DE958678C

DE958678C - Circuit arrangement for the frequency-independent measurement of the quadratic or arithmetic mean value of alternating currents or voltages

Info

Publication number: DE958678C
Application number: DEG8638A
Authority: DE
Inventors: Leo Boller; Dipl-Ing Helmut Dreyer
Original assignee: P Gossen and Co GmbH
Current assignee: P Gossen and Co GmbH
Priority date: 1952-04-18
Filing date: 1952-04-18
Publication date: 1957-02-21

Description

Schaltungsanordnung für die frequenzunabhängige Messung des quadratischen bzw. arithmetischen Mittelwertes von Wechselströmen oder -spannungen Eine bekannte Forderung der technischen Praxis läuft darauf hinaus, auf Anzeigegeräten, die für die Überwachung einer festen elektrischen Größe (beispielsweise der Netzspannung) bestimmt sind, alle weit vom interessierenden Bereich entfernt liegenden Skalenwerte zu unterdrücken. Zur Erfüllung dieser Aufgabe sind Instrumente bekanntgeworden, bei denen der Nullpunkt mechanisch unterdrückt wird. Diese Ausführung hat indessen den Nachteil, daß eine Nullpunktskontrolle nicht möglich ist.Circuit arrangement for the frequency-independent measurement of the square or arithmetic mean value of alternating currents or voltages An acquaintance Requirement of technical practice boils down to display devices for the monitoring of a fixed electrical variable (for example the mains voltage) are determined, all scale values that are far from the area of interest to suppress. Instruments have become known to fulfill this task, where the zero point is mechanically suppressed. However, this version has the disadvantage that a zero point control is not possible.

Weiter sind Instrumente bekannt, bei denen mit Hilfe von Brückenschaltungen die Charakteristik des Anzeigeinstrumentes in ihrem unteren Teil außerordentlich stark zusammengedrängt wird; dadurch ist der besonders wichtige Skalenteil besser abzulesen. Bei Ausführungen der letzteren Art werden für Wechselstromgrößen einfache permanentmagnetische Meßwerke verwendet, nachdem vorher die Wechselstromgröße in geeigneter Weise gleichgerichtet wurde. Ausführungen mit derartigen Schaltungen haben aber den Nachteil, daß keine einwandfreie Effektivwertmessung möglich ist, da der dem Meßwerk zugeführte Strom ein gleichgerichteter Wechselstrom ist, der nur eine Anzeige des arithmetischen Mittelwertes ermöglicht.Instruments are also known in which with the help of bridge circuits the characteristic of the display instrument in its lower part is extraordinary is strongly compressed; this makes the particularly important scale division better read off. In designs of the latter type, simple alternating currents are used permanent magnetic measuring units are used after the alternating current value in appropriately rectified. Versions with such Circuits but have the disadvantage that a perfect rms value measurement is not possible, since the current supplied to the measuring mechanism is a rectified alternating current, the only allows the arithmetic mean to be displayed.

Die im folgenden näher beschriebene Anordnung zeigt nun einen Weg, auf dem es möglich ist, mit permanentmagnetischen Meß werken den Effektivwert von gleichgerichteten Wechselströmen zu messen und gleichzeitig den nicht interessierenden Skalenbereich zu unterdrücken, ohne dabei die Unsicherheiten einer mechanischen Nullpunktunterdrückung in Kauf nehmen zu müssen. The arrangement described in more detail below now shows a way on which it is possible to work with permanent magnetic measuring the effective value of to measure rectified alternating currents and at the same time those of no interest To suppress the range of the scale without sacrificing the uncertainties of a mechanical Having to accept zero point suppression.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die frequenzunabhängige Messung des quadratischen bzw. arithmetischen Mittelwertes von Wechselströmen oder -spannungen mit einem Quotientenmeßgerät, in dessen einem Zweig stromunabhängige Widerstände und in dessen anderem Zweig stromabhängige Widerstände angeordnet sind, deren Widerstandsänderung vom quadratischen bzw. arithmetischen Mittelwert abhängig ist. The invention relates to a circuit arrangement for the frequency-independent Measurement of the root mean square or arithmetic mean of alternating currents or voltages with a quotient measuring device, one branch of which is current-independent Resistors and in the other branch of which there are current-dependent resistors, whose change in resistance depends on the square or arithmetic mean is.

