DE500728C - Einrichtung zur Messung von Wechselstroemen, insbesondere von staerkeren Hochfrequenzstroemen - Google Patents

Einrichtung zur Messung von Wechselstroemen, insbesondere von staerkeren Hochfrequenzstroemen

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DE500728C DED53920D DED0053920D DE500728C DE 500728 C DE500728 C DE 500728C DE D53920 D DED53920 D DE D53920D DE D0053920 D DED0053920 D DE D0053920D DE 500728 C DE500728 C DE 500728C
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    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc
    • G01R19/225Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc by means of thermocouples or other heat sensitive elements

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Description

  • Einrichtung zur Messung von Wechselströmen, insbesondere von stärkeren Hochfrequenzströmen Es ist bekannt, daß die Messung von größeren Hochfrequenzströmen mit steigender Frequenz immer schwieriger wird. Während es in der Gleichstrom- und Niederfrequenztechnik üblich ist, zur Messung von großen Strömen nur einen konstanten Bruchteil des zu messenden Strombetrages durch das Amperemeter hindurchzuschicken und den übrigen Teil durch einen Shunt fließen zu lassen, ist diese Maßnahme bei hohen Frequenzen nicht verwendbar, da infolge des Skineffektes der Widerstand und die Selbstinduktion des Shuntes stark veränderlich sind und dabei in anderem Maße als beim Meßinstrument, so daß die Stromverteilung zwischen diesen beiden Teilen sich mit der Frequenz ändert.
  • Auch die Hitzbandinstrumente sind bei großen Strömen hoher Frequenz wenig zuverlässig, da die Stromverteilung zwischen einzelnen Hitzbändern nicht immer dieselbe bleibt. Besonders lästig ist bei diesen Instrumenten auch die ständige Verschiebung des Nullpunktes.
  • Auch die Messung mittels über Stromwandler angeschlossener Amperemeter bietet manche Schwierigkeiten infolge der oft vorkommenden Erwärmung des Frequenzwandlers. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Meßanordnung so zu treffen, daß ein empfindliches Amperemeter kleinen Widerstandes in Reihe mit einem Kondensator kleiner Kapazität (also großen Widerstandes) durch einen Kondensator großer Kapazität überbrückt ist, wie dies in der Fig. z dargestellt ist. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Meßeinrichtung zwischen die Zuführungen 8 und 16 des Kreises, dessen Strom zu messen ist, eingeschaltet, und zwar ist C der Shuntkondensator großer Kapazität, c der Vorschaltkondensator kleiner Kapazität und ri ein Thermoelement, dessen thermische Wirkung durch ein über Leitungen 15 angeschlossenes Amperemeter A gemessen wird.
  • Bei nicht zu großen Hochfrequenzen ergibt diese Anordnung gute Resultate. Der Strom verteilt sich auf die beiden Parallelzweige fast genau im Verhältnis der Kapazitäten, wobei das Stromverteilungsverhältnis durch die Änderung der Frequenz fast gar nicht beeinflußt ist.
  • Aber bei extrem hohen Frequenzen ergibt auch diese Anordnung bei ihrer bisherigen Ausführung keine zuverlässigen Resultate. Das Stromverteilungsverhältnis wird hier abhängig von den Frequenzänderungen, und auch bei unveränderter Frequenz ändert es sich bei längerem Gebrauch der Meßapparatur.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Verbesserung dieser bekannten Anordnung. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Anordnung auch bei extrem hohen Frequenzen genaue Resultate liefern kann und vielleicht das einzige zuverlässige Meßmittel ist, wenn zur Beseitigung vonEinflüssen, welche dieKonstanz derStromverteilung in beiden parallelen Zweigen ungünstig beeinträchtigen, bestimmte Bedingungen erfüllt werden. Die Ursachen, welche die Stromverteilungskonstanz beeinflussen, sind wie folgt: i. Die Änderung des Verhältnisses der Kapazität des Vorschaltkondensators c zu der des Shuntkondensators C. Sie wird bedingt durch Erwärmung der Kondensatoren und dadurch, daß die Drücke ihrer Klammern auf ihre aktiven Stapel sich hierbei im ungleichen Maße ändern. Dieser Nachteil kann nach der Erfindung dadurch im wesentlichen beseitigt werden, daß man den Vorschaltkondensator mit dem ganzen oder wenigstens mit einem Teil des Shuntkondensators innerhalb einer gemeinschaftlichen Klammer zusammenbaut und somit gleichem Druck unterwirft.
