PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3445898C2 23.02.1989
Titel Vorrichtung zur Kompensation von Störkapazitäten zwischen einem Meßwiderstand eines aus mehreren Widerständen bestehenden Spannungsteilers und einem elektrisch leitenden, den Meßwiderstand umgebenden Abschirmzylinder
Anmelder Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH, 6000 Frankfurt, DE
Erfinder Gatermann, Willi, Dipl.-Ing., 2081 Heist, DE
DE-Anmeldedatum 15.12.1984
DE-Aktenzeichen 3445898
Offenlegungstag 19.06.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.02.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.02.1989
IPC-Hauptklasse G01R 15/04
Zusammenfassung Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Störkapazitäten zwischen einem Widerstand und einer elektrisch leitenden Abschirmelektrode. An den Widerstand ist eine Spannung mit Gleich- und Wechselspannungsanteil angelegt. Die auf Nullpotential liegende Abschirmelektrode ist in unmittelbarer Nähe des Widerstandes angeordnet. Zur Kompensation der Störkapazitäten zwischen dem Widerstand und der Abschirmelektrode ist vorgesehen, daß die Entstehung eines Teiles des durch die Wechselspannung zwischen dem Widerstand und der Abschirmelektrode bzw. durch die Störkapazitäten bedingten, vom Widerstand abfließenden Stromes verhindert wird. Der andere Teil dieses Stromes wird durch Erzeugung und Zufuhr eines, dem abfließenden Strom entgegenwirkenden Gegenstromes gleicher Größe ersetzt. Die Abschirmelektrode kann als ein den Widerstand umgebender Abschirmzylinder ausgebildet sein.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige, als ohmscher Spannungsteiler für hohe Spannungen und Frequenzen mit Parallelkapazitäten zur Kompensierung der Induktivität der ohmschen Widerstände ausgebildete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches ist aus der DE-OS 15 16 244 bekannt. Der Spannungsteiler ist in einem Isolierstoffrohr angeordnet, auf dessen Außenseite im achsialen Bereich des Spannungsteilers drei Schichten aufgewickelt sind, und zwar eine metallische Folie, eine Isolierfolie und eine weitere metallische Folie. In dem Isolierstoffrohr ist ferner ein metallisches, glockenförmiges Rohr angeordnet, das auf hohem Potential liegt und als elektrisch leitende Zusatzelektrode den Spannungsteiler gegen Einstreuungen äußerer elektrischer Störfelder schützt.

Bekannt ist auch eine Abschirmung für ohmsche Spannungsteilerwiderstände mit nachfolgendem Operationsverstärker als Spannungsteiler für große Frequenzbereiche, mit der eine Reduzierung des frequenzabhängigen Spannungsteilungsfehlers und die Minimierung größerer Störfelder erzielt wird (DD 1 34 674). Um die Ausbildung störender Kapazitäten zu verhindern und mittels eines Operationsverstärkers die Beeinflussung durch äußere Störfelder zu minimieren, sind die Spannungsteilerwiderstände mit Teilschirmungen versehen, die in die Beschaltung des nachfolgenden Operationsverstärkers einbezogen sind. Es können so invertierende als auch nichtinvertierende Operationsverstärker verwendet werden. Neben den Teilschirmungen sind Zusatzelektroden vorgesehen, die derart angeordnet sind, daß die Teilabschirmungen kapazitiv in dem Maße zunehmend auf die Widerstände einwirken, wie die Kapazität der Zusatzelektrode bezogen auf die Widerstände abnimmt.

Weiterhin ist eine Abschirmung für ohmsche Spannungsteiler-Widerstände zur Verwendung in Spannungsteilern für einen größeren Frequenzbereich bekannt (DD 1 26 801). Um den frequenzabhängigen Spannungsteilungsfehler zu reduzieren, den störenden Einfluß parasitärer Kapazitäten zu verhindern und damit die Notwendigkeit der Anwendung von Kompensationsnetzwerken zu vermeiden, ist eine den abzuschirmenden Widerstand einhüllende Abschirmung vorgesehen. Die Abschirmung ist durch einen schräg über der aktiven Länge des Widerstandes verlaufenden Trennungsschnitt in zwei voneinander isolierte Abschirmungsteile unterteilt. Jedes der beiden Abschirmungsteile ist elektrisch leitend mit demjenigen Widerstandsende verbunden, mit dem es die größere Kapazität bildet. Dadurch wird erreicht, daß eine Verteilung der Kapazität zwischen dem Abschirmungsteil und dem abzuschirmenden Widerstand umgekehrt proportional zur Verteilung der Potentialdifferenz zwischen dem Widerstandsende, mit dem das Abschirmungsteil verbunden ist, und dem anderen Widerstandsende verläuft.

