DE2524647B2 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen bestimmen des innenwiderstandes einer elektrolysewanne - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zi'm kontinuierlichen Bestimmen des Innenwiderstandes einer Elektro- lysewanne aufgrund der Spannung an den Anschlußklemmen der Wanne und des die Wanne durchfließenden Stroms, wobei bei dem Elektrolysegleichstrom ein schwacher Wechselstrom mit einer Frequenz /'überlagert wird.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit Synchrondetektoren und einem Frequenzgenerator, der einen Ausgang für ein sinusförmiges Signal und einen Ausgang für damit gleichphasiges Rechtecksignal aufweist.

Eine Elektrolysezelle oder -wanne weist einen Behälter mit einem den elektrischen Strom leitenden Bad und zwei Elektroden auf, von denen eine Anode mn dem positiven Pol eitici Gleichstromquelle und t■;r 11-Kathode mit dem negativen Pol diesei Stromquelle verbunden ist. Der Strom fließt /wischen diesen beiden Elektroden und zerset/i this Elektrolyscbad oiler einen seiner Bestandteile in zwei Bestandteile, von denen der <>s eine an der Anode und der andere an der Kathode n Erscheinung tritt. Der elektrochemische Vorgang verbraucht eine bestimmte Energie, die sich in einem Spannungsabfall bemerkbar macht, der gegenelektromotonsche Kraft genannt wird.

Wenn man folgende Bezeichnungen wählt:

U: Spannung an den Anschlußklemmen der Elektroden. R: innerer Widerstand der Elektrolysezelle zwischen den Ans:"iluftk!emn:n von denen die Spannung LJ abgenommen wird ■

E: gegeneiektromutonsehe Kratt der Elektrolyse. /· Stärke des die Wanne durchfließenden elektrischen Stromes

erhält man folgende Beziehung:

Ul ist die gesamte, an die Wanne gelieferte Leistung, E-I ist die von dem Llektrolysevorgang verbrauchte Leistung, /?/- ist die durch den Innenwiderstand der Wanne verbrauchte Leistung.

Wenn die Wannen zur Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse ·>·οπ ir; Kryolith .^eiösier Tonerde dienen, ermöglicht diese, u.ucn ilen innenwiüersiand der Wanne verbrauchte Leistung, aas t.:ukirol>sebad auf einer Temperatur über ihrer Schmel/ieniperatu: von etwa 950 bis 1000' C zu halten. In diesem Falle sin.I die beiden Elektroden aus Kohlenstoff, wobei die Kathode di n Boden der Wanne bilde! und die Anode in Form eine- oder mehrerer Blockt aus Kohienstoll gebildet ist. d;.· in c'.ts Bad eintauchen. Die i oncroV w \··\\ in Aluminium, das sich in Form einer flüssigen Schicht aut der KaIhOdCaS-CtZLUHu moxiuis^he ionen zersetzt, die sich an der ΟΏϋΐΙ'.κι^- det \roile entladeii. die infolgedessen ein. lorischreitende \ erbrennung eriei det.

Ohne jeiMiciie üullere Beeinflussung ändert sich der lnnenwidersiand aus Ι·.ν^πκκ-ιι /viei grundsätzlichen Gründen: einerseits wegen des Anhebens der Ebene d. h. der anodischen i-.bene, die das System der Anodui zu der Kathode hm begrenzt, infolge der Verbrennung der Anoden und andrerseits wegen der zunehmenden Verarmung des Lleklrolysebads an I onerde. Wenn der Tonerdegehall unter einen kritischen Wert absinkt, dei in der Größenordnung von 1 bis 3% liegt, wird die Anode polarisiert, d h., der Elektrolysevorgang ändert seine Natur, wobei sich der Innenwiderstand und die gegenelektromotorische Kraft merklich verändern. Wenn eine bestimmte Anzahl Wannen in Reihe angeordnet ist, ändert sich der Strom /, der geregelt ist. praktisch nicht, und das Phänomen macht sich durch eine merkliche Vergrößerung der Spannung U an den Anschlußklemmen der polarisierten Wanne bemerkbar.

Es ist daher wichtig, den Wert des Innenwiderstandes der Elektrolysewanne zu kennen, um den Ablauf der Elektrolyse regeln zu können.

Bekannt ist, diesen Widerstand mn folgender Formel zu berechnen:

i'und /sind emiach /u ,nessen. aber /:'isi unbekannt. Man gibt mc!: Jaüe: l'..,:;i:i ,".::: :'jdcn, tür E einen mutieren, konstanten WVn von beispielsweise 1.65 Volt anzunehmen. Diese, »Pseudo-Widerstand« genannte Verfahren w ird gegenwärtig hirdie Wannen verwendet.

Neuere Arbeiten du u.naul gerichtet sind, die tatsächlichen l.igen-.halu η zu verbessern, indem ·:ιη stabiler und automatischci Ablaut sichergestellt wird, haben dazu geführt, bei dei gemeinsamen Bestimmung

des Innenwiderstandes und der gegeneleklromoion sehen Kraft eine größen' Genauigkeit an/usireben

In der DT-OS 20 50 126 ist ein Verfahren /um Messen des Innenwiderstandes einer Elektrolysewannc be schrieben. Der Autor dort bestimmt die Reaktanz X der Wanne durch Wechselstrom und nimmt an, daß bei einer kleinen Änderung Δ I der Höhe der anodischen Ebene die Änderung Δ λ" der Reaktanz proportional zu Δ /ist:

wo m nur von der Konstruktion der Wanne abhängt.

Er nimmt weiter an, daß die Änderung Δ R des Widerstandes der Wanne, bezogen auf eine Einheitsver- ι s Schiebung der anodischen Ebene, für kleine Werte von Δ /angegeben werden kann durch:

M₁, k, + C.

wo k] die Konzentration an Tonerde und an und C Konstanten sind.

Wenn während der Verschiebung Δ I sich die Reaktanz um Δ X und der Widerstand um Δ /^verändert haben, erhält man:

IR

i I.V

. = α,, k_x f C

fc, =

/IJ?

Zum Bestimmen von an und C genügt es, zwei js Änderungen des Abstandes der Pole, jede bei bekannter Konzentration k\ von Tonerde durchzuführen: Auf diese Weise kann für eine gegebene Wanne der Wert von /77 bestimmt werden, und entsprechend kann A₁ mit Δ R und Δ λ'in Beziehung gesetzt werden.

Der Autor nimmt des weiteren an, daß R durch den Widerstand /?'der Wanne bei Wechselstrom mit sehr niederer Frequenz /"angenähert werden kann.

Zum Messen der Impedanz, der Wanne bei der Frequenz /"schickt er einen Wechselstrom der gleichen Frequenz durch die Wanne und mißt die Spannung an den Anschlußklemmen der Wanne und die Stärke des durch sie hindurchfließenden Stromes. Mit einem Filter trennt er die Gleichstromantcile und die Wechselstromanteile. Die Wechselstromanteile der Spannung und der Stromstärke werden in vier Synchrondetektoren derart bearbeitet, daß die Realteile und Imaginärteile der Spannung und der Stromstärke bestimmt werden, wobei der Bezugspunkt für die Phase vom Wechselstromgenerator genommen wird. Aus diesem letzteren gewinnt er /?' das an R angenähert wird, und ausgehend davon die gegenelektromotorische Kraft £ Die Information wird digitalisiert und in Realzeit von einem Rechner bearbeitet

Das beschriebene Verfahren beruht auf mehreren Hypothesen, die die Erfahrung nicht bestätigt, insbesondere bei industriellen Wannen. Vor allem stellt die Hypothese bezüglich des Wechselstromwiderstandes das Verhalten der Wanne durch dasjenige einer Baugruppe passiver Elemente dar. Die Erfahrung aber zeigt, daß der Realteil der Impedanz, d. h. der Wechselstromwiderstand, zu Null und negativ werden kann, was das Vorhandensein von aktiven Elementen bedeutet Der Autor nimmt weiter an, daß Δ I = m Δ Λ: Πι«.¹¹- gilt mn tür sehr kleine Veränderungen von Λ /ιπκ diese Art d. ■ Vorgehens hat nur die Bedeutung einei Reiheneinw lekiung. ilie mit dem linearvn Glied ende:

Der hrfindimg liegt die Aufgabe zugrunde en Verlahren der einv.üvv ><·■■· vielx-neri (i;iiMmg dc^-.;_; weiterzubilden, daß dei iiinenwidersiuiid der lilekirolv sewanne mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werder kann.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen.

Die Erfindungsaufgabc wird bei einem Verfahren dei eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß der Wirkanteil der Impedanz bestimmt wird, die die Wanne gegenüber dem Wechselstrom hat, und daß die Funktion, die den Wirkanteil der Impedanz in Abhängigkeit von der Frequenz angibt, auf die Frequenz Null extrapoliert wird, so daß der Wert des Wirkanteils dem Innenwiderstand R der Wanne zustrebt.

Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Galtung zum Durchführen des Verfahrens zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß einerseits der Ausgang des Frequenzgenerators für das sinusförmige Signal mit einem Strommodulator verbunden ist. dei zwischen zwei Punkte an den Stromversorgungsstangen beidseitig der Elektrolysewanne geschaltet ist und dem durch die Wanne fließenden Gleichstrom einen sinusförmigen Strom überlagert, daß der Ausgang de? Frequenzgenerators für das Rechtecksignal an den Eingang eines Bezugsverstärkers mit galvanische! Isolierung angeschlossen ist, daß andererseits eine Induktionssonde zur Strommessung vorgesehen ist. die zwischen den Punkten der Stromversorgungsstanger angeordnet ist und einen ersten Synchrondetektor beschickt, dessen Bezugscingang an den Ausgang de? Be/ugsversiärkers angeschlossen ist, daß die Eingänge eines Gleichstrom-Wrchselstromtrennverstürkers ar die Anschlußklemmen der Elcktrolysewanne angeschlossen sind und der Ausgang des Trennverstärkers der den Wechselstronianteil der Spannung U an der Anschlußklemmen der Elektrolysewannc gibt, an der Eingang eines /weiten Synchrondetektors angeschlossen ist. dessen Bezugseingang ebenfalls an den Ausgang des Bezugsverstärkers angeschlossen ist, und daß eint Dividierschaltung vorgesehen ist, deren Eingänge an die Ausgänge der Synchrondetektoren angeschlossen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die crfindungs. gemäße Vorrichtung beziehen sich auf die Bestimmung des Widerstandes jeglicher Elektrolysewanne und sine insbesondere für Wannen geeignet, die zum Hersteller von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse vor Tonerde bestimmt sind.

