DE1791225B1 - Anordnung zur messung einer wechselspannung - Google Patents

Anordnung zur messung einer wechselspannung

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DE1791225B1
DE1791225B1 DE19671791225 DE1791225A DE1791225B1 DE 1791225 B1 DE1791225 B1 DE 1791225B1 DE 19671791225 DE19671791225 DE 19671791225 DE 1791225 A DE1791225 A DE 1791225A DE 1791225 B1 DE1791225 B1 DE 1791225B1
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DE19671791225
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Sentralinstitutt for Industriell Forskning
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der einer Umsetzungsvorrichtung eingangsseitig zugeführten Wechselspannung, wobei die Umsetzungsvorrichtung Wechsel- und Gleichspannungen mit einem gleichen Umsetzungsfaktor umsetzt, durch ein elektrisches Kontrollsignal einstellbar ist und ihre Ausgangsspannung nach Gleichrichtung in einer Gleichrichtervorrichtung einem Vergleichskreis nim Vergleichen mit einem Referenzsignal zugeführt wird, wobei das resultierende Differenzsignal einem Verstärker mit großer Verstärkung zugeführt wird, der das Kontrollsignal zur Einstellung des Umsetzungsfaktors abgibt, so daß das Differenzsignal annähernd Null wird.
  • Derartige Me#kreise sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Die üblichsten Kreise dieser Art sind mechanisch gesteuert und umfassen mechanisch bewegliche Teile wie zwei mit Motor-angetriebene Potentiometer auf ein.'er- gemeinsamen Welle mit demselben Teilungsverhältnis in jeder Stellung. Dem einen Potentiometer wird ein unbekanntes Wechselspannungssignal und dem anderen ein bekanntes Gleichspannungssignal zugeführt. Der Motor wird im Verhältnis zu einer Referenzspannung geregelt, bis zwischen Eingangssignal und Referenzsignal Gleichgewicht erreicht ist. Eingestelltes Teilungsverhältnis oder eingestellter Wert des Umsetzungsfaktors, Verstärkung oder Widerstand können dann mit Hilfe des anderen Potentiometers, dem das bekannte Gleichspannungssignal zugeführt wird, als elektrisches Signal abgelesen werden.
  • Die mechanisch beweglichen Teile eines solchen Kreises machen diesen kompliziert, setzen seine Betriebssicherheit stark heräb und sind sehr xplatzaufwendig. Die Anwendung von zwei Potentiometern ergibt außerdem verhältnismäßig große Unsicherheiten während der Messung.
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine einfache und betriebssichere Meßanordnung der eingangs beschriebenen Art, allein mit elektrischen Komponenten, zu schaffen, die eine schnelle und direkte Messung des unbekannten Signals ermöglicht und eine Kreiherstellung mit Hilfe integrierter Kreistechnik zuläßt.
  • Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Anordnung einerx-zweiten Vergleiqhskreis enthält, dem ein zweites Referenzsignal zum Vergleichen mit der von der Ausgangsspannung der Umsetzungsvorrichtung ausgeschiedenen Gleichspannungskomponente und zur Abgabe eines Differenzsignals zugeführt wird, wobei die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers der Eingangsseite der Umsetzungsvorrichtung zugeführt wird und gleichzeitig ein Maß für die der Umsetzungsvorrichtung zugeführte Wechselspannung ist.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin; da# die einfache und kompakte Anordnung mechanisch bewegliche Teile überflüssig macht. Der Wert des unbekannten Signals kann gleichzeitig mit seinem Auftreten gemessen werden. Ferner sind die beiden Potentiometer von einer einzigen Umsetzungsvorrichtung ersetzt worden, so daß dadurch die Meßungenauigkeiten eliminiert sind.
  • Die Wechselspannungs- und Gleichspannungssignale von der Umsetzungsvorrichtung werden zweckmäßigerweise mit Hilfe von Hoch und Tiefpaßfiltern getrennt; diese Filter sollen an den Ausgang der Umsetzungsvorrichtung durch einen Entkopplungskreis angeschlossen sein, um sie in einer solchen Weise von der Umsetzungsvorrichtung zu trennen, daß das Teilungsverhältnis für Wechselspannungs- und Gleich spannungssignal dasselbe wird.
  • Die Umsetzungsvorrichtung kann in an sich bekannter Weise ein Verstärker oder ein Spannungsteiler sein, dessen einer Zweig einen festen Widerstand und dessen anderer Zweig zwei Klemmen umfaßt, zwischen die ein in Übereinstimmung mit einem zugeführten elektrischen Steuersignal veränderbarer Widerstand geschaltet ist, wobei in vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens der veränderbare Widerstand ein Feldeffekttransistor ist, der mit seinen Senken-und Quellenelektroden zwischen die Klemmen geschaltet ist und dessen Torelektrode das Kontrollsignal aufnimmt. Ein solcher Transistor besitzt innerhalb eines gewissen Bereich es zwischen seinen Senken- und Quellenelektroden einen linearen Widerstand, der durch Änderung der Torspannung variiert werden kann.
