DE228090C

DE228090C -

Info

Publication number: DE228090C
Application number: DE1909228090D
Authority: DE
Priority date: 1908-07-17
Filing date: 1909-07-17
Publication date: 1910-11-05

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 e. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Juli 1909 ab.

Für diese Anmeldung ist bei der Prüfung gemäß dem Unionsvertrage vom

20. März 1883

14. Dezember 1900 auf Grund der Anmeldung in Frankreich vom 17. Juli 1908 anerkannt.

die Priorität

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Anordnung, die es ermöglicht, in einer Leitung ein Spannungsgefälle oder eine Stromstärke zu erhalten, die proportional den in einem von Gleich- oder Wechselstrom durchflossenen Stromkreis verbrauchten Watt ist. Dieses Spannungsgefälle oder diese Stromstärke kann man dann in dem Anker eines geeigneten Zählers, z. B. eines 0 K-Zählers nutzbar machen, und erhält so einen Wattstundenzähler ; oder man kann das Spannungsgefälle oder die Stromstärke auf einen Strommesser der bekannten Art wirken lassen, so daß man einen Wattmesser für direkte Ablesung erhält. Voraussetzung für die Anwendung der Erfindung ist, daß die eine der die Wattleistung bestimmenden Größen nur innerhalb geringer Grenzen schwankt, daß also entweder eine Anlage mit beliebig veränderlicher Stromstärke und wenig veränderlicher Spannung oder eine Anlage mit beliebig veränderlicher Spannung und wenig veränderlicher Stromstärke vorliegt.

Vorerst sei der Erfindungsgegenstand für den Fall einer Verwendung in einer Anlage mit wenig schwankender Spannung beschrieben. In den Fig. 1, 2 und 6, 7 der Zeichnung ist diese Ausführungsform dargestellt. Nach der Erfindung wird (vgl. Fig. 1) an die Klemmen eines vom Nutzstrom durchflossenen Widerstandes A B ein Nebenschluß ACB angelegt, durch den infolge entsprechender Größe seines Widerstandes ein sehr geringer Teil des sonst ganz durch den Widerstand A, B fließenden Stromes abgeleitet wird. Sodann wird auf dem Leitungszweig C B eine feindrähtige Spule b angebracht, deren Enden an den' Punkten A¹ und A² mit den Verbrauchsleitungen verbunden werden. Zwischen diesen mag die Spannungsdifferenz U bestehen, aus der sich durch Multiplikation mit der Stromstärke / die in der Anlage verbrauchten Watt ergeben. Die Spule b wird durch den dieser Spannungsdifferenz entsprechenden Strom erwärmt, und erwärmt ihrerseits wieder den Hitzdraht C B.

Nun ist die Erwärmung der Spule b und demgemäß auch diejenige des Drahtes C B proportional dem Quadrat des Stromes, der die Spule durchfließt, d. h. also dem Quadrat der Spannungsdifferenz U. Der binomische Lehrsatz von Newton aber zeigt, daß in gewissen Grenzen eine ausreichende Proportionalität zwischen der Vergrößerung einer Funktion O, die proportional dem Quadrat C/² einer Variablen ist, und der Vergrößerung dieser Variablen U besteht, wenn die Vergrößerung klein genug ist, was hier der Fall ist, da die Erfindung, wie schon erwähnt, geringe Schwankungen der Spannung annimmt. Daraus ergibt sich also, daß in gewissen Grenzen die Temperaturänderung der Spule b

und des Drahtes C B den Änderungen von U proportional ist, wobei natürlich jedesmal ein genügender Zeitraum vorhanden sein muß, um die Temperaturzustände stabil werden zu lassen. Die Temperaturänderung des Drahtes C B bewirkt eine Veränderung des Widerstandes desselben. Da, wie angegeben, der Widerstand ACB sehr groß ist im Verhältnis zu A B, so wird die durch Spannungsveränderung bedingte Widerstandsveränderung von C B ohne Einfluß auf den Kombinationswiderstand der Verzweigung ACB sein und demnach der Spannungsabfall zwischen A und B konstant bleiben und sich die Verteilung dieses Spannungsgefälles über A C B im. Verhältnis des durch Erwärmung veränderten Widerstandes C B zum konstanten Widerstand A C gegenüber der Verteilung vor Erwärmung verhindern. Der Spannungsabfall C B wird also im Sinne der Spannungsänderung von U wachsen bzw. abnehmen.