Die Erfindung, von der weitere AusführungsbeispieW in den Ansprüchen gekennzeichnet sind, wird in folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispiels weise und mit weiteren Einzelheiten erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs form einer Vorrichtung.

Fig.2 eine Induktionssonde zum Messen dei Wechselstrombestandteile des die Wanne durchfließen den Stromes.

Fig.3 ein Prinzipschaltbild einer Operationsver stärkerstufe mit Rückkopplungsschleife.

Fig.4 ein Prinzipschaltbild eines Verstärkers zui Impedanzanpassung und zum Integrieren,

F i g. 5 Kurven, die den Gang der Verstärkung und dei

Phase in der lntcgricrsitife des Verstärkers gemäß der Fi g. 4 angeben.

F i g. b ein Prin/ipschalthiul eines Spannungsbegren- ^ers.

I- i g. 7 em Prin/ipschaubiUI eines Verstärkers zur Impedanzanpassung /ur Ahn .hihmi;: -,.μ. Wüchse! st rom.

I-i g. 8 ein Prinzipschaltbild einer Stufe des Verstärkers gemäß der Fi g. 7,

F i g. 9 Kurven, die den Gang der Verstärkung und der Phase der Stufe gemäß der F i g. 8 angeben,

Fig. 10 und 11 Blockschaltbilder von Modulatoren des Elektrolysestroms, im Nebenschluß und derart geschaltet, daß Strom überlagert wird,

Fig, 12 eine vollständige Schaltung eines Ausfiih- is rungsbeispiels eines Modulators,

Fig. 13 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Funktion eines Synchrondetektors,

Fig. 14 ein Schaltschema eines bipolaren Unterbrechers, der einem Detektor äquivalent ist,

Fig. 15 bis 19 stellen dar, wie unter verschiedenen Hypothesen der festzustellende Strom vom Detektor abgeschnitten wird,

Fig. 20 ein Blockschaltbild eines Bezugsverstärkers mit galvanischer Isolierung, F i g. 21 ein Schema einer Dividicrschaltung,

F i g. 22 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer gegenüber der in Fig. 1 dargestellten weiterentwickelten Vorrichtung,

Fig. 23 das Schema eines Multiplikators, dem eine Sublraktionsschaltung folgt.

Das Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen des Innenwiderstandes einer Elektrolysewanne besteht darin, dem Elektrolysesirom einen schwachen Wechselstrom zu überlagern. Die Wanne wird als eine Impedanz betrachtet, deren Wirkanteil und Blindanleil der Reihe nach bei einer gegebenen Frequenz bestimmt werden. Die Veränderungen des Wirkanteiis in Abhängigkeit dieser Frequenz werden benutzt, um durch Extrapolation auf die Frequenz Null den Wert des Gleichstrom-Widerstandes R der Wanne zu bestimmen. Man kann entsprechend die Gleichspannung /'an den Anschlußklemmen der Wanne und die Stärke des Gleichstroms / messen, der die Wanne durchströmt, und die gegcnelek-'romotorischc Kraft /f bestimmen durch: 4s

E=U-RI.

Der so bestimmte Wert von R kann als Ausgangspunkt für die Regelung der Lage der anodischen Ebene dienen, beispielsweise mit einer Vorrichtung, wie sie in der FR-PS 13 97 946 beschrieben ist.

Man überlagert dem Gleichstrom /, der die Wanne durchströmt, einen Wechselstrom mit der Frequenz f und der Stärke ir, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 ⁴ bis 10 ^ I. Die Gesamtspannung Van den Anschlußklemmen der Wanne beträgt:

60

wobei Uf die durch den Wechselstrom // hervorgerufene Wechselspannung ist und Zt die Impedanz der Wanne bei der Frequenz /"ist.

Man mißt V, und durch Filtern trennt man seine Oilpirhstrombestandteile iiund seine Wechselstrombestandteile 1; voneinander: gleichzeitig mißt man ;,.. beispieisw eise durch em I'iduklions\ erfahren.

Mit Hilfe eines S\ tu iirondetektors mißt man den Bestandteil von 1/,. dci in Phase mit ii ist. sowie denjenigen, der gegenüber ;, um 90 phasenverschoben ist. Man schreibt:

.Y₁

wobei /7 und A", diejenigen Bestandteile von Zi sind, die mit /'/ in Phase und gegenüber /V um 90° phasenverschoben sind, und wo Φ der Phasenwinkel von u> relativ zu ;', ist.

Die in der Wanne durch den Wechselstrom mit der Frequenz f frei werdende Energie entspricht dem Realteil /■/ der Impedanz, während R nur der durch Joulschc Wärme frei werdenden Energie entspricht. Wenn man die Frequenz /gegen Null gehen läßt, geht /·, gegen R. Man zeichnet daher die Kurve, die r, in Abhängigkeit von der Frequenz /angibt, und extrapoliert sie bis auf Nu!!, um r (F=Q) = Rzu erhalten.

In der Praxis verfährt man etwas komplizierter: Man nimmt als Bezugswert das niederfrequente Signal, das zur Modulation des Elektrolysestroms dient, um einen überlagerten Strom />zu erhalten, und man bearbeitet u, und ir durch synchrones Feststellen gleichzeitig, dann dividiert man die Ergebnisse, um /·, zu erhalten.

Die F i g. 1 stellt das Blocksehaltbild der verwendeten Vorrichtung dar: die Schaltbilder der einzelnen Elemente dieses Blockschaltbildes sind zur genaueren Darstellung in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Die Vorrichtung ist an einer gestrichelt eingezeichneten Elektrolysewannc mit einer Anode 1 und einer Kathode 2 angebracht, die von Stromversorgungsstangen 3 aus mit Strom beschickt werden. Die Vorrichtung setzt sich aus einem Weg zum Messen des Wechselstroms ;',·. der eine Induktionssonde 4 zum Messen des Stroms und einen lmpedanzanpaß- und Integrierteil 5 aufweist, einem Weg zum Messen der Gesamtspannung V der Elektrolyse, der eine Überspannungsschutzvorrichtung 6 und einen lmpedanzanpaß- und Wechselstromabtrcnnteil 7 aufweist, einem Strommodulator 8. der zwischen die Anschlußklemmen der Wanne geschaltet ist und von einem Niederfrequenzgenerator 9 gespeist wird, einem Bezugsverstärker 10 mit galvanischer Isolierung und zwei Synchrondetektoren 11 zusammen, deren einer für die Spannung u_t und deren anderer für den Strom /; vorgesehen ist und die eine Dividiersehal- lung 12 speisen, die den Wert von iV/, feststellt. Die Vorrichtung kann durch ein Frequenzmeßgerät 13, das den Wert von F gibt und ein Anzeigegerät 14 für r, vervollständigt werden.

Die gesamte Elektronik wird von einer symmetrischen Spannungsquelle mit einem positiven Pol STP, einem negativen Pol S77Vund einem Mittelabgriff 5T0. der auf Masse liegt, gespeist. In dem Ausführungsbeispiel beträgt die Spannung dieser Spannungsquelle zweimal 15 Volt.

Zunächst werden die verschiedenen Elemente beschrieben, aus denen die Vorrichtung zusammengesetzt ist. Bestimmte dieser Elemente sind in besonderer Weise ausgeführt und werden genauer beschrieben, andere sind im Handel erhältlich und sind etwas summarischer beschrieben. Bestimmte Elemente kommen im vollständigen Schema mehrfach vor.

Zunächst sei der Weg zum Messen des modulierten Stroms beschrieben.

.lurch

»>■ ιί

Die Induktionssonde 4 ist entsprechend Ii
eine ringförmige Spule gebildet, die eine
messenden Strom //durchllossene Stioimcrsoigimgsstange 3 umgibt. Die Spule ist mit Hilfe eines biegsamen Doms 15 aus unmagnetischem Material hergestellt, auf den ein Leitdraht 4'ß'16 gewickelt ist, der N gleichmäßig voneinander entfernte Windungen der Fläche 5 bildet. Die Längen AA 'und BB' bilden die Rücklcitung der Sonde und laufen durch die Mitte der Windungen.

Wenn der in der Stromvcrsorgungsslunge 3 fließende Strom //durch folgende Formel Formel gegeben werden kann:

//= /o · sin .τ It,

wobei / die Zeit bedeutet, beträgt die /wischen den Klemmen A und B auftretende Spannung ty.

., = K ■ /,, ■ 2.-Γ./ sin (2,-r/f - ]

// die magnetische Permeabilität des leeren Raumes

gleich die Anzahl der Windungen je Meter.

N die Fläche einer Windung in nr bezeichnet.

Man sieht, daß die Spannung c, um ^ nach rückwärts

gegen den Strom /,.verschoben ist.

In dem ausgeführten Beispiel ist die Sonde aus zwei aneinandergefügten torischen Spulen 1/ und 18 gebildet, deren Länge 1,50 und 2,50 m und der Widerstand 29,9 und 46,5 Ohm beträgt. Der Koeffizient K der Sonde beträgt 2,065 ■ 10 ⁶ in Einheiten des MKSA-Systems. Das Gewicht beträgt 10 kg. Diese Sonde genügt für Messungen an ziemlich großen Wannen zur Herstellung von Aluminium, beispielsweise Wannen, deren Elektrolysestromstärke 200 Kiioampere erreicht.

Das Impedanz-Anpaß- und Integrierteil 5 weist Operations-Differential-Stufen mit Rückkopplungsschleifen auf, deren Prinzipschaltbild aus Fig.3 hervorgeht Eine Stufe 19, beispielsweise ein Differenzverstärker mit Transistoren oder integrierter Schaltung, weist zwei Eingänge 20 und 21 und eine Klemme 22 auf. Er weist zusätzlich Klemmen auf, die den Anschluß von Korrekturschaltungen ermöglichen, und weist Versorgungsklemmen zum Anschluß an die Spannung STauf: Diese Klemmen sind in den Figuren nicht dargestellt. Die Eingänge 20 und 21 sind mit zwei allgemeinen Eingangsklemmen 23 und 24 über Impedanzen Z, und Z, verbunden. Der negative Eingang 20 ist zusätzlich über eine Impedanz Z₂ mit der Ausgangsklemme 22 verbunden, während der positive Eingang 21 über eine lmnorianz Zt mit Masse verbunden ist.

