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Anordnung zur Messung eines Nutzwechs elstromes, insbesondere in Röntgenanlagen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Nutzwechselstromes in Anlagen,
in denen dem Nutzwechselstrom ein im wesentlichen von dessen Größe unabhängiger
Fehlstrom überlagert ist. So treten z. B. im Sekundärkreis des Hochspannungstransformators
eines Röntgenapparates vom Röntgenröhrenstrom im wesentlichen unabhängige kapazitive
Fehlströme auf, die die Anzeige des Röhrenstrommessers verfälschen. Man muß daher
dem Meßinstrument eine Schaltungsanordnung parallel schalten, die bewirkt, daß der
Fehlstrom auf das Meßinstrument nicht einwirkt. Zu diesem Zweck ist es bekannt,
dem Röhrenstrommesser einen kapazitiven Nebenschlußkreis parallel zu schalten, durch
den ein dem Fehlstrom entsprechender Teil des Gesamtstromes am Meßinstrument vorbeigeleitet
wird. Diese Kompensation ist jedoch nur für einen bestimmten Stromwert gültig, da
sich der vorbeigeleitete Strom mit dem Röhrenstrom ändert. Zur exakten Kompensation
des röhrenstromunabhängigen Fehlstromes muß daher bei Röntgenapparaten mit veränderbarem
Röhrenstrom ein mit dem Röhrenstrom veränderbarer Nebenschlußwiderstand vorgesehen
werden. Diese Maßnahme kompliziert die Kompensationsanordnung jedoch in unerwünschter
Weise.
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Man hat andererseits vorgeschlagen, dem Meßinstrument eine besondere
Spannungsquelle parallel zu legen, die einen dem Fehlstrom entsprechenden Gegenstrom
erzeugt, wobei es auch bekannt ist, diese Kompensationsspannung in Abhängigkeit
von der eingestellten Röntgenröhrenspannung zu verändern, um eine spannungsbedingte
Änderung des kapazitiven Fehlstromes zu berücksichtigen. So ist es insbesondere
bekannt, als Spannungsquelle einen Teil der Sekundärwicklung des Hochspannungs-
transformators
selbst zu benutzen und durch einen eingeschalteten Kondensator die erforderliche
Phasenverschiebung der Kompensationsspannung gegenüber der das Meßinstrument beeinflussenden
Spannung zu erzielen. Da man den für den Fehlstrom maßgeblichen Kapazitätswert des
Röntgenapparates, der wesentlich von der Länge der angeschlossenen Hochspannungskabel
abhängt, bei der Konstruktion des Transformators noch nicht kennt, benötigt man
zur Eichung des Meßinstrumentes nach Aufstellung des Apparates durch Einstellung
der richtigen Kompensationsspannung mehrere Anzapfungen am Hochspannungstransformator.
Diese Eingriffe in die Sekundärspule des Hochspannungstransformators sind aus isolationstechnischen
und auch aus fertigungstechnischen Gründen unerwünscht.
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Für eine schaltungstechnisch und fabrikatorisch einfache Lösung des
angegebenen Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Meßinstrumentenkreis
Vorwiderstände fallender Widerstandscharakteristik vorzusehen, die so bemessen sind,
daß bei Stromstärkeänderungen für diese Serienschaltung das Produkt aus Stromstärke
und Widerstand praktisch konstant bleibt und dieser Serienschaltung einen so bemessenen
Widerstand parallel zu schalten, daß der ihn durchfließende Nebenschluß strom dem
Fehlstrom entspricht.
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Es ist zwar bekannt, in Röntgenanlagen im vom Wechselstrom durchflossenen
Teil des Sekundärstromkreises zur Messung des Röhrenstromes ein Gleichstrominstrument
anzuordnen und diesem Instrument als Gleichrichter Gasentladungsventile vorzuschalten,
die ebenfalls Vorwiderstände mit fallender Stromwiderstands-Charakteristik darstellen.
Diese Eigenschaft der Gleichrichter wurde hier jedoch nicht im Sinne der Erfindung
ausgewertet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sollen
die an sich in Verbindung mit einem Gleichstrominstrument vorhandenen Gleichrichter,
vorzugsweise Glimmentladungsröhren, derart bemessen werden, daß der Spannungsabfall
an der Reihenschaltung Gleichrichter + Instrument bei Stromänderungen konstant bleibt.