  • a. Unerwünschte parasitäre Felder, die in die Schleife, welche durch die beiden Parallelzweige der Meßanordnung gebildet ist, eindringen und in ihr zusätzliche EMKe induzieren. Insofern diese parasitären Felder vom Außenraum herrühren, könnten sie leicht durch ein geeignetes abschirmendes Gehäuse von der Schleife ferngehalten werden. Es bleiben aber noch wesentliche Störungen durch die Felder, die durch Selbstinduktionen der eigenen Leitungen der Schleife bedingt sind und die bei extrem hohen Frequenzen auf die Stromverteilung einen höchst schädlichen verzerrenden Einfluß ausüben. Es muß daher möglichst peinlich dafür Sorge getragen werden, daß alle Leitungen ganz kurz und möglichst geradlinig sind, daß die Fläche der Schleife möglichst klein ist und daß die Leitungen, welche aus konstruktiven Gründen etwas länger genommen werden müssen, bifilar angeordnet sind. So müßte z. B. bei der Anordnung nach Fig. i die Leitung von dem Shuntkondensator C zu dem Anschluß 16, dem Thermoelement i i und dem Vorschaltkondensator c in ihrem wesentlichen Teil bifilar ausgeführt werden. Der übrige Teil der Leitungsschleife (von c über Anschluß 8 zu C) müßte dagegen einfach ganz kurz genommen werden. Diese letztere Forderung wird durch die unter i. angegebene Bauweise in vollkommenster Weise erfüllt, dadurch, daß der Kondensator c an den Kondensator C in einer gemeinschaftlichen Klammer direkt angelegt ist, so daß eine besondere Verbindungsleitung hier gar nicht nötig ist.
  • 3. Ferner können sich auch die Eigenfelder der Kondensatoren als sehr schädlich erweisen. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß bei extrem hohen Frequenzen die Erwärmung der Kondensatoren dadurch bekämpft werden muß, daß ihre Stapel dauernd unter einem großen Druck gehalten werden. Als Klammermaterial eignet sich am besten Stahl. Wenn nun die Kondensatoren, wie dies üblich ist, so angeordnet -sind, daß ihre beiden Zuführungen zu beiden Seiten der durch die Klammer gebildeten Schleife liegen, so daß der ganze Strom des betreffenden Zweiges (den Verschiebungsstrom im Kondensator eingerechnet) mit der durch die Klammer gebildeten Schleife verkettet ist, so werden in dieser magnetische Flüsse erzeugt, die erstens eine schädliche Selbstinduktionsquelle bilden und zweitens große Verluste und bedeutende Erwärmung herbeiführen. Es müssen daher die aktiven Stapel der Kondensatoren derart ;innerhalb ihrer Klammern angeordnet werden, -daß ihre beiden Stromzuleitungen auf einer und derselben Seite der Klammer liegen, so daß die letztere mit dem Strom des zugehörigen Zweiges nicht verkettet ist.
  • Bei Erfüllung der angegebenen Bedingungen erhält man eine Meßanordnung, die auch bei größten praktisch realisierbaren Frequenzen von etwa 6o Millionen Hertz noch zuverlässige Meßresultate ergibt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Meßeinrichtung nach der Erfindung ist in den Fig.2 und 3 dargestellt. Hier ist die Anordnung auch so getroffen, daß die Kapazität des Shuntkondensators C durch Gruppenschaltung für verschiedene Meßbereiche geändert werden kann.