ίο

Die Verstärkung dieser Stufe ist gegeben durch:

I \ Il 1

V EX WX ' El M 2

I \

■ wobei die (ibertragungsfunkuoncn U 1 und W gegeben sind durch:

/2

11 1

H 2

/1

Z4 Z 3

Das Impcdanz-Anpaß- und Integrierteil 5 weist entsprechend der F i g. 4 einen Diffcrentialverstärker mit großer Eingangsimpedanz auf, der durch die drei Stufen 25, 26 und 27 und durch einen durch die Stufe 28 gebildeten Integrator gebildet ist.

Der positive Eingang 29 der Stufe 25 ist an ein Ende der Spule 17 und an Masse angeschlossen, der positive Eingang 30 der Stufe 26 ist mit dem entsprechenden Ende der Spule 18 verbunden. Die anderen Enden der Spulen 17 und 18 sind miteinander in Reihe geschaltet. Die Ausgänge 31 und 32 der Stufen 25 und 26 sind jeweils mit dem negativen Eingang 33 und 34 der gleichen Stufe verbunden. Der Ausgang 31 der Stufe 25 ist über einen Widerstand 35 mit dem negativen Eingang 36 der Stufe 27 verbunden, wobei tlieser Eingang 36 zusätzlich mit dem Ausgang 37 der gleichen Stufe 27 über einen Widerstand 38. der genauso groß wie der Widerstand 35 ist. verbunden ist. Der posime Eingang 39 der Stufe 27 ist mit dem Abgriff eines Potentiometers 40 verbunden, das /wischen den Ausgang 32 der Stufe 26 und Masse geschähet ist.

Unter Bezugnahme auf die Ausführungen betrel'enu die F i g. 3 erhält man am Ausgang der Stufen 25 und 2b bei 31 und 32 einander gleiche Spannungen, die in Phase mit den an die Eingänge 29 und 30 gelegten Spannunger sind. Tatsächlich hat man mit der Schreibweise gcmal* der Fig.3: Zt = ~. Z2 = 0. 73 = 0. Z4=~. d.h.. IVl=O und H'2=oo. Die Eingangsimpedan/ ist sehr groß, mehrere hundert Megohm, während die Ausgangsimpedanz sehr klein ist, einige Ohm, denn die Stufen 25 und 26 haben eine hohe Verstärkung. Die an der Stufe 27 liegende Spannung ist gleich deir Unterschied zwischen den Spannungen an den Eingän gen 29 und 30, wobei das Potentiometer 40 dit Einstellung auf Null ermöglicht, indem die Spannunger bei 36 und 39 gleich groß werden.

so Der negative Eingang 41 der Stufe 28 ist mit den Ausgang 37 der Stufe 27 über einen Kondensator 42 uik einen damit in Reihe geschalteten Widerstand 4: verbunden, der positive Eingang 44 liegt auf Masse. Dei Ausgang 45 der Stufe 28 ist mit dem negativen Eingang 41 über eine Integrierschaltung mit einem Kondensate 46 und einem parallel dazu geschalteten Widerstand 4; verbunden.

Anwendung des bezüglich der F i g. 3 Gesagten au die Stufe 28 ergibt, daß die Spannung am Ausgang 4:

gleich der Spannung am Eingang, mit umgekehrte: Vorzeichen und multipliziert mit W1 ist:

Hl =

wobei

(1 + TXp) (1 + TIp)

T ~ R₄- C₄₂. TX - R₄, C₄₂. Tl = R₄- C₄,,. wobei Ra ι der Wert des Widerstandes 43 in Ohm, G2 d

kapazität des Kondensators 42 in Farad usw. sind ieispielsweise ergibt sich. wenn Ra\~4.7ü K. R₁; = 10 Megohm. G?= 100 uf und C._h = O,47 uf liir:

Diese Schaiumg hat uie I Iberiragiingsfunktion

2.7 7

2.7 7 2

2.7 7 1

1.59 IO ⁴Il/

-- 0.033 11/

0.335 H/.

Man erhält ein Bandpaßiiltcr gemäß der Fig. 5; die Imegrierzone befindet sich jenseits der Frequenz Λ. und die Phase beträgt: — 'I₁ . Unter Berücksichtigung der

Vorzeichenumkehr in der Stufe 28 ist das Ausgangssi gnal in der Integrierzonc in Phase mit /..

Die Wahl der Abschneidefrequcn/ /ermöglicht unter Berücksichtigung des Koeffizienten K der Sonde, die Verstärkung auf einen geeigneten Wert einzustellen, der bei 45 für jedes Ampere gemessenen Stromes / ein Signal in der Größenordnung von 1 Millivolt liefert.

Die Genauigkeit des Weges zum Messen des modulierten Stroms hängt vollständig von der Sonde ab. Für diese ist ein konstanter Querschnitt der Windungen und eine gleichmäßige Verteilung der Windungen längs der Länge des Torus erforderlich; zusätzlich muß die Ebene jeder Windung senkrecht auf der Achse des Doms stellen, der die Spule hält.

Im folgenden wird der Weg zur Messung der Spannung der Elektrolyse beschrieben.

Die IJberspannungsschutzvorrichtiing 6 weist einen Spannungsbegrenzer 48 und einen Verstärker 44 auf.

Der Spannungsbegrcnz.er 48 (F i ti. 6) ist zwischen die positive Anschlußklemme 50, d. h. die Anode, und die negative Anschlußklemme 51. d.h. die Kathode, der Wanne geschaltet. Er weist, zwischen die Anschlußklemme 50 und den positiven Ausgang 52 des Begrenzers geschaltet, einen einstellbaren Widerstand

53 auf. Zwischen dem positiven Ausgang 52 und dem negativen Ausgang 51 sind Zcnerdioden 54, 55 geschaltet, deren eine, 54 als Begrenzer angeordnet ist. d. h., ihr »positiver« Pol ist mit dem positiven Ausgang 52 verbunden, und deren andere 55 mit der Zenerdiode

54 in Serie, aber im umgekehrten Sinn geschaltet ist, wobei ihr »negativer« Pol mit dem »negativen« Pol der Zenerdiode 54 verbunden ist und ihr »positiver« Pol mit dem negativen Ausgang 51 des Begrenzers verbunden ist.

Dieser Begrenzer hat zwei Funktionen, einerseits bei Polarisation der Anode der Wanne das Signal auf einen Wert zu begrenzen, der für die Meßschaltung ungefährlich ist, und andererseits an dem Spannungssignal eine Phasenkorrektur vorzunehmen, um die Phasenverschiebung des Stromweges auszugleichen. Tatsächlich kann die Schaltung bei normaler Funktion, d. h. bei einem unter der Einsatzspannung der Zenerdiode liegenden Eingangssignal durch eine Schal tung in Art eines seriellen Widerstandes, hier des Widerstandes 53, und einer parallelen Kapazität C hier der Kapazitäten der Dioden zur Leitung und zum Eingang des Verstärkers 49, angenähert werden.

wobei T= A',_t -ι.¹-;

Durch Verändern des Wertes von Rr₁₁ veränden mai. die Absehneid'.:frevlen/

und folglich die Phase des Ausgangssignals relativ zu der des Eingangssignals U. Entsprechend kann man das Spannungssignal mit einer Phasenkoirektur versehen, die die Phasenverschiebung des Strcmweges ausgleicht, die vor allem von der Induktionssonde herrührt.

Der Meßverstärker 49 (I 1 g. 7) weist einen Differenlialverstärker mit großer Eingangsimpedanz, und zwei Trennvorrichtungen für Gleich- ;ind Wechselstrom auf.

Der üifferentialverstärker weist die Stufen 56, 57 und 58 auf: Er ist identisch mit dem bezüglich der I- i g. 4 Beschriebenen. Seme Beschreibung erhält man. indem in der Beschreibung der K ig. 4 die Bczugszeichen 25, 26, 27, 29, 30, 31, 52, ^, 34, 35, 36. 57. 38. 39 und 40 ersetzt werden durch. 5b, 57, 58, 51, 52. 59, M). 61, b2. 63, b4, 65, 66, 67 und 68. I-in I 'uiterschied resultiert aus dem Vorhandensein eines I ransisiors 64. dessen Basis 70 mit dem Ausgang 65 der Stufe 58. dessen Kollektor 71 mn dem iiesativi-n IV ^K'I \ Jc (ileichspannungsquelle .S'7 und dessen Lmnvi ~2 mit einem Widerstand 66 verbunden ist. dei- nicht, wie der Widerstand 38 gemäß der Fig. 4 mit dem Ausgang 65 der Stufe 58. sondern mit den-, Emitter des Transistors 69 verbunden ist.

Das WechselMromahirennteil 7 weist die Stufen 73. 74 uiiu 75 aiii.

Der Emitter 72 des Transistor 69 hegt untei Zwischenschaltung eines Potentiometers 76 am positiven Eingang 77 der Stute 73. deren Ausgang 78 mit der Basis 79 eines Transistors 80 verbunden ist. Der Kollektor 81 dieses Transistors ist mit de:n negativen Pol STN der Gleichspannungsquelle ST verbunden, während der Emitter 82 einerseits über einen Widerstand 83 mit dem positiven Pol 5TP der Gleichspannungsquellc STund andererseits über einen Widerstand 84 mit dem negativen Eingang 85 der Stufe 73 verbunden ist. Dieser letztere Eingang ist über einer Widerstand 85, dessen Größe gleich der des Widerstandes 84 ist. mit dem Ausgang 87 der Stufe 74 verbunden der zusätzlich mit dem negativen Eingang 88 der Stuf« 74 über einen Widerstand 89 verbunden ist. Der positive Eingang 90 dieser Stufe liegt auf Masse. Der positiv« Eingang 91 der Stufe 75 liegt ebenfalls auf Masse, de negative Eingang 92 dieser Stufe 75 ist einerseits übe einen Widerstand 93 an den Emitter 82 des Transistor 80 und andererseits über einen Kondensator 95 an dei Ausgang 94 dieser Stufe 75 angeschlossen. Der Ausgani 94 der Stufe 75 ist über einen Widerstand % mit den negativen Eingang 88 der Stufe 74 verbunden. De Wechselspannungsausgang 97 ist an den Emitter 82 de Transistors 80 angeschlossen.