Wenn nun außer der Spannung U sich auch der Nutzstrom / ändert, so wird dadurch die Stromverteilung in den Zweigen A B und ACB eine .andere. Damit ändert sich aber wiederum das Spannungsgefälle in C B, welches sich nach Fig. 6 als U¹-^ r² darstellt, indem der Strom i² bei hier unverändertem Widerstand r² wächst oder fällt.

Der Spannungsabfall in C B ist also sowohl von der Spannung U als auch vom Nutzstrom J abhängig, somit von dem Watt, wenn, wie vorausgesetzt, die Schwankungen der Spannung sich innerhalb geringer Grenzen bewegen. Man kann also von den Klemmen C B für ein Meßgerät M einen Strom i^z (vgl. Fig. 7) über einen Widerstand r³ abnehmen, der abhängig von den Watt ist. Um vollkommene Proportionalität für den zur Messung verwendeten Spannungsabfall mit dem Wattverbrauch zu erhalten, kann, wenn nötig, vom Spannungsgefälle C B ein entsprechendes Stück dadurch abgezogen werden, daß statt des Punktes B ein Punkt D auf A B für den einen Abzweigpunkt des Meßstromes gewählt wird, wobei der konstante Spannungsabfall D B der gewünschten Verminderung des Spannungsgefälles C B entspricht und infolgedessen in dem Zweig C D ein den Watt proportionaler Spannungsabfall U" (vgl. Fig. 6) bzw. Strom vorhanden sein wird.

Diese Spannungsdifferenz oder diese Stromstärke in C B bzw. C D wird nicht merklich beeinflußt durch die Schwankungen der Außentemperatur oder durch die Erwärmung, die durch den vom Widerstand A B abgezweigten, durch die Drähte A C uud C B fließenden Strom hervorgerufen wird, vorausgesetzt, daß die Anordnungen so' getroffen sind, daß die durch diese Zweigströme hervorgerufenen Temperaturerhöhungen identisch sind. Das kann bewirkt werden, indem man die Leitungen mehr' oder weniger, je naeh Erfahrung, mit die Wärme schlecht leitenden Stoffen umgibt, wie Watte, Glaswolle o. dgl., indem man die Spiralen zusammendrückt, oder indem man ein sonst irgendwie geeignetes Verfahren einschlägt. Man kann auch, um eine Erwärmung der Zweigleitung ACB überhaupt zu vermeiden, die darin fließenden Stromstärken entsprechend vermindern, indem man den ohmischen Widerstand dieser Zweigleitungen genügend groß macht.

Wenn der Meßapparat M ein Motorzähler oder ein elektrolytischer Zähler ist, kann man denselben infolge der Spannungsdifferenz fließenden Strom benutzen, um den Zähler zu kompoundieren, wie das in der Regel bei dem O' /i-Zähler oder dem W right sehen Zähler geschieht, in der Weise, daß man einen ganz kleinen zusätzlichen konstanten Spannungsabfall herbeiführt. Gemäß Fig. 2 geschieht das durch den Abschnitt F C der Leitung, durch den der schwache Spannungsstrom fließt, bzw. durch die Abzweigung des Motors oder des Elektrolyten M zwischen F und D anstatt zwischen C und D.

In den Fig. 8 und 9 ist der zweite Fall der Anwendung des Erfindungsgegenstandes dargestellt, wenn nicht mit wechselnder Stromstärke und annähernd konstanter Spannung, sondern mit annähernd konstanter Stromstärke und wechselnder Spannung gearbeitet wird, wie beispielsweise nach den Systemen von Bernstein oder von Thury, in denen die Nutzwiderstände P-, I², I^s usw. alle in ein und demselben Stromkreis abgezweigt sind. Die hauptsächlichsten Unterschiede der Fig. 8 und 9 gegenüber der Anordnung bei angenähert konstanter Spannung bestehen nur darin, daß die Spule b, anstatt vom Spannungsstrom durchflossen zu werden, in den Hauptstrom oder in eine Abzweigung desselben eingeschaltet ist, und der Hitzdraht B C vom Spannungsstrom oder einer Abzweigung desselben durch- flössen wird.

Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, f¹ ist eine kleine Drahtspule aus Nickel oder aus einem anderen passenden Metall, die mit Seide oder einem ähnlichen Isolierstoff umkleidet ist. Sie entspricht dem Draht A C in dem Schema der Fig. ι und 2. f² ist eine andere kleine Spule aus Kupferdraht, die ebenfalls mit Seide oder einem sonstigen Isolierstoff versehen ist und den Hitzdraht darstellt, der zur Messung der verbrauchten Watt benutzt wird. b stellt einen Schnitt durch eine feindrähtige Spule aus Neusilber oder einem Material mit negativen Temperaturkoeffizienten dar, die durch den der Spannungsdifferenz U entsprechenden Strom bzw. den Hauptstrom / durch-

flössen und demgemäß erwärmt wird. Diese Spule ist mit einer Umhüllung g ausgestattet oder einem anderen Wärmeschutzmittel umgeben, durch die eine Wärmeausstrahlung der Spule b möglichst verhindert werden soll. Das Ganze hat den Zweck, die Temperatur der Spule b und diejenige des Hitzdrahtes f^z schon mit einem geringen Energieverbrauch verhältnismäßig hoch zu halten mit einem

ίο Energieverbraixch, der nach Versuchen sich z. B. nur auf ι Watt für ioo Volt Spannungsdifferenz und sogar auf noch weniger beschränken läßt. Allerdings vergrößert diese Anwendung vonWärmeumhüilungen der Spulen den Zeitraum, in dem bei Veränderungen der Spannungsdifferenz U auch die Temperatur diesen Veränderungen entsprechend folgt. Im allgemeinen wird das für die Zähler ohne Bedeutung sein. Man kann indessen gewünschtenfalls den Ausgleich der beiden Größen beschleunigen, wenn man die Dicke der Wänneisolierungsschicht verringert oder diese ganz wegläßt, was unter Umständen zulässig erscheint. Anstatt durch die Anwendung der erwähnten Wärmeschutzmittel kann man die Verluste durch Strahlung auch dadurch verhindern, daß man die Spulen f² und b, gegebenenfalls auch f¹ in ein einziges oder in zwei luftleere Glasrohre bringt (Fig. 4 und 5) und sie aus Eisendraht anstatt aus Kupfer- oder Nickeldraht wickelt, wie die bekannten Zusatzwiderstände der Nernstlampen. Natürlich kann an die Stelle des Eisens auch ein anderes geeignetes Metall, wie etwa Stahl, treten. Auch kann man diese Metalle in der freien Luft verwenden, vorausgesetzt, daß man die Oxydation durch Auftragung geeigneter Schutzschichten verhindert.

Als Meßinstrument M kann man anstatt eines Ampere- oder eines Voltstundenmessers, ' den man in einen Wattstundenzähler umwandelt, auch ein Galvanometer nach Art desjenigen von Deprez-d'Arsonval (mit oder ohne Spiegel) oder einem Amperemesser mit Millivoltmesser nach Weston oder ähnlichen Systemen benutzen, den man in einen Wattmesser mit Nebenschluß für direkte Ablesung umwandelt. Ist z. B. M ein Weston-Millivoltmesser, so schaltet man diesen, wie aus Fig. 5 ersichtlich, an den Hitzdraht C B, der etwa in einem luftleeren Rohr untergebracht ist. Das Instrument zeigt dann auf einer entsprechenden Skala direkt den Wattverbrauch in den Nutzwiderständen 11 an. Dieselbe Schaltungsweise wird angewendet, um Amperemesser nach Meylan-d'Arsonval oder Chauvin-Arnoux usw. in Wattmeter umzuwandeln, was einer näheren Erläuterung nicht bedarf. Natürlich erübrigt sich bei diesen Apparaten die oben erwähnte Kompoundierung, die nach vorstehendem angewendet wird wegen der Ausgleichung der Reibungswiderstände in den 0' K-Zählern oder ähnlichen Apparaten oder wegen der gegenelektromotorischen Kräfte der Elektrolyse im Fall der Verwendung von elektrischen Zählern nach Wright oder anderen.

Im Fall der Verwendung eines kalorischen Amperemessers mit Nebenschluß gestattet der Hitzdraht die Messung der Watt, die in Wechselstromkreisen verbraucht werden.

Claims

Patent-Anspruch:

Anordnung zur Messung der Leistung oder des Wattverbrauchs in elektrischen Anlagen mit innerhalb enger Grenzen schwankender Spannung bzw. in elektrischen Anlagen mit innerhalb enger Grenzen schwankender Stromstärke, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem im Hauptstromkreis bzw. an der Spannung liegenden Widerstand (A B) ein im Verhältnis zu diesem großer Widerstand (A C B) parallel geschaltet und ein bei Erwärmung seinen Widerstandswert verändernder Teil (CB) dieses Nebenschlusses (A C B) der Heizwirkung einer vom Spannungsstrom bzw. vom Hauptstrom durchflossenen Spule (b) ausgesetzt ist, so daß das Spannungsgefälle an den Enden des Nebenschlußteiles (C B) sowohl von der Spannung wie vom Strom abhängig ist und ganz oder teilweise durch Anlegen eines Meßinstrumentes zur Bestimmung der Leistung benutzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.