  • Hier enthält ein Gehäuse il (am besten aus einem leichten Metall oder einem anderen passenden, mit einer Metallfolie gefütterten Material), dessen sämtliche oder einige Wände und Boden zweckmäßigerweise zur genügenden Luftzirkulation mit Öffnungen versehen werden mögen, vier Einzelkondensatoren, die in Fig. z mit C, Cl, C2 und C$ bezeichnet sind. jeder von diesen Kondensatoren wird von zwei am Gehäusedeckel befestigten Tragplatten 18 gehalten, und bei jedem .Kondensator ist sein aktiver Körper zwischen zwei Klammerplatten i9 zusamm@engepreßt, die durch passende Befestigungsmittel, z. B. durch an ihren Enden aufgewickelte Drahtwindungen 2o, fest zusammengehalten werden. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß bei jedem Kondensator seine Stromzuführung sich auf einer und derselben Seite in bezug auf die Längsachse der Klammern befinden, so daß der Kondensatorstrom mit der durch die Klammer gebildeten leitenden Schleife induktiv nicht verkettet ist. Dadurch wird eine wesentliche Verlustquelle ausgeschaltet.
  • Die Kondensatorkörper bestehen in bekannter Weise aus Metallfolien F verschiedener Polarität, die voneinander durch Glimmerschichten I getrennt sind. Die Folienenden einer Polarität sind an Metallstreifen 21 angeschlossen, die durch eine Isolierschicht 51, die eine Offnung 2 des Gehäusedeckels verschließt, nach oben hindurchgeführt sind und oben zweckmäßigerweise durch Metallplatten 22 versteift werden können. Die Folienenden anderer Polarität sind mit Metallstreifen 23 verbunden, die in passender Weise an die benachbarten Tragplatten i 8 angeschlossen, z. B. mit diesen verlötet sind. Somit können diese Kondensatorfolien über das Gehäuse geerdet werden (falls die Erde-als ein Anschlußpol des äußeren Stromkreises dient).
  • Auf diese Weise sind alle Kondensatoren mit einem Pol an das Gehäuse (und dadurch aneinander) und mit dem anderen Pol je an eine Stromzuführung 22 angeschlossen. Wenn also für einen bestimmten Meßbereich nur der Kondensator C benutzt werden soll, so wird der eine Anschluß des äußeren Stromkreises an das Gehäuse il und der andere Anschluß an die Stromzuführung 22 des Kondensators C angeschlossen. Zur Parallelschaltung der anderen Kondensatoren werden ihre Anschlüsse 22 mit dem entsprechenden Anschluß des Kondensators C verbunden.
  • Das Thermoelement iil beliebiger Konstruktion sowie seine Zuführungen zum Amperemeter sind in einer von dem Kondensatorraum abgeschirmten vorderen Abteilung 31 eingeschlossen, z. B. so, daß nur seine Klemmen33 durch gegenüberliegendeOffnungen 34 zugänglich sind. Das Amperemeter A ist außerhalb auf der Vorderwand der Abteilung 31 befestigt, am besten so, daß es auch abnehmbar ist und nach Wunsch auch entfernt von der übrigen Meßeinrichtung angeordnet werden kann.
  • Damit die Eichung des Amperemeters bei seiner Anordnung an der Vorderwand des Gehäuses dieselbe bleibt wie bei seiner getrennten Anordnung, ist innerhalb der Abteilung 31 ein Widerstand 32 vorgesehen, der nur bei der ersteren Anordnung vor das Amperemeter vorgeschaltet wird und so groß ist wie der Widerstand der bei der entfernten Anordnung benötigten längeren Verbindungen. Es ist noch zu bemerken, daß diese letzteren, wenn gebraucht, von dem Einfluß der Hochfrequenzfelder, z. B. durch eine Panzerung, gut geschützt werden müssen.
  • Der kleine Vorschaltkondensator c ist nach der Erfindung durch einen Teil des Kondensators C gebildet, und zwar dadurch, daß eine oder mehrere Folien, die nicht an das Gehäuse il über die Platten 18 angeschlossen sind, auch nicht mit den Anschlüssen 22 verbunden sind, sondern an ihren Enden 25 über eine kurze Zuführung 2¢ an den einen Pol des Thermoelementes. Der andere Pol des Thermoelementes ist mittels der zweiten Zuführung 2q., die möglichst bifilar mit der ersten angeordnet ist, an eine Platte 18 und dadurch an das Gehäuse angeschlossen. Die Zuführungen 2q., die möglichst widerstandslos ausgebildet sein müssen, gehen durch einen perforierten Schirm 26 hindurch, durch den die Rückseite des Thermoelementes von dem Einfluß der in der Nähe des Kondensators C wirksamen magnetischen und elektrischen Felder geschützt ist.