Erfindungsgemäß gelangen ein permanentmagnetisches Quotientenmeßgerät mit vorgeschaltetem Gleichrichter und im Vakuum eingeschmolzene Wolframdrahtwiderstände bzw. Richtleiter, vorzugsweise Germaniumrichtleiter, als stromabhängige Widerstände zur Anwendung.According to the invention, a permanent magnetic quotient measuring device is used with an upstream rectifier and tungsten wire resistors melted in a vacuum or directional conductors, preferably germanium directional conductors, as current-dependent resistors to use.

Die Erfindung ist im Prinzip in der Abbildung dargestellt. Die zu messende Wechselspannung U wird über einen Vorwiderstand 1 einem Gleichrichter 2 zugeführt und der gleichgerichtete Wechselstrom einem permanentmagnetischen Quoe tientenmeßwerk 3, in dessen einem Zweig ein stromabhängiger Widerstand 4 und dessen anderem Zweig ein stromunabhängiger Widerstand 5 liegt. The invention is shown in principle in the figure. The to AC voltage U to be measured is fed to a rectifier 2 via a series resistor 1 fed and the rectified alternating current to a permanent magnetic Quoe tientenmeßwerk 3, in one branch of which a current-dependent resistor 4 and its Another branch is a current-independent resistor 5.

Das Quotientenmeßwerk mit seiner Eigenart gemäß das Verhältnis der Ströme in den beiden Stromzweigen. Sein Ausschlag ist zunächst also von der angelegten Spannung unabhängig. Der durch die zu messende Spannung erzeugte Strom ändert aber den ohmschen Wert des strosLabhängigen Widerstandes 4. Diese Änderung ist, da sie durch Erwärmung erfolgt, unabhängig vom Formfaktor des zu messenden Wechselstromes und eine unmittelbare Funktion des quadratischen Mittelwertes des fließenden Stromes, ganz gleich, ob es sich um gleichgerichteten oder nicht gleichgerichteten Wechselstrom handelt. Mit dieser Meßanordnung erhält das Quotientenmeßwerk einen Ausschlag, der von der Widerstandsänderung des stromabhängigen Widerstalldes bestimmt wird. The quotient measuring mechanism with its peculiarity according to the ratio of Currents in the two branches. His rash is therefore initially of the applied Voltage independent. However, the current generated by the voltage to be measured changes the ohmic value of the flow-dependent resistance 4. This change is because it takes place through heating, regardless of the form factor of the alternating current to be measured and an immediate function of the root mean square value of the flowing current, regardless of whether it is rectified or non-rectified alternating current acts. With this measuring arrangement, the quotient measuring mechanism receives a deflection, the is determined by the change in resistance of the current-dependent resistance.

Richtet man, wie in der Abbildung dargestellt, den zu messenden Wechselstrom gleich, dann kann man mit einem permanentmagnetischen Quotientenmeßwerk bei dieser Meßanordnung unmittelbar den Effektivwert des dem Gleichrichter zugeführten Stromes und bei Vorliegen des Vorwiderstandes I auch den Effektivwert der zu messenden Wechselspannung bestimmen.Set up the alternating current to be measured as shown in the figure the same, then you can use a permanent magnetic quotient measuring mechanism with this Measurement arrangement shows the effective value of the current fed to the rectifier directly and if the series resistor I is present, also the rms value of the alternating voltage to be measured determine.

Die Verwendung von Gleichrichtern in Verbindung mit Quotientenmeßwerken ergibt den erheblichen technischen Vorteil, daß ein weitaus geringerer Leistungsverbrauch für die Messung erforderlich ist, da ja das für die Messung erforderliche Feld von dem Permanentmagneten des Quotientenmeßwerkes erzeugt wird. Dies ist gegenüber bisher bekannten Anordnungen, bei denen für ähnliche Zwecke dynamometrische oder ferromagnetische Meßwerke verwendet wurden, von erheblichem Vorteil, nicht nur, weil der Leistungsbedarf für die Erwärmung des stromabhängigen Widerstandes ganz erheblich herabgesetzt werden kann, sondern auch, weil gleichzeitig Materialien für diesen Widerstand verwendet werden können, die eine außerordentlich hohe zeitliche Konstanz haben und yon Hystereseerscheinungen in ihrer Temperatur-Widerstands-Gharakteristik unabhängig sind. The use of rectifiers in connection with quotient measuring mechanisms gives the considerable technical advantage that a much lower power consumption is required for the measurement, since the field of the permanent magnet of the quotient measuring mechanism is generated. This is opposite to so far known arrangements in which dynamometric or ferromagnetic for similar purposes Measuring mechanisms used were of considerable advantage, not just because of the power requirements for the heating of the current-dependent resistor can be reduced quite considerably can, but also because materials are used for this resistor at the same time which have an extraordinarily high temporal constancy and of hysteresis phenomena are independent in their temperature-resistance characteristics.