Wenn man den Transistor 80. der einen Leistungs trennverstärker mii Spannungsverstärkung +1 bilde abstrahiert, kann die Stufe 73 entsprechend der F i g. dargestellt werden, die analog der Fig.3 ist. Urne

Anwendung der bezüglich der F i g. J herangezogenen Formeln kann man schreiben:

S=- E₁ + E₂

W₁ = ^Z4 = ι

W, = 5" = 1-

Wenn man den Ausgang mit der Übertragungsfunktion W, die durch die Stufen 75 und 74 gebildet ist, auf den Eingang E\ rückführt, hat man:

S=- SW' + E₂ .

S __ 1

Folglich:

1
Tp

W — —

^vy 74-

Wenn man

= 100

wählt, erhält man:

W' = 100

Tp

= Tp. =

iod

T = —f,'_n ^L-⁵ = 0,22 Sekunden. 100

wenn man wählt:

R₉₃ = 22OkU und C₎₅ = 100 μΓ.

Es ergibt sich:

C ' T-

S ₌ ■■-- ₌ Tp

E₂ 1 + --■;-■ 1 + 7 > ·

f =

0.22

= 0,723 Hz.

Man erhält also gemäß der F i g. 9 ein Hochpaßfilter mit der Verstärkung 1, in Dezibel. Oberhalb der Abschneidefrequenz /''ist der Ausgang in Phase mit dem Eingang. Das Potentiometer 76 ermöglicht die Null-Einstellung in Abwesenheit von periodischen Signalen am Eingang des Verstärkers.

Die Gleichspannungstrennvorrichtung weist eine Verstärkerstufe 98 auf, deren positiver Eingang 99 mit dem Aberiff eines Potentiometers 100 verbunden ist. dessen Enden an den positiven Po! STP und den negativen Pol STN der Gleichspannungsquelle gelegt sind. Der negative Eingang dieser Stufe ist unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 101 an einen gemeinsamen Punkt 102 angeschlossen. Dieser gemeinsame Punkt 102 ist über einen Widersland 101 mit dem Emitter 72 des Transistors 69, über einen Kondensator 104 mit Masse und über einen Widerstand 114 mit dem Emitter 109 eines Transistors 107 verbunden. Der Ausgang 105 der Stufe 98 ist an die Basis 106 des Transistors 107 angeschlossen, dessen Kollektor 108 mit dem negativen Pol STN der Gleichspannungsquelle ST verbunden ist und dessen Emitter 109 zusätzlich mil folgenden Punkten verbunden ist: direkt mit dem Gleichspannungsausgang 110, unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 111 mit dem positiven Pol S7Pder Gleichspannungsquelle ST und unter Zwischenschaltung eines Kondensators 112 mit dem negativen Eingang 113 dieser Stufe. Die Widerstände 101,103 und. 114 sind gleich groß.

Wenn man als Ausgangspunkte dieser Anordnung den Emitter 72 des Transistors 69 nimmt, ergibt sich folgende Übertrag ingsfunktion:

W(p) =

»2 + /7 1Λ Cp) + 1 '

wobei R der gemeinsame Wert tier Widerstände 101. 103 und 114 ist und wo man annimmt:

h = 3

C(112)

C =

3C(112) h

C (104) " " 3

Man hat ein Tiefpaßfilter zweiter Ordnung.

Wenn man annimmt:

R = R₁O. = ^Ru»

r = 4.7:,.f und C₁₁,

= «ι,« = 100 K12 = 1 ;/f.

erhält man:

/> = 1.38. C = 2.17 _μΓ. 7 = 0,217 s und / = 0.733 Hz.

Man hat also ein Tiefpaßfilter, das im wesentlichen die gleiche Abschneidefrequenz besitzt wie das Hochpaßfil ter, das bezüglich der Vorrichtung zum Abtrennen von Wechselstromanteilen erläutert wurde. Der Ausgang hat gegenüber dem Eingang entgegengesetzte Phase.

Am Ausgang jeder der Stufen 58, 73 und 98 ist ein PNP-Transistor69,80,107 angeordnet, deren Kollekto ren zusammengeschaltet sind. Diese Anordnung ermög licht, die Ausgangsleistung der entsprechenden Stufe zu erhöhen, bildet eine erhöhte Eingangsimpedanz, eine kleine Ausgangsimpedanz, eine etwas unter 1 liegende Spannungsverstärkung und ein sehr breites Durchlaß band. Diese Transistoren können fehlen, wenn die Stufen, die durch die Transistoren vervollständigi werden, genügend leistungskräftig sind und genügend geringe Ausgangsimpedanzen aul weisen.

Der Modulator 8 für den Elektrolysestrom kann ii; einer der folgenden Bauarten ausgeführt sein:

direkte Modulation der Quelle am Gleichrichter. Einleiten eines Stromes,
Ableiten von Strom.

Die Vorrichtungen zum Regeln einer industriellen Elektrolyseserie, die Autotransfoniatoren und regelbare Reaktanzen verwenden, eignen sich schlecht für eine direkte Modulation und ihre Bctriebsfrcqucnzen liegen unterhalb der Netzfrequenz (50 Hz).

(c A ei se

Ei üb ai

Die im folgenden beschriebene Vorrichtung kann sowohl zum Ableiten als auch zum Zuleiten von Strom bei Elektrolysezellen verwendet werden, indem eine zusätzliche Stromquelle benutzt wird.

Die Fig. 10 stellt die Anordnung zum Ableiten dar. Man hat eine Quelle einer elektromotorischen Kraft E mit einem Widerstand r, die eine Vi rbraucherschaltung mit einer gegenelektromotorischen Kraft £' und einem Widerstand R beliefert. Der Modulator M leitet einen Strom der Stärke /2 ab, während die Verbraucherschaltung einen Strom /1 erhält und die Quelle einen Strom / liefert Man hat also:

E-E'-ril

15

In der F i g. 11 ist die Anordnung zum Zuleiten von Strom dargestellt. Dort ist die gleiche Quelle und die gleiche Verbraucherschaltung und in Abweichung eine Hilfsquelle einer elektromotorischen Kraft E" mit einem Widerstand r' dargestellt, die in Reihe mit einem Modulator M geschaltet ist.

Man hat:

il =

r/2

35

40

Diese beiden Anordnungen verlangen folgende Bemerkungen:

Wenn R = r, d.h., wenn die Quelle zur Verwendung angepaßt ist, gilt

r + R 2

und, im allgemeinen Fall, ist der modulierte Strom, der die Elektrolysereihe durchfließt, halb so groß wie der vom Modulator abgegebene Strom. Die im Modulator verbrauchte Leistung beträgt:

P=(VM+A v)i2,

wobei VM die für die einwandfreie Funktion des Modulators minimale Spannung ist: die minimale Emitter-Kollektor-Spannung zur Regelung des Transistors plus der innere Spannungsabfall.

Δ ν ist der Unterschied zwischen den Extremwerten der Spannung der Elektrolysereihe bei normalem Betrieb.

Wenn die Spannung ν an den Klemmen der Quelle (oder des Empfängers) kleiner als VM ist, ist die Anordnung zum Einleiten unbedingt notwendig, was erfordert, eine Zusatzquelle mit einer elektromotori schen Kraft E" und einem Innenwiderstand r' derart vorzusehen, daß

E"-(VM + r'i2) v.

In allen anderen Fällen verwendet man mit Vorteil die Anordnung zur Ableitung, was die Zusatzquelle erübrigt.

Der Modulator weist (F i g. 12) einen Leistungstransistor 115 auf, der als serieller Regler geschaltet ist: Sein Kollektor 116 ist mit dem positiven Pol 50 der Elektrolysewanne verbunden, während sein Emitter 117 über einen Schutzwiderstand 118 an folgende Elemente 6s angeschlossen ist: einen Ausgang 119 zur Strommessung, den negativen Eingang 120 einer Verstärkerstufe 121 und an einen Widerstand 122 mit kleinem Wert, der einen Nebenschluß bildet und mit dem negativen Pol 51 der Elektrolysewanne verbunden ist. Die Basis 123 des Transistors 115 ist an den Emitter 124 eines Transistors 125 gelegt, dessen Basis 126 wiederum an den Emitter 127 eines zweiten Transistors 128 gelegt ist Die Kollektoren dieser Transistoren 125 und 128 sind mit dem Kollektor 116 des Transistors 115 verbunden. Die Basis 129 des Transistors 128 ist mit dem Ausgang 130 der Stufe 121 verbunden.

Eine Bezugsspannung, die in zwei Stufen 131 und 132 erzeugt wird, ist an den positiven Eingang 133 der Stufe 121 gelegt Der positive Eingang 134 der Stufe 131 ist unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 135 an Masse gelegt. Der negative Eingang 136 ist angeschlossen an: den Ausgang 137 der Stufe über einen Widerstand 138, über einen Widerstand 140 an eine Klemme 139, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, und schließlich unter Zwischenschalten eines Widerstandes 141 an den Abgriff eines Potentiometers 142, das zwischen den negativen Pol STN der Gleichspannungsquelle 5Tund Masse geschaltet ist, die selbst an den Pol STO gelegt ist Die Widerstände 138, 140 und 141 haben den gleichen Wert. Der positive Eingang 143 der Stufe 142 ist unmittelbar auf Masse gelegt, der negative Eingang 144 ist einerseits unter Zwischenschalten eines Widerstandes 145 mit dem Ausgang 137 der Stufe 131 verbunden und andererseits über einen Widerstand 147 mit dem Ausgang 146 der Stufe 132 selbst. Dieser Ausgang 146 ist zusätzlich mit dem positiven Eingang 133 der Stufe 121 verbunden.

