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Schaltungsanordnung zur Dehnung des Anfangsbereiches eines
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Meßwerkes Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Dehnung
des Anfangsbereiches eines Meßwerkes mit einem dem Meßwerk parallelgeschalteten
Nebenschluß mit spannungsabhängiger Widerstandskennlinie.
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Schaltungsanordnungen der obengenannten Art werden zur Überwachung
elektrischer Ströme und Spannungen mit Hilfe von Meßwerken mit großen Skalenendwerten
eingesetzt, wobei die zu überwachende Meßgröße in der Regel sehr klein ist, in Ausnahmesituationen
jedoch beträchtlich ansteigen kann. Dies ist beispielsweise bei der Überwachung
von Sternpunkt- Erdspannungen oder bei der Messung der Restströme in mit Erdsthlußspulen
kompensierten Drehstromnetzen der Fall.
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Bekannt ist eine Schaltungsanordnung mit einer parallel zum Meßwerk
angeordneten Zenerdiode (Stockl/Winterling: Elektrische Meßtechnik, 4. Alflage,
1968), mit der kleinere Wechselspannungen mit hoher Auflösung im Anfangsbereich
meßbar sind.
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Zu diesem Zweck wird die Wechselspannung unter Zwischenschaltung eines
Vorwiderstandes an eine Gleichrichterschaltung gelegt, an deren Ausgang über einen
weiteren Vorwiderstand ein Meßwerk angeschlossen ist. Parallel zum Meßwerk liegt
die Zenerdiode in Reihe mit einem Widerstand, die nach dem Erreichen der Zenerspannung
einen zunehmend größeren Teil des Ausgangs stromes der Gleichrichterschaltung durch
den Nebenschluß ableitet. Solange die Spannung an der Zenerdiode niedriger als die
Zenerspannung ist, fließt nahezu der gesamte Ausgangsstrom durch das Meßwerk.
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Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es als nachteilig anzusehen,
daß die Einstellung der Grenze zwischen hoher und niedriger Anzeigeempfindlichkeit
mit Schwierigkeiten verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der gedehnte Anfangsbereich einfach
mit großer Genauigkeit einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Nebenschluß
die Reihenschaltung einer in Durchlaßrichtung
gepolten Gleichrichterdiode
und eines Widerstandes eingesetzt ist.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von Fig. 1 bis 3 der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Stromlaufplan der Schaltungsanordnung, Fig.
2 eine graphische Gegenüberstellung verschiedener Empfindlichkeitsbereiche und Fig.
3 eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung.
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Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 sind mit R, R5 ohmsche Widerstände, mit D ... D5 Gleichrichterdioden,
mit Z eine Zenerdiode, mit C ein Kondensator, mit U ein Übertrager und mit M ein
Meßwerk bezeichnet. Mit U1 ist eine zu überwachende Meßgröße bezeichnet, die entsprechend
dem Übersetzungsverhältnis des Ubertragers U in eine Wechselspannung UI1 umgeformt
wird.
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Die Schaltungsanordnung ist wie folgt aufgebaut: An der Sekundärwicklung
des Ubertragers U ist eine aus den Gleichrichterdioden Da ... D4 aufgebaute Gleichrichterschaltung
angeschlossen, an deren Ausgang der Kondensator C liegt. Der Kathodenpunkt der Gleichrichterschaltung
ist über den Widerstand R1 und das Meßwerk M mit dem Anodenpunkt verbunden. Parallel
zum Meßwerk M befindet sich ein spannungsabhängiger Nebenschluß, der im wesentlichen
aus dem Widerstand R2 und der zu ihm in Reihe geschalteten
Gleichrichterdiode
D5 besteht, die ihrerseits mit der Kathode am Anodenpunkt der Gleichrichterschaltung
liegt.
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Die Schaltungsanordnung zeichnet sich durch folgende Wirkungsweise
aus: Ist die Wechselspannung U11 und daher auch die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung
Null, so ruft ein aus einer negativen Gleichspannungsquelle U2 über die Widerstände
R3, R4, R5 nach Nullpotential fließender Strom in Verbindung mit der Zenerdiode
Z eine negative Vorspannung der Anode der Gleichrichterdiode D5 hervor, die infolgedessen
den Sperrzustand einnimmt.
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Beim Anstieg der Meßgröße U1 treibt die Gleichrichterschaltung nun
einen Strom über das Meßwerk M. Die Anzeige nimmt proportional zu, bis die Ausgangsspannung
der Gleichrichterschaltung die Gleichrichterdiode D5 durchschaltet. Da der Gesamtwiderstand
des Nebenschlusses nun wesentlich niederohmiger ist, fließt beim weiteren Anstieg
der Meßgröße U1 ein zunehmend größerer Teil des Stromes durch den Nebenschluß. Der
Ausschlag des Meßwerkes M ist zwar weiterhin proportional zur Meßgröße U1 doch ist
der Proportionalitätsfaktor ein anderer.
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Fig. 2 macht deutlich, wie stark der Anfangsbereich des Meßwerkes
M dehnbar ist. Das dargestellte Diagramm gibt für die Schaltungsanordnung nach Fig.
1 den Zusammenhang zwischen dem Ausschlag ot des Meßwerkes M und der Meßgröße U1
an. Danach ist durch entsprechende Bemessung des Widerstandes R2 bei 1 %
der
Meßgröße ohne weiteres ein Ausschlag 06 des Meßwerkes M von 80 % realisierbar (gestrichelte
Kurve), während die Anzeige der restlichen 99 % der Meßgröße U1 auf 20 % der Meßwer
skala erfolgt.
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Ist eine derartige hohe Anzeigeempfindlichkeit im Anfangsbereich unzweckäßig
oder soll die Anzeigeempfindlichkeit im mittleren und Endbereich der Meßgröße U1
gesteigert werden, so ist eine in Fig. 2 ausgezogene Kennlinie vorzuziehen. In der
zugehörigen Schaltungsanordnung wird die Anode der Gleichrichterdiode D5 durch die
Gleichspannungsquelle U2 gegenüber ihrer Kathode negativ vorgespannt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung zur Erfassung kleiner Spannungen zeigt
Fig. 3. Hier ist abweichend von Fig. 1 das Potential des Anodenpunktes der Gleichrichterschaltung
mit Hilfe einer Gleichspannungsquelle U3 und eines Spannungsteiler R6, R7 um etwa
0,5 V angehoben, so daß die Schaltungsanordnung, die infolge der Schwellenspannung
der Gleichrichterdioden Da ... D4 eine Wechselspannung U1 von mindestens 1,2 V benötigt,
bereits ab 0,7 V arbeitet.
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Als Gleichrichterdiode D5 findet vorzugsweise eine gewöhnliche Siliziumdiode
Verwendung, die sich durch sehr geringe Restströme auszeichnet.
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5 Seiten Beschreibung 3 Ansprüche 1 Blatt Zeichnungen