  • Da das Thermoelem-ent einen verhältnismäßig kleinen Widerstand hat, so kann man auch bei großen Frequenzen mit einem verhältnismäßig kleinen Kondensator c auskommen, ohne daß der Widerstand des Thermoelementes die Meßresultate praktisch beeinflußt.
  • Unter Umständen können in einem gewissen Meßbereich Schwierigkeiten dadurch auftreten, daß in der durch den Shuntkondensator, den Vorschaltkondensator c und die Wechselstromseite des Thermoelementes gebildeten Schleife eine Eigenschwingung entsteht, die der Frequenz des zu messenden Kreises oder irgendeiner Oberwelle derselben entspricht. Um diese schädliche Schwingung abzudämpfen, kann man in diesem Stromkreise einen passenden Widerstand 27 (siehe Fig. q.) vorsehen. Am besten werden diese Widerstände in der Art, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist, ausgebildet; die Fig. 5 stellt einen Widerstandsdraht 28 dar, der infolge seiner bifilaren Anordnung keine Selbstinduktion besitzt. Ein derartiger Draht kann z. B. an einer oder beiden bei Fig.4 durch die Bezugszahl 27 angedeuteten Stellen angebracht werden.
  • Ein anderes Mittel zur Abdämpfung der unerwünschten Resonanzschwingung ist die in Fig. 6 dargestellte, aus einer Kapazität 29 und Selbstinduktion 30 bestehende Resonanzschleife, die an den zu schützenden Kreis nur einpolig angeschlossen ist. DieVersuche haben gezeigt, daß eine derartige Schleife sehr wirksam alle parasitären, sonst durch Resonanz entstehenden Eigenschwingungen der Meßschleife löscht.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Messung von Wechselströmen, insbesondere von stärkeren Hochfrequenzströmen, bei der ein empfindliches Amperemeter kleinenWiderstandes in Reihe mit einem Kondensator kleiner Kapazität durch einen Kondensator großer Kapazität überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenkondensator in einer gemeinschaftlichen Klammervorrichtung mit dem Parallelkondensator zusammengebaut ist, zum Zwecke, das Stromverteilungsverhältnis unter verschiedenen Bedingungen konstant zu erhalten.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Shuntkondensator aus zwei oder mehreren Einheiten besteht, die zur Änderung des Meßbereiches parallel zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren gegen äußere Einflüsse vollkommen abgeschirmt sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren zur Verminderung der Wärmeverluste derart angeordnet sind, daß bei jedem Einzelkondensator die beiden Stromzuführungen auf einer und derselhen Seite der den Kondensatorstapel zusammenhaltenden Klammer liegen, so daß der Kondensatorstrom mit der durch die Klammer gebildeten Schleife nicht verkettet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wechselstromzuführungen zum Thermoelement induktionslos (bifilar) sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Amperemeter mit der übrigen Meßeinrichtung zusammengebaut, aber von dieser abgeschirmt ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das Amperemeter von der übrigen Meßeinrichtung entfernt angebracht ist, seine Zuleitungen der Einwirkung der äußeren Hochfrequenzfelder entzogen sind, z. B. bifilar angebracht und eingepanzert. B. Einrichtung nach .Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Abdämpfung der Eigenschwingungen in der durch die Kondensatoren und die Wechselstromseite des Thermoelementes gebildeten Schleife vorgesehen sind, z. B. eine an die erwähnte Schleife einpolig angeschlossene Beruhigungsschleife (29,3o) entsprechender Eigenfrequenz.
DED53920D 1926-09-24 1927-09-15 Einrichtung zur Messung von Wechselstroemen, insbesondere von staerkeren Hochfrequenzstroemen Expired DE500728C (de)

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