Bezugnehmend auf die F i g. 3 kann für die Stufe 131 geschrieben werden:

Sm = -(a,£l+a₂£2),

wobei E 1 die Spannung am Abgriff des Potentiometers, 142 ist und £2 die Wechselspannung an 139 ist. Man hat:

= Ch =

Zl

zx

so daß

ISl.

Desgleichen gilt für die Stufe 132:

Zl

131

Wenn

R (145) = 10 ■ R (147).

ZX

Zl ZX

= 0.1

ergibt sich:

S (132) = 0.1 (El + E2).

Das Potentiometer ermöglicht, den Wert von £ 1 zu wählen, d. h. den Wert des Polarisationsstroms, während £2 von einem Niederfrequenzgenerator geliefert wird:

£2= £ ■ sin 2.τ /"(.

Der Transistor 115 ist als serieller Regler geschaltet Tatsächlich werden wegen der Größe des sich durchfließenden Stromes mehrere Gruppen von Transistoren 115 — Widerstände 118 verwendet, die zueinander parallel geschaltet sind. Die Verstärkerstufe 121 mißt ständig den Unterschied zwischen der an den positiven Eingang 133 gelegten Bezugsspannung und

609 532/296

18

der Spannung, die gleich dem Produkt aus dem Wert des Widerstandes 122 und der Stärke des Stromes /ist, der ihn durchfließt und das Bild des zu regelnden Stromes darstellt Wenn / wächst, nimmt die Spannung am Ausgang 130 ab, wodurch die Polarisation der Basis des Transistors 115 derart abnimmt, daß der Strom i, der den Widerstand 122 durchfließt, abnimmt. Das Gegenteil gilt, wenn i abnimmt Da die Bezugsspannung eine Wechselspannungskomponente hat, verändert sich die Stromstärke / entsprechend der Frequenz dieser ι ο Komponente. Der Regelgrad ist besser 0,1 ⁰Zo.

Im folgenden wird ein Synchrondetektor 11, beschrieben. Dazu sei zunächst das Prinzip der phasengleichen Messung anhand der F i g. 13 erläutert

Sei ein Versuchssystem 148 von einem Generator 9 moduliert, der auch den Synchrondetektor steuert. Das Versuchssystem 148 gibt ein sinusförmiges Signal

£>=£ · sin (2 π /Vo)

ab, wobei / die Frequenz des vom Generator 9 abgegebenen Signals ist.

ρ ist die Phasenverschiebung von Er relativ zum Signal des Generators 9.

Dieses Signal £> ist im Netzbrumm enthalten. Es charakterisiert das Versuchssystem. Es gelangt zunächst durch einen selektiven Verstärker 149, der auf die Frequenz / eingestellt ist, und wird dann einem der Eingänge eines Synchrondetektors 150 zugeführt. Der Generator 9 gibt zusätzlich ein Rechtecksignal der Frequenz / ab, das in Phase mit dem sinusförmigen Modulationssignal ist. Dieses Rechtecksignal wird einem Phasenschieber 151 zugeführt und dann nach der Phasenschiebung dem zweiten Eingang des Synchrondetektors 150. Das Ausgangssignal dieses Synchrondetektors 150 gelangt in einen Integrator 152 und von dort in ein Verwendungsgerät 153, das als Meßgerät dargestellt ist.

Der Synchrondetektor 150 kann entsprechend der Fig. 14 durch einen doppelten Inverter 154angenähert werden, der vom Generator 9 gesteuert wird und die Polarität der Spannung £}mit der Frequenz /invertiert. Das heißt, das Signal E,- wird der Reihe nach mit + 1 und -1 mit einer der Eigenfrequenz gleichen Frequenz multipliziert, d. h., das Signal £>wird gleichgerichtet.

Das Ausgangssignal 5/weist daher entsprechend der F i g. 15 abgedunkelte, positiv gezählte Bögen und helle, negativ gezählte Bögen auf.

Ihr Mittelwert beträgt:

S₁ mittel =

■ sin 2.-7 ft di

E ■ cos 1,

Wenn das Meßsignal Ei nicht synchron mit dem des Generators 9 ist, ändert sich der Term cos ρ zwischen + 1 und -1, und sein Mittelwert nähert sich mit zunehmender Zeit Null: deshalb wird am Ausgang des Detektors 150 ein Integrator 152 mit großer Zeitkonstante angeordnet. Wenn das Signal synchron mit dem des Generators ist, ist ρ konstant, und sein mittlerer Wert ist wohl bestimmt. Der erste Fall gilt für das Rauschen, der zweite Fall gilt für das untersuchte Signal E₁.

Die Harmonischen dieses Signals haben unterschied liehen Einfluß, je nachdem, ob es sich um ungerade oder

55

ftO

fts gerade Harmonische handelt. Die Fig. 16 betrifft
Harmonische der Ordnung 3, d. h. ungerade Harmonische, die F i g. 17 betrifft eine Harmonische vom R_ang 2
d.h. eine gerade Harmonische. Die im Mittelwert
positiv gezählten Bögen des Signals sind dunkel
schraffiert, die negativ gezählten Bögen sind hell
schraffiert Für jede Lage des Bezugssignals erhält man
emen Mittelwert:

von 3 · \ E im Falle der Fig. 16 (Harmonische

mit ungeradem Rang) und

Null im Fall der F i g. 17 (Harmonische mit geradem

Rang).

Die Harmonischen mit geradem Rang liefern am
Ausgang eine Auslenkung um einen mittleren Wert
Null; die Harmonischen mit geradem Rang liefern einen
Mittelwert ungleich Null.

Das durchgelassene Band hängt von der Zeitkonstanten T= RC des Integrators 152 ab, die durch einen
Serienwiderstand von R Ohm, dem ein paralleler
Kondensator von CFarad folgt, gebiidet ist. Je mehr RC
vergrößert wird, desto schmaler wird das durehgelassene Band.
Wenn

./o

2.-7 RC

erhält man folgende Frequenzbänder:

f±fo, 3f±k 5/>/;,...

Um diesen Nachteil zu beheben, ordnet man oberhalb
des Synchrondetektors 150 einen selektiven Verstärker
an, der auf die Frequenz / eingestellt ist; dieser
Verstärker läßt die Frequenzen 3 Λ 5 /usw. nicht durch,
so daß das Signalband auf f±f₀ reduziert ist.

Die Aufgabe des Phasenschiebers 151 besteht darin,
das Bezugssignal um einen Winkel ρ gegenüber dem
festzustellenden Signal Er zu verschieben. Aus Fig. 18,
wo die Feststellung in Phase geschieht, d. h. wo ρ = 0 ist,
ist ersichtlich, daß der Mittelwert des Signals maximal
ist, während aus der Fig. 19, wo die Feststellung unter
einer Phasenverschiebung von 90°

geschieht, der Mittelwert des Signals Null beträgt.

Die Festellung mit dem Signal Null wird wegen ihrer
Empfindlichkeit verwendet, um das Referenzsignal mit
dem zu messenden Signal £>in Phase einzustellen.

Der Synchrondetektor ist ein Gerät, das im Handel
erhältlich ist; es erscheint daher überflüssig, ihn noch
genauer zu beschreiben. Er weist die Bauteile 149 bis 153
auf, die in Fig. 13 in dem gestrichelten Rechteck
enthalten sind.

Die Vorrichtung verwendet zwei Detektoren, deren
einer Ufur.d deren anderer /'/-betrifft.

Der Bezugsverstärker mit galvanischer Isolierung tO
ist gemäß der F i g. 20 geschaltet.

Das aus dem Niederfrequenzgenerator 9 kommende
Bezugssignal befindet sich unter Zwischenschalten des
Strommodulators 8 auf dem Potential der Elektrolysewanne, woher die Notwendigkeit resultiert, es gegenüber dem Spannungssignal der Wanne zu entkoppeln:
Diese Roile übernimmt die galvanische Isolierung.

Dieser Bezugsverstärker 10 beginnt mit einer

Impe einer Wide ein P renV einer Pol a Wide Kien-Basis

Dc den ι ange: Hufs; mine Phot« de a finde Sign* gleicl zwisc galva posit eines Einiti über gerne ist. C posit

De Wide verbi über Stufe unter dem zwisc 57" ui 179 d ist üt einer ihren verbi ist. D 185 ν auf IV

Zu galva

liefe! von Sign dem quer Sync migc D Divi

Sl tU

Impedanzanpaßstufe am Wechselstromeingang mit einem Transistor 154', dessen Emitter 155 über einen Widerstand 156 auf Masse gelegt ist, dessen Basis 157 an ein Potentiometer gelegt ist, das durch einen einstellba ren Widerstand gebildet ist, der an den positiven Pol 159 einer Hilfsspannungsquelle gelegt ist, dessen negativer Pol auf Masse liegt Zusätzlich ist die Basis über einen Widerstand 160 mit Masse verbunden. Die über eine Klemme 161 zugeführte Wechselspannung wird der Basis 157 über einen Kondensator 162 zugeführt

Der Kollektor λ>3 des gleichen Transistors 154' ist an den negativen Pol einer Elektrolumineszenzdiode 164 angeschlossen, die mit dem positiven Pol 159 der Hilfsspannungsquelle verbunden ist Dieser Elektrolumineszenzdiode 164 gegenüber befindet sich eine Photodiode 165, die die von der Elektrolumineszenzdiode ausgesandte Strahlung empfängt Auf diese Art findet man an den Klemmen der Photodiode 165 ein Signal, das dem Ausgangssignal des Transistors 154' gleich ist, ohne daß irgendeine materielle Verbindung zwischen den beiden Dioden vorhanden ist: Die galvanische Isolierung ist daher vollständig. Der positive Pol dieser Photodiode 165 ist an die Basis 166 eines Impedanzanpaßtransistors 167 gelegt, dessen Emitter 168 auf Masse liegt und dessen Kollektor 169 über einen Widerstand 170 mit dem positiven Pol der gemeinsamen Gleichspannungsquelle STangeschlossen ist. Der negative Pol der Photodiode 165 ist mit dem positiven Pol STPder Spannungsquelle verbunden.

