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Vorrichtung zum Messen von Wechselstromgrößen mittels eines Brückenkreises
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Wechselströmen mittels
eines oder mehrerer Brückenkreise, die von einem Teil des Wechselstromes und yon
einem Gleichstrom durchflossen werden, wobei der Gleichstrom dazu dient, die Brücke
ins Gleichgewicht zu bringen. Die Erfindung beruht auf der Verwendung eines Brückenkreises,
der einen temperaturabhängigen und mehrere konstante Widerstände enthält. Ein solcher
Brückenkreis hat die Eigenschaft, daß bei geeigneter Wahl der Widerstände der Spannungsabfall
zwischen den Enden der Brücke nur für eine bestimmte Stromstärke durch den Brükkenkreis
Null wird. Wenn ein solcher Brückenkreis von Gleich- und von Wechselstrom durchflossen
wird und die Größe des Gleichstroms bekannt ist, kann immer der Effektivwert des
Wechselstroms berechnet werden, wenn der Nullstrom der Brücke bekannt ist, und zwar
unabhängig von der Frequenz oder der Kurvenform des Wechselstroms. Die Vorrichtung
gemäß der Erfindung gestattet neben der Messung der Stromstärke und der Spannung
die Messung der Leistung der Wechselströme. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Brückenkreis in der Weise mit Widerständen verbunden ist, daß er in dem
zur Messung bestimmten Wechselstromkreis in Reihe mit einem Widerstand einschaltbar
ist, durch welchen ein der Spannung des genannten Wechselstromkreises proportionaler
Strom entnommen wird, und gleichzeitig parallel mit einem anderen Widerstand, der
von dem Wechselstrom in genanntem Wechselstromkreis durchflossen wird, wodurch die
Leistung in genanntem Wechselstromkreis gemessen wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise und wesenhaft zwei Vorrichtungen
gemäß der Erfindung.
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Fig. I ist ein Schaltbild über eine Meßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
mit einem Brücken kreis und Fig. 2 ein Schaltbild einer Meßvorrichtung gemäß der
Erfindung mit doppelten Brückenkreisen.
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Der dargestellte Brückenkreis der Meßvorrichtung besteht aus vier
Widerständen R1, R2, R3, R4, von denen R1, R3 und R4 konstant sind und beispielsweise
aus Manganindraht bestehen, während der Widerstand R2 temperaturabhängig ist und
beispielsweise aus einem dünnen Draht mit großer Temperaturziffer, z. B. Platin,
besteht. Wenn ein Strom durch die beiden Zweige des Brückenkreises gesandt wird,
so wird ein Meßgerät (Galvanometer) G den Wert Null zeigen, wenn R1 R3 = R2 : R4.
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Weil R1, R2 und R4 konstant sind, der Widerstand in R2 dagegen von
dessen Temperatur und damit von dem Effektivwert des resultierenden Stroms durch
R2 abhängig ist, so kann das Gerät G Null nur für einen bestimmten Strom durch den
Brückenkreis, den Nullkreis, anzeigen.
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Der Brückenkreis liegt in Reihe mit einem Widerstand R6, und beide
sind mit zwei Widerständen R5 und R7 in einem GIeichstromkreis Ll-Ll parallel geschaltet.
In diesem Gleichstromkreis liegt weiter ein Widerstand Rs, über den der Gleichstrom
im Kreise Ll-Ll gemessen werden kann. Die in den zweiten Brückenkreis des Beispiels
gemäß Fig. 2 eingehenden entsprechenden Widerstände sind mit R1'-R8' bezeichnet.
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Bei der Schaltung gemäß Fig. I sind ein Kontakt I in einem Umschalter
0 und der eine Kontakt eines Stromunterbrechers a zwischen dem Widerstand Rs und
dem Brückenkreis angeschlossen, während zwei miteinander verbundene Kontakte 3,
4 des Umschalters 0 zwischen den Widerständen R5 und R7 einmal über einen Stromunterbrecher
f unmittelbar und zum andern über einen Stromunterbrecher e und einen Widerstand
R9 angeschlossen werden können. An dieser Stelle ist auch eine Polklemme 7 über
einen Vorschaltwiderstand Rlo angeschlossen, der am besten in seiner Größe für verschiedene
Meßbereiche einstellbar ist. Eine andere Polklemme 8 ist zwischen zwei Widerständen
R11 und R,2 angeschlossen, von denen der erste an einen Kontakt 2 des Umschalters
0 und eine Polklemme 9 angeschlossen ist, der zweite an den einen Kontakt eines
Stromunterbrechers , dessen anderer Kontakt mit einem dem Kontakt 2 gegenüber gelegenen
Kontakt 5 im Umschalter 0 verbunden ist.
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Der Kontakt 6 in diesem ist mit dem Stromunterbrecher verbunden. Zwischen
die Polklemmen 9 und 10 ist ein Nebenschlußwiderstand Rla eingeschaltet, und die
Polklemme 10 kann mit dem Kontakt 5 über einen Stromunterbrecher c unmittelbar,
ferner über einen Stromunterbrecher d mit demselben Kontakt über einen Widerstand
R1, verbunden werden.