  • Es ist nicht notwendig, den Zusammenhang zwischen dem Steuersignal und dem Umsetzungsfaktor zu kennen, und der eingestellte Umsetzungsfaktor wird durch direkte Messung mit einem separaten Signal bestimmt; das entweder. durch Frequenz oder Zeit von dem Steuersignal getrennt sein kann.
  • In bevorzugter Weise kann die Gleichrichtervorrichtung ein Effektivwertgleichrichter sein.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild-einer Ausführungsform des Erfindungsgedankens -und-F i g. - Zeine - abgeänderte Afüh.uagsmöglichkeit.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird angewendet zur Messung eines zugeführten Wechselspannungssignals durch Umsetzung desselben in ein Gleichspannungssignal, das zu dem Effektivwert des Wechselspannungssignals proportional ist, selbst wenn dieser Wertinnerhalb großer Bereiche variiert.
  • Man erkennt in F i g. 1 einen elektrischen Kleis, der 5n seinem Eingangskreis eine variable Umsetzungsvorrichtung in Form eines variablen Spannungsteilers umfaßt, welcher seinerseits in:- seinem einen-iZweig zwei Klemmen r1 und r2 und in seinem anderen Zweig einen festen Widerstand R1 umfaßt. Zwischen r1 und r2 ist ein Element R mit einem- hauptsächlich linearen Widerstand geschaltet, der in Übereinstimmung mit einem zugeführten Steuersignal q variiert werden kann.
  • Zwischen den Spannungsteiler und einen ersten Vergleichskreis mit zugeführtem Referenzsignal a sind ein Hochpaßfflter H2 und ein -Signalumwandler D, z. B. in Form eines Effektivwertgleichrichters, geschaltet.
  • Der Vergleichskreis ist mit dem Element R durch einen Verstärker B1 mit hoher Verstärkung zur Verstärkung eines ersten Differenzsignals zwischen dem Ausgangssignal von dem Signalumwandler D und dem Referenzsignal a verbunden. Dieses verstärkte Differenzsignal wird dann als das Kontrollsignal q dem linearen Widerstand R zugeführt, -wodurch der Widerstand mit Hilfe des Signals q variiert wird, bis ein Ab- oder Ausgleich erzielt ist. Ferner umfaßt der Kreis einen Ausgangskreis mit einem Tiefpaßfilter L1, einen zweiten Vergleichskreis, dem ein Referenzsignal b zugeführt wird, und einen zweiten Verstärker B2 zwischen Spannungsteiler und Eingangskreis. Der Verstärker B2 besitzt hohe Verstärkung und verstärkt ein zweites Differenzsignal zwischen dem Ausgangssignal von dem Filter L1 und dem Referenzsignal b. Dem verstärkten Differenzsignal wird ein unbekanntes zugeführtes Wechselspannungssignal X überlagert; es wird dem Effektivwert des unbekannten Signals proportional, für den Fall, daß der Signalumwandler D ein Effektivwertgleichrichter ist. So wird das verstärkte Ungleichheitssignal X1 ein Maß des unbekannten Signals X.
  • Das unbekannte Wechselspannungssignal ist dem Spannungsteiler durch einen weiteren Hochpaßfflter H1 zugeführt, und ein weiterer Tiefpaßfilter L2 ist zwischen den zweiten Verstärker B2 und den Widerstand R1 des Spannungsteilers geschaltet. Es ist ein Entkopplungskreis A vorgesehen, um die beiden Filterkreise von dem Spannungsteiler in einer solchen Weise zu trennen, daß das Teilungsverhältnis für Wechsel- und Gleichspannungssignal dasselbe wird.
  • Der lineare ohmsche Widerstand ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, der mit seinen Quellen- und Senkenelektroden zwischen die Klemmen r1 und r2 geschaltet ist, während die Torelektrode an den Verstärker Bl angeschlossen ist.
  • Die Wirkungsweise des Kreises wird jetzt näher erklärt für den Fall, daß der SignalumwandlerD ein Effektivwertgleichrichter ist: Wenn die Verstärkung in B1 hoch ist, wird das erste Differenzsignal klein oder vernachlässigbar, und der Effektivwert des Wechselspannungssignals Q kann als konstant angesehen werden. Wenn dann das Teilungsverhältnis in dem Spannungsteiler mit oc ; bezeichnet wird, gilt folgende Gleichung: X-o= a. (1) Gleichieitig wird das zweite Differenzsignal mit Hilfe von B2 verstärkt und dem Spannungsteiler zugeführt. Da die Verstärkung in B2 nun hoch ist, wird die Differenz klein, und die Gleichspannungskomponente von dem Spannungsteiler kann als konstant betrachtet werden. Folgende Gleichung gilt: X1 = b. (2) Gleichung (1) eingesetzt in (2) ergibt: X kx. a Dies zeigt, daß zwischen dem Wert des Wechselspannungssignals X und des Ausgangssignals X1 Proportionalität erzielt worden ist.