Der Kollektor 169 des Transistors 167 ist über einen Widerstand 171 mit dem Eingang 172 einer Stufe 173 verbunden. Dieser Eingang 172 ist zusätzlich einerseits über einen Widerstand 174 mit dem Ausgang 175 dieser Stufe und einem »Bezugsausgang« 176 und andererseits unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 177 mit dem Schieber eines Potentiometers 178 verbunden, das zwischen dem negativen Pol STN der Spannungsquelle Srund Masse STO geschaltet ist. Der andere Eingang 179 dieser Stufe ist auf Masse gelegt. Der Ausgang 175 ist über einen Widerstand 180 mit einem Eingang 181 einer Stufe 182 verbunden, deren Eingang ebenfalls mit ihrem Ausgang 183 über einen Widerstand 184 verbunden ist, der ebenso groß wie der Widerstand 180 ist. Dieser Ausgang 183 ist mit einem »Frequenzabgriff« 185 verbunden. Der zweite Eingang 186 der Stufe liegt auf Masse.

Zusammenfassend weist der Bezugsverstärker mit galvanischer Isolierung auf:

eine Impedanzstufe (Transistor 154') mit Wechselstromeingang (Abgriff 161),

eine opto-elektronische Stufe (164 bis 165), die die galvanische Isolierung bewirkt,
eine Verstärkeranpaßstufe (173 bis 182), die über das Potentiometer 178 ermöglicht, Gleichspannungskomponenten des Ausgangssignals auszuschalten und dieses letztere in Phase mit dem Eingangssignal einzustellen.

Der Niederfrequenzgenerator 9 ist handelsüblich: er liefert ein sinusförmiges Signal und ein Rechtecksignal von gleicher, einstellbarer Frequenz f. Diese beiden Signale sind in Phase. Der Bezugsverstärker 10 kann mit dem Ausgang für das sinusförmige Signal des Niederfrequenzgenerators verbunden sein; häufig weist der Synchrondetektor eine Schaltung auf, die das sinusförmige Signal in ein Rechtecksignal umwandelt.

Die Dividierschaltung 12 (Fig. 21) weist einen Dividiermodul 186' auf. Der mit X bezeichnete Eingang 187 ist mit dem mit S bezeichneten Ausgang 188 und einem Ausgangsabgriff !89 verbunden. Der mit Y bezeichnete Eingang 190 ist mit einem Abgriff 191 verbunden, an dem eine Spannung uo liegt Der mit g bezeichnete Eingang 194 ist an den Schieber eines Potentiometers 195 gelegt, das zwischen dem negativen Pol 577V der Gleichspannungsquelle ST und Masse gelegt ist, während der mit B bezeichnete Abgriff 1% mit dem Schieber eines Potentiometers 197 verbunden

ίο ist, das zwischen dem positiven Pol STP der Gleichspannungsquelle S7"und Masse geschaltet ist. Die anderen Abgriffe des Moduls sind mit den drei Polen STP, STO und 577V der Gleichspannungsquelle ST verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindung X—5 dem Modul 186 seine Eigenschaft als Dividierschaltung gibt.

Das am A^sgangsabgriff 189 erscheinende Ausgangssignal beträgt:

- Ki

es ist das Bild von

"o. Ό "

"(I

wie im folgenden erläutert wird.

Es sei nun die Funktion der Vorrichtung gemäß dem vereinfachten Schaltschema der F i g. 1 erläutert:

Der einen sinusförmigen Strom mit der Frequenz f liefernde Ausgang des Niederfrequenzgenerators 9 ist mit der Klemme 139 des Strommodulators 8 verbunden, und der Ausgang des Niederfrequenzgenerators 9 mit dem Rechtecksignal der Frequenz /'ist mit der Klemme 161 des Bezugsverstärkers 10 mit galvanischer Isolierung verbunden. Der Strommodulator 8, der zwischen die Klemmen 50 und 51 der Elektrolysewanne 1, 2 geschaltet ist, moduliert daher den die Wanne durchfließenden Strom mit der Sinusfrequenz f.

Ein zu dem letzteren proportionaler Strom />wird von der Induktionssonde 4 und ihrem Impedanzanpaß- und Integrierteil 5 gemessen. Dieser letztere liefert das von der Sonde 4 abgegebene Signal in Phase und gleichmäßig gemacht ab.

Das Potentiometer 40 ermöglicht die Nulleinstellung bei Fehlen eines Eingangssignals.

Der integrierte Ausgang 45 ist mit dem Eingang des selektiven Verstärkers 149 des Synchrondetektors ii bezüglich der Stromstärke ;> verbunden. Dem Phascnschieber 151 dieser Baugruppe wird das vom Niederfrequenzgenerator 9 gelieferte Rechtecksignal mit der Frequenz /"über den Bezugsverstärker mit galvanischer Isolierung 10 zugeführt, der den Niederfrequenzgenerator 9, der auf der Spannung der Wanne ist, vom

s5 Synchrondetektor 11 trennt. Weil die dem Eingang des Synchrondetektors zugefjhrte Spannung proportional zu if—io sin (2 π + ρ) ist und der Phasenschieber 1151 derart eingestellt ist, daß er die Phasenverschiebung ρ kompensiert, erhält man am Ausgang ein Signal, das

fco proportional zu h ist. wie weiter oben im Zusammenhang ;nit dem Synchrondetektor ei läutert wurde.

Die Spannung V an den Klemmen der Elektrolysewanne wird dem Eingang des Spannungsbegrenzers 48 zugeführt, der die erhaltene Spannung im Falle einer

hs Überspannung aufgrund von insbesondere der Polarisation der Anode abschneidet. Der Ausgang 52 des Spannungsbegrenzers ist mit dem Eingang des Impedanzanpaß- und Wechselstromabtrennteils 7 verbun-

A3

22

den, der einen Differentialverstärker 56,57,58 aufweist, dessen Nullwert mit dem Potentiometer 68 eingestellt wird, und das das Wechselstrom-Gleichstromtrennteil 73, 74, 75 aufweist, dessen Nullwert mit Potentiometer 76 bei fehlenden Eingangssignalen eingestellt wird. Der Ausgang 97 des Anpaß-Trennteils ist mit dem Eingang des selektiven Verstärkers 149 des Synchrondetektors It verbunden, dessen Phasenschieber 151 unter Zwischenschaltung des Bezugsverstärkers mit galvanischer Isolierung 10 mit dem Rechtecksignal beaufschlagt ist, das vom Niederfrequenzgenerator 9 abgegeben wird. Da die dem Eingang des Synchrondetektors zugeführte Spannung proportional zu

Uf= Ua ■ sin (2 π F+ ρ')

ist und der Phasenschieber 151 derart eingestellt ist, daß die Phasenschiebung ρ' kompensiert ist, erhält man am

2 Ausgang ein Signal, das proportional zu " uo ist, wie

weiter oben erläutert wurde.

Das /o entsprechende Signal wird dem Abgriff 191 der Dividierschaltung 12 zugeführt, während das ua entsprechende Signal dem Abgriff 193 der gleichen Dividierschaltung zugeführt wird; man erhält am Ausgangsabgriff 189 ein Signal, das proportional ist zu:

Dieses Signal wird vom Anzeigegerät 14 gemessen, das direkt in Werten von /vgeeicht werden kann.

Man arbeitet mit abnehmenden Werten der Frequenz /"und zeichnet eine Kurve, die /γin Abhängigkeit von f liefert, und extrapliert diese bis auf den Frequenzwert f=0: Entsprechend erhält man r(F=Q)=R, den Widerstand der Elektrolysewanne.

Die Vorrichtung kann derart verbessert werden, daß der Widerstand R und die gegenelektromotorische Kraft E der Elektrolysewanne berechnet werden können; sie wird durch ein analoges oder numerisches System vervollständigt.

Gemäß der Fig. 22 wird das Bezugssignal für die Phase des Stromes //-geregelt.

Der Sinusausgang des Niederfrequenzgenerators 9 wird mit dem Eingang des Strommodulators 8

30

is

₄o Eingang der Überspannungsschutzvorrichtung 6 verbunden, deren Ausgang an das Impedanzanpaß- und Wechselstromabtrennteil 7 angeschlossen ist. Der Ausgang dieses letzteren ist mit dem Eingang eines selektiven Verstärkers 202 verbunden, der identisch mit dem Verstärker 149 gemäß Fig. 13 ist, und dessen Ausgang dem Synchrondetektor 203 zugeführt wird, der von dem mit dem Bezugssignal gleichphasigen, rechtekkigen Signal gesteuert wird, das vom geregelten Phasenschieber 198 geliefert wird.

Die Ausgänge der Synchrondetektoren 201 und 203 sind an die Eingänge einer Dividierschaltung 204 angeschlossen, die ähnlich der Fig. 21 ist. aber einen dritten Eingang aufweist, der an ein Gerät 205 zum Erzeugen eines weiter unten erläuterten Korrekturfaktors K angeschlossen ist. Der Ausgang der Dividierschaltung 204 ist an ein Anzeigegerät 206 angeschlossen, das den Wert des Widerstandes R der Elektrolysewanne anzeigt.

Ein Widerstand 207 mit sehr kleinem Wert ist in Reihe mit der Elektrolysewanne hinter den Pol 51 geschaltet. Dieser Widerstand, der den Wannen einer Serie gemeinsam ist, bildet einen Nebenschluß, der die Messung des Gleichstroms / gestattet, der die Wanne durchfließt. Die Klemmen dieses Widerstands sind mit dem Eingang eines Meßverstärkers 208 mit galvanischer Isolierung angeschlossen, der gleich dem Verstärker gemäß Fig. 20 ist, aber zwei Eingänge besitzt und die Differenz zwischen den Eingangssignalen verstärkt. Der Ausgang dieses Meßverstärkers 208 ist mit dem Stromeingang eines Multiplikators 209 verbunden. dessen Widerstandseingang an den Ausgang der Dividierschaltung 204 angeschlossen ist. Der Ausgang des Multiplikators 209 ist mit dem Eingang einer Subtraktionsschaltung 210 verbunden, dessen Ausgang an ein Meßgerät 211 angeschlossen ist, das die gegenelektromotorische Kraft der Elektrolysewanne liefert.

Der Strom /kann ebenfalls mit einer Induktionssonde gemessen werden. In diesem Fall ist die galvanische Isolierung nicht mehr nötig.

Im folgenden wird die Funktion der Vorrichtung gemäß der F i g. 22 erläutert.