Bei einigen Anwendungsfällen werden Spannungen mit Hilfe eines Spannungsteilers meßtechnisch ermittelt. Dies gilt besonders für Hochspannungen. Fig. 1 zeigt ein einfaches Beispiel eines Spannungsteilers mit den Widerständen R1 und R2. Die an dem Spannungsteiler anliegende Hochspannung ist mit UH bezeichnet, während die Meßspannung UM genannt ist. Die elektrischen Spannungs- und Widerstandswerte sind in der Skizze ebenfalls vermerkt, wobei die Meßspannung UM unter Voraussetzung von rein ohmschen Widerständen R1 und R2 nach allgemein bekannten Formeln errechnet worden ist.

In Fig. 1 ist weiterhin zu jedem Meßwiderstand R1 bzw. R2 eine Parallelkapazität C1 bzw. C2 in gestrichelter Form eingezeichnet. Bei Auftreten derartiger Parallelkapazitäten ist das Übertragungsverhalten nur dann für dynamische Spannungsmessungen brauchbar, wenn eine Kapazität C1, erzeugt wird, die mit dem Widerstand R1 die gleiche Zeitkonstante τ = C1 × R1 bildet wie die Kapazität C2 mit dem Widerstand R2, nämlich τ = C2 × R2. Bei einem räumlich ausgedehnten Meßwiderstand, z. B. Widerstand R1 treten zusätzlich räumlich verteilte Störkapazitäten gegenüber einem verwendeten Chassis auf, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind. Diese Störkapazitäten, die nachteiligerweise eine Einkopplung von Störfeldern in den Meßwiderstand R1 mit sich bringen können und die Anwendung des obenbeschriebenen Kompensationsverfahren unmöglich machen, können durch Abschirmung des Meßwiderstandes R1 mittels einer Schutzelektrode kompensiert werden. Verwendbar ist beispielsweise - wie in Fig. 2 dargestellt ist - ein elektrisch leitender Abschirmzylinder 1, der die Widerstände R1 und R2 des Spannungsteilers umschließt und auf Nullpotential liegt. Nachteiligerweise muß der Durchmesser des Abschirmzylinders 1 so groß bemessen werden, daß nur vernachlässigbar kleine Störkapazitäten gegen ein Chassis auftreten, weil sonst der Spannungsteiler für hohe Frequenzen versagt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die auch die Störkapazitäten zwischen einem Widerstand und einem den Widerstand umgebenden Abschirmzylinder kompensiert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß - entgegen des bisher von den Fachleuten verwendeten Abschirmzylinders mit großem Durchmesser bzw. entgegen der bisher in großem Abstad vom Widerstand verwendeten Abschirmelektrode - ein Abschirmzylinder kleinen Durchmessers bzw. eine Abschirmelektrode in unmittelbarer Nähe des Widerstandes mit Erfolg verwendet werden können.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.

Die Spannungsteiler aus Fig. 3, der zur meßtechnischen Ermittlung von Spannungen dienen kann, weist einen räumlich ausgedehnten Meßwiderstand R3 und einen kleineren, in Reihe geschalteten Widerstand R4 auf. Die Hochspannung UH liegt an dem Hochspannungspunkt 2 des Meßwiderstandes R3 an, während die Meßspannung UM an einem Meßpunkt 3, der an die elektrische Verbindungsleitung zwischen den beiden Widerständen angreift, abnehmbar ist. Der andere Anschlußpunkt des Widerstandes R4 liegt an Masse.