  • Mittels des beschriebenen Kreises können also Eingang-Wechselspannungssign ale in Ausgang- Gleichspannungssignale derart umgewandelt werden, daß die Gleichspannungssignale beispielsweise dem Effektivwert der Wechselstromsignale gleich sind. Für den Fall, daß andere Signalumwandler als Effektivwertgleichrichter verwendet werden, kann der Schaltkreis auch zur Umwandlung von Wechselstrom- in Gleichstromsignale verwendet werden, die verschiedenen Werten der Wechselstromsignale proportional sind, beispielsweise dem arithmetischen Mittelwert oder dem Spitzenwert einer Wechselspannung, ebenso gut aber auch akustischen Eingangsgeräuschen oder -störungssignalen, falls ein Gerät zur Umwandlung derselben in elektrische Signale Verwendung findet, wie dies nachstehend unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben wird.
  • Der elektrische Kreis der F i g. 2 umfaßt einen Eingangskreis, welcher die zu messenden Wechselstromsignale aufnimmt und einen variablen Verstärker 21 umfaßt. Dieser Verstärker kann entsprechend einem ihm zugeführten Steuersignal variiert werden. - Weiter umfaßt der Schaltkreis einen. Hochpaßfilterkreis mit einem Gerät 23 zur Gleichrichtung von Rauschpegeln.
  • Der Hochpaßfilterkreis weist ferner einen Hochpaßfilter 22 vor dem Gerät 23 auf und ist zwischen den variablen Verstärker 21 und einen ein Vergleichssignal K1 empfangenden Vergleichskreis geschaltet.
  • Ein Verstärker 24 mit hoher Verstärkung ist zur Verstärkung eines ersten Differenzsignals und Zuführung desselben als Einstellsignal in den Verstärker 21 zwischen diesen Vergleichskreis und den variablen Verstärker 21 geschaltet. - Außerdem umfaßt der Schaltkreis einen Ausgangskreis mit einem Tiefpaßfilterkreis, welcher einen zwischen Verstärker 21 und einen ein Vergleichssignal K2 empfangenden Vergleichskreis geschalteten Tiefpaßfilter 25 aufweist. - Schließlich befindet sich zwischen dem Vergleichskreis des Signals K2 und dem Eingang des Verstärkers 21 ein Verstärker 26 mit hoher Verstärkung.
  • Das im Gerät 23 umgewandelte Wechselstromsignal des variablen Verstärkers 21 wird mit dem Signal K1 verglichen.
  • Die Differenz stellt über den Verstärker 24 den variablen Verstärker 21 derart ein, daß beispielsweise der in db gemessene Wert des Rauschens des Wechselstrom-Ausgangssignals des Verstärkers 21 konstant wird. Das Gleichstromsignal des Verstärkers 21 wird durch den Tiefpaßfilter 25 mit dem Signal K2 verglichen und in dem Verstärker 26 derart verstärkt, daß das Gleichstrom-Ausgangssignal des Verstärkers 21 konstant wird. Auf diese Weise wird ein Gleichstromsignal Y proportional einem unbekannten, der Vorrichtung zugeführten Wechselstromsignal.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Messung der einer Umsetzungsvorrichtung eingangsseitig zugeführten Wechselspannung, wobei die Umsetzungsvorrichtung Wechsel- und Gleichspannungen mit einem gleichen Umsetzungsfaktor umsetzt, durch ein elektrisches Kontrollsignal einstellbar ist und ihre Ausgangsspannung nach Gleichrichtung in einer Gleichrichtervorrichtung einem Vergleichskreis zum Vergleichen mit einem Referenzsignal zugeführt wird, wobei das resultierende Differenzsignal einem Verstärker mit großer Verstärkung zugeführt wird, der das Kontrollsignal zur Einstellung des Umsetzungsfaktors abgibt, so daß das Differenzsignal annähernd Null wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Anordnung einen zweiten Vergleichkreis enthält, dem ein zweites Referenzsignal zum Vergleichen mit der von der Ausgangsspannung der Umsetzungsvorrichtung ausgeschiedenen Gleichspannungskomponente und zur Abgabe eines Differenzsignals zugeführt wird, wobei die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers der Eingangsseite der Umsetzungsvorrichtung zugeführt wird und gleichzeitig ein Maß für die der Umsetzungsvorrichtung zugeführte Wechselspannung ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Umsetzungsvorrichtung ein Spannungsteiler ist, dessen einer Zweig einen festen Widerstand und dessen anderer Zweig zwei Klemmen umfaßt, zwischen die ein in Übereinstimmung mit einem zugeführten elektrischen Steuersignal veränderbarer Widerstand geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand ein Feldeffekttransistor ist, der mit seinen Senken- und Quellenelektroden zwischen die Klemmen geschaltet ist und dessen Torelektrode das Kontrollsignal aufnimmt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtervorrichtung ein Effektivwertgleichrichter ist
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4227166C1 (de) * 1992-08-17 1993-04-29 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De

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