Das Bezugsrechtecksignal mit der Frequenz /. das

erbunden. der zwischen die positive Anschlußklemme 4s vom Niederfrequenzgenerator 9 unter Zwischenschal-

50 und negative Anschlußklemme 51 der Elektrolysewanne 1, 2 geschaltet ist. Der Rechtecksignalausgang des Niederfrequenzgenerators 9 ist mit dem Eingang des Bezugsverstärkers mit galvanischer Isolierung 10 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines geregelten Phasenschiebers 198 verbunden ist, der zwei zueinander um 90° verschobene Rechtecksignale liefert Die Induktionssonde 4 zum Messen des Stromes //ist tung des Bezugsverstärkers mit galvanischer Isolierung 10 geliefert wird, wird dem Eingang des geregelten Phasenschiebers 198 zugeführt, der zwei zueinander um 90° phasenverschobene Rechtecksignale liefert.

Das von der Induktionssonde 4 gelieferte Signal if wird in dem Verstärker 5 verstärkt, in dem selektiven Verstärker 199 gefiltert und dann von den beiden Synchrondetektoren 200 und 201 gemessen, deren erster 200 von dem gegenüber dem Bezugssignal um 90°

mit dem Integrationsverstärker 5 verbunden, der

wiederum mit einem selektiven Verstärker 199 verbun- 55 phasenverschobenen Signal gesteuert wird, das vom

den ist. der mit dem in der F ig. 13 mit 149 bezeichneten Ausgang »90°« des geregelten Phasenschiebers 198

identisch ist Der Ausgang dieses Verstärkers 199 ist mit geliefert wird, und deren zweiter 201 von dem mit dem

zwei Synchrondetektoren 200 und 201 verbunden, die Bezugssignal gleichphasigen Signal gesteuert wird, das

gleich dem Detektor 150 gemäß Fig. 13 sind und von vom Ausgang »0°« des geregelten Phasenschiebers 198

denen der erste, 200, durch das gegenüber dem 60 geliefert wird. Der stark veränderbare Phasenwinkel Θ,

Bezugssigna] um 90° phasenverschobene Signal gesteuert wird und der zweite. 201. mit dem mit dem Bezugssignal gleichphasigen Signal gesteuert wird und diese beiden Signale von dem geregelten Phasenschieber 198 geliefert werden. Der Ausgang des Synchronde tektors 200 ist mit dem Steuereingang des Phasenschiebers 198 verbunden.

Die Klemmen der Elektrolysewanne 1,2 sind mit dem der zwischen dem Strom ir durch die Zelle und dem Bezugssignal existiert, liefert am Ausgang des Synchrondetektors 200 ein Signal: i_c ■ sin Θ, wobei /0 das Modul von // ist Dieser Synchrondetektor 200 arbeitet - 65 als Nulldetektor und greift in Gegenreaktion am Regeleingang des Phasenschiebers 198 an. Entsprechend wird jeglicher Fehler der Phase zwischen dem 3ezugssignal und dem Modul von i_f durch Wirkung des

Dete Der mit 0 /omiPi

Span rieht Wec span kom| den Sync vom und ( diese wobi Di

abge, Meß' dann das welc! wird, siehe

U-Meß|

gege ist es der C es is muß Freq: die l· auf d

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Detektors 200 auf den Phasenschieber 198 korrigiert. Der Ausgang »0°« dieses letzteren ist daher in Phase mit dem Modul von /}, so daß der Synchrondetektor 201 /omißt.

Die an den Klemmen der Wanne abgegriffene Spannung V wird durch die Überspannungsschutzvorrichtung 6 begrenzt und dem Impedanzanpaß- und Wechselstromabtrennteil 7 zugeführt, der die Gleichspannungskomponente U von der Wechselspannungskomponente Uf abtrennt. Diese letztere gelangt durch den selektiven Verstärker 202 und wird dann vom Synchrondetektor 203 gemessen, dessen Bezugswert vom Ausgang »0°« des geregelten Phasenschiebers 198 und daher in Phase mit /V abgegeben wird. Der Ausgang dieses Detektors 203 liefert daher den Wert: LO cos ρ, wobei ρ der Phasenwinkel von LVrelativ zu /}ist.

Die Dividierschaltung 204 führt die Operation aus:

U„ cos

Die an den Klemmen des Widerstandes 207 abgegriffene Spannung, die /darstellt, gelangt durch den Meßverstärker 208 mit galvanischer Isolierung und wird dann dem Multiplikator 209 zugeführt, der zusätzlich das Signal Rf empfängt: Er ermittelt daher Rr ■ I, welcher Wert der Subtraktionsschaltung 210 zugeführt wird, das zusätzlich das von dem Trennverstärker 7, siehe F i g. 7, Ausgang 110 geliefert wird, und der ergibt:

U-Tf- 1, d.h. Er, dieser letztere Wert erscheint am Meßgerät 211.

Wenn die Frequenz des Niederfrequenzgenerators 9 gegen Null geht, läuft fygegen R und Ef gegen E. Leider ist es zwar im Laboratorium möglich, auf Frequenzen in der Größenordnung von 0.1 bis 0.2 Hz hinabzugelangen; es ist jedoch im tatsächlichen Betrieb unmöglich. Man muß sich daher damit zufrieden geben, bis hinab zu Frequenzen von einigen Hz zu gelangen und die Kurve. die Rs und Es in Abhängigkeit von der Frequenz gibt, auf die Frequenz Null zu extrapolieren.

!n der Praxis kann man sich mit einer vereinfachten empirischen Methode zufrieden geben.

Aus der Kenntnis von Rf bei niederer Frequenz gewinnt man Rund den Faktor

K =

r,

in Abhängigkeit von der Frequenz. Entsprechend ermöglicht eine Messung bei einer einzigen, richtig gewählten Frequenz / /y zu ermitteln und durch Multiplikation mit dem Koeffizienten K zu R = K · /zu gelangen.

Den Wert von K gibt man in das Gerät 205 ein, das einen K entsprechenden Wert in die Dividierschaltung 204 eingibt Entsprechend ermittelt diese Dividierschaltung: K r_f, d. h. R. Dies führt dazu, daß die Subtraktionsschaltung 210 E= U- Ä/ermittelt.

Alle Bauteile dieser Vorrichtung sind im Handel erhältlich oder sind weiter oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 21 mit Ausnahme des Multiplikators 209 und der Subtraktionsschaltung 210 beschrieben. Das Grundschaltbild dieser beiden Bauteile ist in Fig.23 gegeben.

Der erste mit X bezeichnete Eingang 212 eines Multiplikatormoduls 211' ist mit dem Ausgang des Meßverstärkers 208 mit galvanischer Isolierung verbunden, der /liefert. Der zweite mit ^bezeichnete Eingang 213 ist mit dem Ausgang 214 einer Impedanzanpaßstufe 215 verbunden, deren negativer Eingang 216 einerseits über einen Widerstand 217 mit dem Ausgang der Dividierschaltung 204, die R liefert, und andererseits über einen Widerstand 218, der dem Widerstand 217 gleich ist, mit seinem Ausgang 214 verbunden ist. Der positive Eingang 219 der Stufe 215 ist auf Masse gelegt. Der dritte, mit »gain« bezeichnete Eingang 220 des

ic Multiplikatormoduls 211 ist mit dem Schieber eines Potentiometers 221 verbunden, das zwischen den negativen Klemmen der Spannungsquelle 57"geschaltet ist, d. h. zwischen die Klemmen STO und STN, während der vierte Eingang 222 mit dem Ausgang 223 verbunden

is ist, wodurch dem Modul seine Multiplikatoreigenschaften gegeben werden. Ein mit BaI bezeichneter Hilfsausgang 224 ist mit dem Schieber eines Potentiometers 225 verbunden, das zwischen die Klemmen 570 und STPder Hilfsspannungsquelle Srgeschaltet ist. Die drei Versorgungsklemmen 226, 227 und 228 sind mi! STN, STO und STPder Spannungsquelle STverbunden. Der mit 229 bezeichnete Eingang U ist an den Ausgang 110 des in Fig. 7 dargestellten Impedanzanpaß- und Wechselstromabtrennteils angeschlossen. Er ist über einen Widerstand 230 an den negativen Eingang 231 einer Stufe 232 angeschlossen und zusätzlich über einen dem Widerstand 230 gleichen Widerstand 233 mit dem Ausgang 234 der Stufe verbunden. Der positive Eingang 235 der Stufe ist auf Masse.

Der Ausgang 234 der Stufe 232 ist über einen Widerstand 236 mit dem positiven Eingang 237 einer Stufe 238 verbunden. Dieser Eingang ist zusätzlich über einen Widerstand 239 mit dem Ausgang 223 des Moduls 211 und über einen Widerstand 240 mit Masse verbunden; die drei Widerstände 236, 239 und 240 sind gleich. Es ist notwendig, daß t/und RImh dem gleichen Proportionalitätskoeffizienten beeinflußt werden. Der Ausgang 241 der Stufe 238 ist mit der Basis 242 eines Transistors 243 zur Impedanzanpassung und Leistungsverstärkung verbunden, dessen Kollektor 244 mit dem negativen Pol 577V der Gleichspannungsquelle 57" und dessen Emitter 245 mit dem E liefernden Ausgang 246 und einerseits über einen Widerstand 247 mit dem positiven Pol STP der Spannungsquei'ie ST und

4$ andererseits über einen Widerstand 248 mit dem negativen Eingang 249 der Stufe 238 verbunden ist, der selbst an Masse gelegt ist, d. h. über einen Widerstand 250 an den Mittelpunkt 5Γ0 der Spannungsquelle ST.

Hie Funktion des Multiplikators und des Subtraktionsgerätes ist evident. Der Multiplikatormodul 211 erhält bei 212 ein Signal /und bei 213 ein unter geringer Impedanz aus der Stufe 215 geliefertes Signal R; weil der Eingang Z mit dem Ausgang 5 verbunden ist funktioniert der Modul als Multiplikator und liefert an seinem Ausgang 223 ein zu XY, d. h. zu R₁ proportionales Signal. Das Signal U wird nacr Impedanzanpassung in der Stufe 232 dem Signal Rl arr Eingang 237 der Stufe 238 aufaddiert und an der Ausgang 246 durch den Transistor 243 mit kleinei Impedanz und großer Leistung übertragen.