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Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird zwar der kapazitive
Fehlstrom bei jeder Röhrenstromeinstellung kompensiert, nicht berücksichtigt ist
jedoch die bei Spannungsänderungen auftretende Änderung des Fehlstromes. Dieser
Umstand ist aber für viele Zwecke kein entscheidender Nachteil, sondern wird durch
die Einfachheit der Schaltungsanordnung aufgewogen. So wird bei Röntgenapparaten
beim Durchleuchtungsbetrieb, d. h. bei kleinen Röntgenröhrenstromwerten, bei deren
Messung sich der kapazitive Fehlstrom besonders störend bemerkbar macht, der Röhrenstrom
in üblicher Weise in einem Bereich von etwa I bis 5 mA, d. h. im Verhältnis I :5
geregelt, während die Spannung gewöhnlich im Bereich von 60 und go kV, d. h. nur
im Verhältnis 1 : 1,5 geändert wird. Man erzielt in diesem Falle daher eine ausreichende
Fehlstromkompensation, wenn man den Nebenschlußwiderstand für eine mittlere Spannung
des Hochspannungsregelbereiches dem kapazitiven Fehlstrom anpaßt.
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Zur exakten Berücksichtigung der Abhängigkeit des Fehlstromes von
der Röhrenspannung muß der Nebenschlußwiderstand in Abhängigkeit von dieser Spannung
veränderbar sein, was zweckmäßig durch eine Kupplung des einstellbaren Widerstandes
mit der Regelvorrichtung für die Röhrenspannung erzielt wird. Auch diese Ausführungsform
hat gegenüber der obenerwähnten Schaltungsanordnung mit angezapfter Sekundärwicklung
als Kompensationsspaunungsquelle in vielen Fällen Vorteile, insbesondere dann, wenn
die Kompensationsvorrichtung erst nachträglich in den Schalttisch des Röntgenapparates
eingebaut wird, da in diesem Falle Eingriffe in den Hochspannungstransformator nicht
mehr ohne große Schwierigkeiten möglich sind. Aber auch dann, wenn man die spannungsabhängige
Kompensation nur für besondere Röntgenapparate eines Fertigungsprogramms vornehmen
möchte, empfiehlt sich die Anordnung nach der Erfindung mit regelbarem Nebenschlußwiderstand,
da sich dann die Hochspannungstransformatoren der verschiedenen Apparatetypen nicht
zu unterscheiden brauchen.
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Zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für den Gegenstand der
Erfindung dient das in der Figur vereinfacht dargestellte Schaltbild des Hochspannungsteiles
eines Vierventilröntgenapparates mit der unterteilten Sekundärwicklung I und der
Primärwicklung 8 des Hochspannungstransformators der Röntgenröhre 2 und den Ventilen
7. Der gesamte, durch die Transformatorwicklung I fließende Strom setzt sich zusammen
aus dem durch die Röntgenröhre 2 fließenden Strom und einem Strom, der durch die
mit den Kondensatoren 3 symbolisierten Nebenschlußkapazitäten nach Erde fließt.
In der Meßanordnung 4 gliedert sich der Gesamtstrom auf in einen durch das Meßsystem
5 flieBenden Strom und einen durch den Nebenschlußwiderstand 6 fließenden Strom.
Da die Nebenschlußkapazitäten 3 konstant sind, ist der Fehlstrom von Änderungen
des Röhrenstromes unabhängig. Wenn das Meßsystem 5 bei jeder Größe des Gesamtstromes
den Röhrenstrom fehlerfrei anzeigen soll, muß demzufolge auch der durch den Widerstand
6 fließende Strom von Änderungen des durch die Meßanordnung 4 fließenden Gesamtstromes
unabhängig sein.
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Das ist dann der Fall, wenn der am Meßsystem 5 entstehende Spannungsabfall
bei Stromstärkeänderungen gleichbleibt. Das ist dadurch erreicht, daß zur Anzeige
ein Drehspulinstrument g mit geringem Innenwiderstand Verwendung findet, dem wesentlich
höherohmige Widerstände Io mit fallender Strom-Widerstands-Charakteristik vorgeschaltet
sind, die gleichzeitig als Gleichrichter dienen. Hierfür haben sich Glimmgleichrichterröhren
wegen ihrer konstanten und von Stromstärkeänderungen praktisch unabhängigen Brennspannung
als vorteilhaft erwiesen. Der Gesamt-
spannungsabfall am Meßsystem
5 ist somit praktisch unabhängig vom eingestellten Röhrenstrom.
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Als Nebenschlußwiderstand 6 kann sowohl ein ohmscher Widerstand,
bemessen nach der Beziehung R = 2Eb , ic worin mit EO die Brennspannung der Glimmgleichrichterröhren
IO und mit ic der kapazitive Fehlstrom bezeichnet ist, der sich aus einer Strommessung
ohne Röntgenröhre ergeben hat, oder ein Kondensator mit der Kapazität C = ic 2 #
. Eb oder auch eine Induktivität oder Kombination dieser Widerstandsarten benutzt
werden.