Der verringerte Leistungsbedarf ermöglicht es, für den stromabhängigen Widerstand 4 im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Schaltungen auf Widerstandsmaterialien mit besonders steiler Strom-Widerstands-Anderung zu verzichten. Solche Materialien, die beispielsweise in Eisen-Wasserstoff-Lampen verwendet werden, müssen auf Temperaturen erhitzt werden, bei denen im Laufe der Zeit schon erhebliche Verdampfungsverluste auftreten. Außerdem erreicht-man eine steile Strom-Widerstands-Änderung nur, wenn man im Bereich von Gefügeumwandlungspunkten arbeitet. The reduced power requirement makes it possible for the current-dependent Resistor 4 in contrast to the previously known circuits on resistance materials with a particularly steep change in current-resistance. Such materials those used in iron-hydrogen lamps, for example, have to be subjected to temperatures are heated, in which considerable evaporation losses over time appear. In addition, a steep change in current-resistance can only be achieved if one works in the area of structural transformation points.

Der geringe Energiebedarf der oben beschriebenen neuen Meßanordnung ermöglicht es im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Anordnungen, in Quotientenmeßwerken als stromabhängige Widerstände solche mit geringer Steilheit in der Strom-Widerstands-Charakteristik, dafür aber höchster zeitlicher Konstanz zu verwenden, beispielsweise durch Anwendung von im Vakuum eingeschmolzenen Drähten aus Wolfram. Hierbei ergibt sich wieder durch den geringen Leistungsbedarf noch der zusätzliche Vorteil, daß derartige Wolfram-Vakuum-Widerstände strommäßig nur so niedrig belastet werden müssen, daß sie nicht oder kaum zum Glühen kommen. Diese Drähte kann man außerdem so wählen, daß man außerhalb jedes Gefügeumwandlungspunktes arbeitet. Als Vorteil ergibt sich durch diese Anordnung, daß nunmehr die stromabhängigen Widerstände nach entsprechender Vorbehandlung weder einer die Meßgenauigkeit in irgendeiner Weise störenden Verdampfung unterliegen und daß auch keine Hystereseerscheinungen in der Strom-Widerstands-Charakteristik vorhanden sind. The low energy consumption of the new measuring arrangement described above enables it, in contrast to the previously known arrangements, in quotient measuring units as current-dependent resistances, those with a low slope in the current-resistance characteristic, but to use the highest temporal constancy, for example through application of tungsten wires melted in a vacuum. Here again results from the low power requirement still the additional advantage that such tungsten vacuum resistors in terms of current only have to be loaded so low that they do not or hardly glow come. These wires can also be chosen so that one outside of each microstructure transformation point is working. The advantage of this arrangement is that now the current-dependent Resistances after appropriate pretreatment neither the measuring accuracy in subject to disturbing evaporation in any way and that also no hysteresis phenomena are present in the current-resistance characteristic.

Claims

PATENT APPEAL: I. Circuit arrangement for the frequency-independent Measurement of the root mean square or arithmetic mean of alternating currents or voltages with a quotient measuring device, one branch of which is current-independent Resistors and in the other branch of which there are current-dependent resistors, whose change in resistance depends on the square or arithmetic mean pending is, characterized in that a permanent magnetic quotient measuring device with upstream rectifier and tungsten wire resistors or

Directional conductors, preferably germanium directional conductors, as current-dependent Resistances are used.

2. Circuit arrangement according to claim I, characterized in that the display range on the measuring range of interest by means known per se is limited.

Documents considered: German Patent No. 539 78I; British Patent No. 589,570; Pflier: "Electrical measuring devices and measuring methods", Springer-Verlag, Berlin, -i5 1, p. 67, section 5.