In der ausgeführten Vorrichtung sind alle Stufet durch integrierte Schaltungen 2301 A mit Ausnahrm der folgenden Stufen ausgeführt:

28 in F i g. 4, die vom Typ 8018 ist,

121 in F i g. 12, die vom Typ 1322 ist und

173 und 182 in Fig.20, die vom Typ AD 301 Al· sind.
Die Zenerdioden 54 und 55 der F i g. 6 sind vom Ty|

207 Z 4 für einen veränderbaren Widerstand 53 von 110 Ohm. Die Transistoren 69, 80 und 107 der Fig. 7 sind vom Typ 2 N 2905. In der Fig. 12 sind: die Transistoren 115 und 125 vom Typ 2 N 3055 für Widerstände 118 gleich 1 Ohm und einen Nebenschlußwiderstand 122 von 0,01 Ohm, die Transistoren luftgekühlt und der Transistor 128 vom Typ 2 N 2219. In der F i g. 20 ist der Transistor 154 vom Typ 2 N 3053 und in der F i g. 23 ist der Transistor 243 vom Typ 2 N 2905; die

Baugruppe aus den Dioden 164,165 und dem Transistor 167 ist handelsüblich unter der Bezeichnung 5082-4450. Die Multiplikator-Dividierschaltungen 186 der Fig. 21 und 211 der F i g. 23 sind jeweils vom Typ 107 C.

Der für R erhaltene Wert erlaubt eine automatische Vorrichtung zur Steuerung der Anodenentfernung der Wanne zu steuern. Eine gleichzeitige Vergrößerung der Werte von R und fkann dazu dienen, die Stromversorgung der Elektrolysewanne zu unterbrechen.

:ivu NBIaIt /.eiclinuimen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen des Innenwiderstandes einer Elektrolysewanne aufgrund der Spannung an den Anschlußklemmen der Wanne und des die Wanne durchfließenden Stroms, wobei dem Elektrolysestrom ein schwacher Wechselstrom mit einer Frequenz (f) überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkanteil (7y) der Impedanz (Zi) bestimmt wird, die die Wanne gegenüber dem Wechselstrom (H) hat, und daß die Funktion, die den Wirkariieil (ri) der Impedanz (Z/) in Abhängigkeit von der Frequenz (f) angibt, auf die Frequenz Null extrapoliert wird, so daß der Wert des Wirkanteils (ri) dem Innenwiderstand (R)der Wanne zustrebt

2. Verfahren nach Anspruch I unter Verwendung einer phasengleichen Messung, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wechselstrom (i,) von einer Beschickungsstange der Wanne durch Induktion abgenommen wird, daß das erhaltene Signal in Phase mit dem Wechselstrom (if) gebracht wird und dann phasengleich mit einem durch eine Spannung mit der Frequenz (f) gebildeten bezugswert gemessen wird, daß von den Klemmen der Wanne eine Spannung (V) abgegriffen wird, daß die Wechselspannungskomponente (ul) dieser Spannung abgetrennt wird, daß die Wechselspannungskomponente (ul) phasengleich mit der gleichen Bezugsspannung der Frequenz (f) gemessen wird, daß schließlich die Amplitude (u_tt) von fur} durch die Amplitude (in) von (i_f) derart geteilt wird, daß der Wirkanteil (rl) der Impedanz der Wanne erhalten wird, und daß dieser durch Annähern der Frequenz (f) an Null extrapoliert wird, so daß der Wirkanteil (rf) gegen den Innenwiderstand (R) der Wanne läuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Bezugssignals mit der Frequenz (f) der Bezugsspannung für die phasengleiche Messung an diejenige der Wechselstromkomponente (7» des durch die Elektrolysewanne fließenden Stromes angekoppelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrapolation der Frequenz (f) gegen Null ausgeführt wird, indem eine Kurve gezeichnet wird, die den Wirkanteil (ri) der Impedanz der Wanne in Abhängigkeit von der Frequenz (f) darstellt, daß diese Kurve bis auf die Frequenz Null extrapoliert wird, so daß erhalten wird: r= r/(f=0), daß dann eine Frequenz ^gewählt wird und daß das Verhältnis (K)de<, Innenwiderstandes (R) der Elektrolysewanne zum Wirkanteil (ri) seiner Impedanz bei der gewählten Frequenz ^ als konstant angenommen wira, wodurch ermöglicht wird, den Innenwiderstand (R) zu erhalten, indem der Wirkanteil (ri) der Impedanz (Zl) der Wanne, bei der Frequenz (//'gemessen, mit dem angenommenen konstanten Koeffizienten (K)multipliziert wird.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 4 mit .Synchrondetektoren und einem Frequenzgenerator, der einen Ausgang für ein sinusförmiges Signal und einen Ausgang für ein damit gleichphasiges Rechlecksignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Ausgang des Frequenzgenerators (9) für das sinusförmige Signal mit einem Sirommodulator (8) verbunden ist, der zwischen zwei Punkte (50. 51) an den Stromversorgungsstangen (3) beidseitig der Elektrolysewanne (1,2) geschaltet ist und dem durch die Wanne fließenden Gleichstrom (3) einen sinusförmigen Strom (if) überlagert, daß der Ausgang des Frequenzgenerators (9) für da>. Rechtecksignal an den Eingang eines Bezugsverstärkers mit galvanischer Isolierung (10) angeschlossen ist, daß andererseits eine Induktionssonde (4) zur Strommessung vorgesehen ist, die zwischen den

ίο Punkten (50 und 51) der Stromversorgungsstangen angeordnet ist und einen ersten Synchrondetektor (11) beschickt, dessen Bezugseingang an den Ausgang (176) des Bezugsverstärkers (10) angeschlossen ist, daß die Eingänge eines Gleichstrom-

!₅ Wechselstromtrennverstärkers (Impedanzanpaß- und Wechselstromabtrennteil 7) an die Anschlußklemmen der Elektrolysewanne angeschlossen sind und der Ausgang (97) des Trennverstärkers, der den Wechselstromanteil (ul) der Spannung U an den Anschlußklemmen der Elektrolysewanne gibt, an den Eingang eines zweiten Synchrondetektors (HJ angeschlossen ist, dessen Bezugseingang ebenfalls an den Ausgang (176) des Bezugsverstärkers (10) angeschlossen ist, und daß eine Dividierschaltung '(12) vorgesehen ist, deren Eingänge an die Ausgange (Uo/ und im) der Synchrondetektoren (11) bezüglich (ul) und (il) angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. deren Frequenzgenerator (9) nur einen Ausgang für ein sinusformi ges Signal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Bezugsverstärkers (10) mit galvanischer Isolierung an diesen Ausgang für das sinusförmige Signal angeschlossen ist und sein Ausgang unter Zwischenschaltung einer Schaltung.

die das sinusförmige Signal in ein Rechiecksigna: transformiert, an den Be/.ugseingang der SwKhron detektoren (11) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Frequenzgenerator ein Niederfrequenzgenerator ist und die Induktionssonde über ein lmpedanzanpaß- und Integrierteil an den ersten Synchrondeteklor angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Bezugsverstärkers (10) mit galvanischer Isolierung mit dem Eingang eines gesteuerten Phasenschiebers (198) verbunden ist, der einen an die Bezugseingänge des ersten und zweiten Synehrondetektors (201 und 203) angeschlossenen Ausgang mit der Phase 0 und einen an den Bezugseingang eines zusätzlichen Synchrondetektors (200) angcschlossenen 90°-Ausgang hat, wobei der Ausgang des Impedanzanpaß- und Integrierteils (5) mit dem zusätzlichen Synchrondetektor verbunden ist und der Ausgang des zusätzlichen Synchrondetektors mit dem Steuereingang des gesteuerten Phasen-Schiebers (198) verbunden ist, so daß das Bezugssignal für den ersten und zweiten Synchrondetektor (201 und 203) an die Wechselstromkomponente (il) des durch die Elektrolysewanne fließenden Stroms angehängt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. gekennzeichnet durch ein Gerät (205) zum Bilden eines Faktors (K). dessen Ausgang mit einem Multiplizicreingang einer Dividierschaltung (204) verbunden ist, so daß man am Ausgang dieser Dividiei schaltung (204) das Produkt K ■ n= Rerhalt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 nut einem Nebenschlußwiderstand /um Messen der Stärke des durch die Elektrolvsewanne fließenden Gleich-

Stroms /, der in Serie in der Beschickungsstangi- der Elektrolysewanne außerhalb ihrer Anschlußklem men angebracht ist und dessen Klemmen mit den Eingängen eines Meßverstärkers mit galvanischer Isolierung verbunden sind, dadurch ,gekennzeichnet, daß der Ausgang der Dividierschaltung (204) mit einem Eingang eines Multiplika'.ors (209) verbündet! ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Meßverstärkers (208) mit galvanischer Isolierung und dessen Ausgang (223) mit dem Eingang einer ic Subtraiuionsschaltung (210) verbunden ist, dessen anderer Eingang an dem Ausgang (110) des Trennverstärkers (lmpedanzanpaß- und Wechsel stromabtrennteil 7) angeschlossen ist, der die Gleichspannung L/der Elektrolysewanne liefert, und dessen Ausgang die gegenelektromotorische Kraft (E= U-RI)atr Elektrolyse liefert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang des Muiiiplikators (209) direkt an die Indukiionssonde (4) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sirominoduia lor (8) wenigstens einen Leisiungstransistor (115) aufweist, der in Serie mit einem in einer Zweiglei i> tung zwischen den Punkten (50, 51) und den Versorgungsstangen (3) beidseitig der Elektrolysewanne angeordneten Nebenschlußwiderstand (122) geschaltet ist, wobei die Basen (123) diesel Transistoren mit dem Ausgang eines Verstärkers ,0 (121, 125, 128) mit zwei Eingängen verbunden ist. dessen einer (120) mit dem Nebenschlußwiderstand (122) und dessen anderer unter Zwischenschaltung eines Verstärkers (131, 132) mit dem Ausgang des Niederlrequeiizgenerators (9) für ein sinusförmiges Mgnal verbunden ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß sie für Elektrolysewannen zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse von Aluminiumoxyd verwendel wird.