DE1286209B - Anordnung zur Umformung des Produktes eines Wechselstromes und einer Wechselspannung in einen proportionalen Gleichstrom - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umformung des Produktes eines Wechselstromes und einer Wechselspannung in einen proportionalen Gleichstrom unter Verwendung eines Thermoumformers mit einem Heizer und einem Temperaturfühler sowie eines Differenzverstärkers.
• Derartige Anordnungen werden insbesondere zur Leistungsmessung angewendet.
• Es ist bereits eine Wattmeterschaltung mit einer Hallsonde bekannt, bei der ein eine zu der Hallsonden-Thermospannung entgegengesetzte Thermospannung lieferndes Thermokreuz mit der Hallsonde so geschaltet ist, daß der Heizer im Steuerkreis der Hallsonde und das Thermoelement in Reihe mit einem Anzeigeinstrument liegt (deutsche Auslegeschrift 1 157 699).
• Es ist bei dieser Anordnung nachteilig, daß trotz dieser Maßnahme zur Kompensation der Hallsonden-Thermospannung unerwünschte Fehler auftreten können, wenn z. B. die Thermospannung der Hallsonde und des Thermokreuzes nicht im gesamten Arbeitsbereich in gleicher Weise von dem Steuerstrom abhängt.
• Zum Stand der Technik gehören ferner elektronische Wirkleistungsmesser, die im wesentlichen aus zwei Elektronenröhren in Brückenschaltung bestehen (deutsche Auslegeschrift 1 047 309). Dem Steuergitter der einen Röhre wird die Summe und dem Steuergitter der anderen Röhre die Differenz aus einer dem Strom des Strompfades proportionalen Spannung und der Spannung des Spannungspfades zugeführt. Ein derartiger Wirkleistungsmesser zeichnet sich dadurch aus, daß die dem Strom des Strompfades proportionale Spannung mit Hilfe eines Differenzverstärkers vom Strompfad abgenommen und den entsprechenden Gittern der Röhren zugeführt wird.
• Als grundsätzlicher Nachteil dieser elektronischen Wirkleistungsmesser ist anzusehen, daß für die mit der Summe bzw. der Differenz der Spannung beaufschlagten Röhren eine quadratische Kennlinie vorauszusetzen ist, die sich aber nur näherungsweise verwirklichen läßt.
• Zur Temperaturstabilisierung von Verstärkern ist eine Baueinheit mit zwei thermisch und elektrisch gekoppelten Transistoren bekannt (Electronic Engineering, Mai 1964, S. 307). Der eine Transistor wirkt darin als Temperaturfühler. Er steuert den zweiten Transistor so, daß dessen Verlustleistung die Baueinheit auf eine konstante Temperatur aufheizt.
• - Von einem Transistor zum Heizen einer Baueinheit auf gleichbleibende Temperatur wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Umformung des Produktes einer Wechselstrom- und einer Wechselspannungsgröße in einen proportionalen Gleichstrom zu schaffen, die in einem großen Frequenzbereich sehr genau arbeitet.
• Außerdem soll die Anordnung wenig aufwendig sein und sich deshalb mit Bauelementen aufbauen lassen, an deren Kennlinien keine strengen Anforderungen zu stellen sind.
• Die Erfindung besteht darin, daß als Heizer ein über einen ohmschen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle mit geringem Innenwiderstand angeschlossener steuerbarer Widerstand verwendet wird, daß der Wechselspannungspfad zwischen einem Pol der Gleichspannungsquelle und dem steuerbaren Widerstand in Reihe zu diesem angeordnet ist und der Wechselstrompfad parallel zu dem ohmschen Widerstand liegt, daß der eine Eingang des Differenzverstärkers an die Verbindungsstelle des ohmschen Widerstandes mit dem steuerbaren Widerstand angeschlossen ist, der zweite Eingang mit einer konstanten Spannung gespeist wird und der Ausgang mit dem Steuereingang des steuerbaren Widerstandes verbunden ist, daß ein Gleichstromverstärker eingangsseitig an den Temperaturfühler und ausgangsseitig an die Verbindungsstelle des ohmschen Widerstandes mit dem steuerbaren Widerstand angeschlossen ist und daß der Gleichstrom, der dem Produkt aus der Wechselspannung und dem Wechselstrom proportional ist, am Ausgang des Gleichstromverstärkers abgenommen wird.
• Bei dieser Anordnung gehen Kennlinienabweichungen der Bauelemente nicht in die Genauigkeit der Umformung ein, da der Thermoumformer unter der Voraussetzung einer konstanten Umgebungstemperatur stets auf konstante Temperatur eingeregelt wird und dazu ein dem Produkt des Wechselstromes und der Wechselspannung direkt proportionaler Gleichstrom von dem Gleichspannungsverstärker abgegeben werden muß. Die Anordnung arbeitet bis zu hohen Frequenzen mit geringem Fehler und hat, da der Thermoumformer immer im steilsten Bereich der Temperaturausgleichskurve arbeitet, ein verhältnismäßig gutes Zeitverhalten.