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Die Widerstände R12 und R14 sind für verschiedene Meßbereiche einstellbar.
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Die Vorrichtung der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen der
Fig. I dadurch, daß der Widerstand R9 durch einen zweiten Gleichstromkreis L2-L2
ersetzt ist, der Widerstände Ri'-Rs' in derselben Schaltung enthält wie der Kreis
Ll-Ll die Widerstände R1-R8, und dadurch, daß der Umschalter 0 und der Stromunterbrecher
a weggefallen sind.
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Wenn die beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden sollen, bestimmt
man zuerst den Nullstrom des Brückenkreises, d. h. den Strom, bei welchem das Gerät
keinen Ausschlag gibt. Bei dieser Stromstärke wird die Spannung V0 über den Widerstand
Rg bzw.
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R8, gemessen, woraus der Nullstrom erhalten wird.
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Wenn die Vorrichtung gemäß Fig. I für Spannungsmessung verwendet
werden soll, wird die gesuchte Wechselspannung V zwischen den Polklemmen 7 und 8
eingeschaltet, und der Umschalter 0 wird nach links gelegt, wonach der Gleichstrom
im KreiseLl-Ll so geregelt wird, daß das Galvanometer G wieder Null zeigt. Über
den Widerstand Rs kann der Gleichstrom, welcher für das Gleichgewicht der Brücke
erforderlich ist, durch Messen der Spannung V1 abgelesen werden.
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Der Effektivwert Ve der gesuchten Wechselspannung wird dann gemäß
der Formel
erhalten, worin K eine von Rlo abhängige Konstante ist.
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Bei Messung von Wechselstromstärken mit Vorrichtungen gemäß Fig.
I wird der Wechselstrom an die Polklemmen g und 10 angeschlossen, wonach die Konstante
c und f geschlossen werden und der Umschalter 0 nach links gelegt wird. Parallel
mit dem Widerstand R13 wird dann ein Stromkreis über den Stromunterbrecher c, den
Kontakt 5, den Kontakt 4, den Stromunterbrecher f, den Brückenkreis, den Kontakt
I, den Kontakt 2 an die Polklemme g angeschlossen. Der Gleichstrom im Kreise Ll-ll
wird danach eingeregelt, so daß das GalvanometerG Null zeigt; die Spannung V1 wird
über R8 bestimmt. Der Effektivwert 1e des gesuchten Wechselstroms wird laut der
Formel
erhalten, worin C eine von R13 abhängige Konstante ist.
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Die Bestimmung der Wirkleistung kann mit der gezeigten Vorrichtung
entweder mit gesonderten Strom-und Spannungskreisen (Kontrolle von Leistungs- und
Energiemesser) erfolgen oder mit gemeinsamer Stromquelle (Messung des Leistungsverbrauchs
einer Vorrichtung).
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Bei Leistungsmessung mit gesonderten Strom- und Spannungskreisen
werden zuerst Wechselspannung und Wechselstrom an die Polklemmen 7, 8 und 9, 10
angelegt. Die Stromunterbrecher a, b, c und e werden geschlossen, und der UmschalterO
wird nach links gelegt. Nachdem der Gleichstrom durch Ll-Ll wieder so geregelt worden
ist, daß das Galvanometer G Null zeigt, wird die Gleichspannung V1 über R8 gemessen.
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Danach wird der Umschalter 0 nach rechts umgelegt, und der Gleichstrom
wird durch Ll-Ll wieder wie vorher auf Nullanzeige bei G eingeregelt und die hierbei
herrschende Gleichspannung V2 über R8 gemessen.
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Für Berechnung der Wirkleistung I V cos hat man dann
Watt Wirkleistung, worin K und C Konstanten sind, welche nur von Rlo und R,3 abhängen.
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Bei unmittelbarer Leistungsmessung wird das leistungsverbrauchende
Gerät zwischen den Polklemmen 7 und 9 angeschlossen, somit in Reihe mit dem Widerstand
R13 und dem damit parallel. geschalteten Brückenkreis. Die Stromunterbrecher a,
d und e werden geschlossen, wonach die von dem Apparat verbrauchte Leistung I V
cos ç in derselben Weise wie vorher berechnet wird.
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Bei Verwendung der Meßvorrichtung gemäß Fig. 2 zur Strom- oder Spannungsmessung
wird beispielsweise V1 über V8 und Wo über R8, gemessen. Bei Leistungsmessung wird
V1 über den Widerstand R8 des einen Brückenkreises und V2 über den Widerstand R8,
des anderen Brückenkreises gemessen. Die Gleichstromkreise Ll-Ll und L2-L2 sind
für denselben Nullstrom eingeregelt. Die gesuchten Werte des Wechselstroms werden
wie oben erhalten, das Handhaben der Vorrichtung wird aber etwas vereinfacht.