zu messende Strom direkt
dem Gleichrichter 16 (vgl.
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Fig. 3) zugeleitet, wobei ein Nebenschlußwiderstand 31 die beiden
Eingangsklemmen des Gleichrichters oder ein Nebenschlußwiderstand 32 die beiden
Ausgangsklemmen des Gleichrichters 16 verbindet, damit jeweils nur ein Bruchteil
des Stromes in bekannter Weise durch das Meßinstrument fließt.
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Bei jedem der oben erläuterten Meßgeräte kann der Dioden-Gleichrichter
durch einen Vollweggleichrichter in Gegentaktschaltung ersetzt werden. Wenn es die
Wellenform der zu messenden Spannungen oder Ströme erlaubt, kann auch ein Einweggleichrichter
an Stelle eines Vollweggleichrichters venvendet werden: jedoch ist zum Schutz gegen
Wellenformabweichungen ein Vollweggleichrichter vorzuziehen.