• Da eine möglichst konstante Umgebungstemperatur Voraussetzung für eine fehlerfreie Umsetzung ist, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung dadurch aus, daß der Thermoumform er in einem Thermostaten untergebracht ist.
• In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung weist die Anordnung das Merkmal auf, daß der Thermoumform er als integrierter Schaltkreis mit einem Transistor als veränderlichem Widerstand und einer Diode als Temperaturfühler ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird das Zeitverhalten der Anordnung verbessert und die dynamische Stabilität erhöht.
• Ein, « Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung erläutert.
• In der Zeichnung besteht ein Thermoumformer 10 aus einem Transistor 11 als Heizer und einer Diode 12 als Temperaturfühler. Der Transistor und die Diode stellen Teile eines integrierten Schaltkreises dar.
• Der Emitter des Transistors ist über einen ohmschen Widerstand 13 an einen Pol einer Gleichspannungsquelle 14 und der Kollektor über den Wechselspannungspfad 15 an den zweiten Pol dieser Gleichspannungsquelle angeschlossen. Die Gleichspannungsquelle weist insbesondere für Wechselspannungen einen sehr kleinen Innenwiderstand auf.
• Der Wechselstrompfad 16 liegt zu dem Widerstand 13 parallel.
• Die Basis des Transistors 11 ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 17 verbunden. Der eine Eingang des Differenzverstärkers ist mit der Verbindungsstelle 18 des Transistors und des ohmschen Widerstandes 13 gekoppelt. Der zweite Eingang steht mit der Abzweigungsstelle 19 eines Spannungsteilers 20 in Verbindung.
• Die Diode 12 des integrierten Schaltkreises ist an den Eingang eines Gleichstromverstärkers 21 angeschlossen, der ausgangsseitig zu der Verbindungsstelle 18 führt.
• Der Thermoumformer 10 und die Anfangsstufen des Gleichstromverstärkers sind in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Thermostaten untergebracht.
• Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Durch den Differenzverstärker 17 und den Transistor 11 wird ein konstanter Spannungsabfall an dem Widerstand 13 erzwungen, der gleich der Spannung an der Abzweigungsstelle 19 des Spannungsteilers 20 ist. Deshalb und weil der Innenwiderstand der Gleichspannungsquelle 14 sehr klein ist, kann die Wechselspannung U nur an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors abfallen und der Wechselstrom 1 über diese Strecke fließen. Die Gleichspannung UCE zwischen Kollektor und Emitter des Transistors 11 ist stets konstant. Durch die Verlustleistung des Transistors, die in guter Näherung dem Produkt des über die Kollektor-Emitter-Strecke fließenden Stromes mit der an dieser Strecke abfallenden Spannung entspricht, wird der Thermoumformer 10 aufgeheizt.

Claims (3)

1. Die Diode 12 bildet mit dem Gleichstromverstärker 21 und dem Transistor 11 einen Regelkreis, der die Temperatur des Thermoumformers konstant hält. Der Ausgangsstrom des Gleichspannungsverstärkers fließt nämlich über den Transistor und trägt damit zur Verlustleistung bei. Die Anderung des Ausgangsstromes j 1 ist unter der Voraussetzung einer konstanten Umgebungstemperatur des Thermoumformers und damit einer konstanten Verlustleistung direkt proportional der linderung des Produktes der der Wechselstrom- und Wechselspannungsgröße lU Us Patentansprüche: 1. Anordnung zur Umformung des Produktes eines Wechselstromes und einer Wechselspannung in einen proportionalen Gleichstrom unter Verwendung eines Thermoumformers mit einem Heizer und einem Temperaturfühler sowie eines Differenzverstärkers, dadurch gekennz ei c h n e t, daß als Heizer ein über einen ohmschen Widerstand (13) an eine Gleichspannungsquelle (14) mit geringem Innenwiderstand angeschlossener steuerbarer Widerstand (11) verwendet wird, daß der Wechselspannungspfad (15) zwischen einem Pol der Gleichspannungsquelle (14) und dem steuerbaren Widerstand (11) in Reihe zu diesem angeordnet ist und der Wechselstrompfad (16) parallel zu dem ohmschen Widerstand (13) liegt, daß der eine Eingang des Differenzverstärkers (17) an die Verbindungsstelle (18) des ohmschen Widerstandes (13) mit dem steuerbaren Widerstand (11) angeschlossen ist, der zweite Eingang mit einer konstanten Spannung gespeist wird und der Ausgang mit dem Steuereingang des steuerbaren Widerstandes (11) verbunden ist, daß ein Gleichstromverstärker (21) eingangsseitig an den Temperaturfühler (12) und ausgangsseitig an die Verbindungsstelle (18) angeschlossen ist und daß der Gleichstrom (X l), der dem Produkt aus der Wechselspannung (U^,) und dem Wechselstrom (1) proportional ist, am Ausgang des Gleichstromverstärkers (21) abgenommen wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoumformer (10) in einem Thermostaten untergebracht ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoumformer (-) als intergrierter Schaltkreis mit einem Transistor (13) als veränderlichem Widerstand und einer Diode (12) als Temperaturfühler ausgebildet ist.