Beide Widerstände sind von einem elektrisch leitenden Abschirmzylinder 4 umgeben, durch den der Meßpunkt 3 hindurch gezogen ist und der mit der Masseleitung elektrisch leitend verbunden ist. Innerhalb des Abschirmzylinders 4 ist eine an den Meßwiderstand R3 räumlich angepaßte elektrisch leitende Zusatz-Abschirmelektrode 5 angeordnet, die durch Anschluß an dem Hochspannungspunkt 2 auf Hochspannungspotential liegt. Sie ist derart ausgebildet, daß der Abschirmzylinder 4 in dem Maße kapazitiv zunehmend auf den Widerstand R3 einwirkt wie die Kapazität der Zusatz-Abschirmelektrode 5 bezogen auf den Meßwiderstand R3 abnimmt. Somit wird die zwischen dem Meßwiderstand R3 und der Zusatz- Abschirmelektrode 5 auftretende Wechselspannung in Richtung des Massepunktes oder Nullpotentialanschlußpunktes 6 immer größer und zwar von Null Volt bis zum Maximalwert UW. Hingegen nimmt die Wechselspannung zwischen dem Meßwiderstand R3 und dem Abschirmzylinder 4 von dem Maximalwert UW bis auf Null Volt ab. Die sich ändernde Kapazität der Zusatz-Abschirmelektrode 5 und die sich ebenfalls ändernde auf den räumlich ausgedehnten Meßwiderstand R3 eingekoppelte Wechselspannung erzeugt mit zunehmenden Abstand zum Hochspannungspotentialpunkt 2 einen dem Meßwiderstand R3 zufließenden Ausgleichsstrom, der den vom Meßwiderstand R3 gegen den Abschirmzylinder 4 abfließenden Strom völlig ersetzt. Es wird somit durch die Zusatz-Abschirmelektrode 5 die Entstehung eines Teiles des durch die Wechselspannung zwischen dem Meßwiderstand R3 und dem Abschirmzylinder 4 bzw. durch die Störkapazitäten bedingten vom Meßwiderstand R3 abfließenden Stromes verhindert, während der andere Teil dieses Stromes durch Erzeugung und Zufuhr eines, dem abfließenden Strom entgegenwirkenden Gegenstromes gleicher Größe ersetzt wird.

Die Zusatz-Abschirmelektrode 5 weist im abgewinkelten Zustand die Form eines dünnschichtigen rechtwinkligen Dreiecks auf, dessen längere Kathete der Länge des Meßwiderstandes R3 entspricht und dessen kürzere Kathete etwas länger als der kreisförmige Umstand des Widerstandes ist. Die Abwicklung der Zusatz-Abschirmelektrode 5 ist neben dem Abschirmzylinder 4 gestrichelt eingezeichnet. Im zusammengewickelten Zustand umschlingt die Zusatz- Abschirmelektrode 5 den Meßwiderstand R3 teilweise, derart, daß im Bereich des Hochspannungsanschlußpunktes 2 der Meßwiderstand R3 vollständig umgeben ist und in Richtung des Nullpotentialanschlußpunktes 6 die Umhüllung des Meßwiderstandes R3 durch die Zusatz-Abschirmelektrode 5 abnimmt. Die Zusatz- Abschirmelektrode 5 umschließt somit nur den Meßwiderstand R3, während der Abschirmzylinder 4 sowohl für den Meßwiderstand R3 allein oder aber - wie in Fig. 3 dargestellt ist - für beide Widerstände R3 und R4 vorgesehen sein kann.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Kompensation von Störkapazitäten zwischen einem Meßwiderstand eines aus mehreren Widerständen bestehenden Spannungsteilers und einem elektrisch leitenden, den Meßwiderstand umgebenden Abschirmzylinder, bei dem zwischen dem Meßwiderstand und dem auf Nullpotential gelegten Abschirmzylinder eine auf Hochspannungspotential liegende, elektrisch leitende Zusatz-Abschirmelektrode angeordnet ist, die den Meßwiderstand im Bereich des Hochspannungsanschlußpunktes vollständig umgibt, wobei der Meßwiderstand an eine Spannung mit Gleich- und Wechselspannungsanteil gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Abschirmzylinders (4) liegende Zusatz-Abschirmelektrode (5) im abgewickelten Zustand die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist, dessen eine Kathete der Länge des Meßwiderstandes (R3) entspricht und dessen andere Kathete länger als der kreisförmige Umfang des Meßwiderstandes (R3) ist, daß die Zusatz-Abschirmelektrode (5) derart um den Meßwiderstand (R3) gewickelt ist, daß die Umhüllung des Meßwiderstandes (R3) durch die Zusatz-Abschirmelektrode (5) in Richtung des Nullpotentialanschlußpunktes (6) abnimmt, daß der Spannungsteiler aus zwei Widerständen (R3, R4) besteht und daß der Abschirmzylinder (4) beide Widerstände (R3, R4) umschließt, während die Zusatz-Abschirmelektrode (5) nur dem Meßwiderstand (R3) zugeordnet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com