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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung von Parametern der Elemente eines komplexen RL- oder RC-Kreises, bestehend aus einer in Abhängigkeit vom Eintreffen eines Steuersignals eine Gleichspannungsquelle an den Eingang des RL- oder RC-Kreises anschliessenden elektronischen Schaltvorrichtung, deren erster Eingang an den Ausgang der Gleichstromquelle geschaltet ist, deren zweiter Eini gang geerdet ist und deren Ausgang über eine Induktivität oder einen ohmschen Widerstand bekannter Grösse mit demAusgang des komplexen RL-oderRC-Kreises und mit dem Eingang einer Vergleichsstufe verbunden ist, die beiErreiohen desNuIlwertes der Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers Impulse an den Eingang einer mit einem Zeitintervallzähler verbundenen Steuereinrichtung abgibt,
wobei der Zeitintervallzähler die Zeitintervalle der Übergangsprozesse des RL- oder RC-Kreises misst und ein weiterer Ausgang des komplexen RL- oder RC-Kreises mit der elektronischen Schaltvorrichtung unmittelbar verbunden ist.
Die vorgeschlagene Einrichtung wird hauptsächlich zum Messen von Parametern der Elemente von komplexen elektrischenRC-undRL-Kreisen verschiedener funktechnischerAnlagen verwendet undkann auch
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RCL-Mikrogebern verwendet werden.
Bei einer derartigen bekannten Einrichtung sendet die Steuereinrichtung nach dem Eintreffen eines äusseren Signals ein Steuersignal zu der Schalteinrichtung, die dadurch den Ausgang der Gleichspannungsquelle an den Eingang des elektrischen Messkreises anschliesst, der aus einem Parallel-RC-Kreis mit einer zu diesem inReihe geschalteten Induktivität oder einem ohmschenWiderstand bekannter Grösse besteht, wobei der Kreis mit dem geerdeten Eingang der Schalteinrichtung direkt verbunden ist.
Nach einer Zeit, die für die praktische Beendigung des Übergangsprozesses in dem elektrischen Messkreis erforderlich ist, gibt die Steuereinrichtung ein Signal an den Zeitintervall-Zähler und an eine Speichereinheit, derenEingangmitdemAusgangdes Messkreises - mit einer Klemme der Induktivität oder des ohmschen Widerstandes bekannter Grösse - und einer Klemme des Parallel-RC-Kreises und dem Ausgang über einen Spannungsteiler mit einem Teilungsverhältnis e-1 mit einem Eingang der Vergleichsstufe verbunden sind. Auf dieses Signal speichert die Speichereinheit die Ausgangsspannung des elektrischen Messkreises, und der Zeitintervall-Zähler wandelt die Spannung in ein proportionales Zeitintervall um, welches gemessen wird.
Die Steuereinrichtung gibt danach ein Signal an die elektronische Schalteinrichtung, die den Eingang des elektrischen Messkreises an ihren geerdeten Eingang anschliesst. Gleichzeitig wird das nächste Zeitintervall gemessen.
Mit der bekannten Einrichtung ist es nicht möglich, eine hohe Messgenauigkeit zu erzielen, da die bei der Messung erhaltenen numerischen Äquivalente der Zeitintervalle nicht in linearer Abhängigkeit zu den Parametern der Elemente eines Parallel-RC-Kreises stehen. Ein numerisches Äquivalent eines Zeitintervalls, dessen Ablauf die Vergleichsstufe fixiert, hängt sowohl von der Grösse der Kapazität C als auch von der
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liegt. Ein wesentlicher Nachteil ergibt sich auch daraus, dass die Parameter der Elemente eines ParallelRL-Kreises nicht gemessen werden können.
Nach Beendigung des ursprünglich hervorgerufenen Übergangsprozesses ist der Strom (und somit auch die Spannung am Ausgang) im elektrischen Messkreis, der in diesem Fall durch die in Reihe geschaltete normale Induktivitätsspule und den an den geerdeten Eingang der elektronischenschaltvorrichtung angeschlossenen Parallel-RL-Stromkreis gebildet ist, nicht durch die Grösse der Induktivität L der Induktivitätsspule des Parallelkreises, sondern durch das Verhältnis der Grössen des Verlustwiderstandes der normalenlnduktivitätsspule undder Induktivitätsspule des Parallelkreises bestimmt.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezählten Nachteile.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, eine Einrichtung zum Messen von Parametern der Elemente eines komplexen Stromkreises zu schaffen, durch die eine Änderung der elektrischen Einwirkungen auf den elektrischen Messkreis, eine Erhöhung der Messgenauigkeit und eine Beschleunigung des Messprozesses erreicht wird.
Die gestellte Aufgabe wirderfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die elektronische Schaltvorrichtung einen Gleichstromverstärker mit einer Parallelgegenkopplung umfasst, dessen Eingang an den Ausgang des komplexen RL-oder RC-Kreises angeschlossen ist und dessen Ausgang mit der Vergleichsstufe verbunden ist, dass ferner an einen weiteren Eingang der elektronischen Schaltvorrichtung eine Gleichstromquelle entgegengesetzter Polarität angeschlossen ist.
Wenn der komplexe Stromkreis als Parallelschaltung eines Widerstandes R und einer Induktivität L ausgebildet ist, ist es zweckmässig, zwischen den Ausgang der elektronischen Schaltung und den Ausgang der Parallelschaltung eineinduktionsspule anzuordnen und die Parallelgegenkopplung des Gleiohstromvorstärkers als Widerstandsgegenkopplung auszubilden.
Wenn der komplexe Stromkreis als Parallelschaltung eines Widerstandes R und einer Kapazität ausgebildet ist, ist es zweckmässig, zwischen den Ausgang der elektronischen Schaltung und den Ausgang der Parallelschaltung einen Widerstand anzuordnen und die Parallelgegenkopplung des Gleichstromverstärkers kapazitiv auszubilden.
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Die vorgeschlagene Einrichtung erhöht die Messgenauigkeit, verkürzt die Messdauer und erweitert den Be- reich der zu messenden Parameter. Die Einrichtung zeichnet sich darüber hinaus durch ihre einfache Kon- struktion und ihre geringen Abmessungen aus.
Die Erfindung ist anHand der nachstehenden erläuternden Beschreibung von Ausführungebeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemässenEinrichtung und Fig. 3 Zeitdiagramme a, b und o der Spannung U.,UundU am zweitenAusgang einer elektronischen Schaltvorrichtung, an ihrem ersten Ausgang bzw. am Ausgang eines Gleichstromverstärkers.
Gemäss Fig. l besteht eine elektronische Schaltvorrichtung--1-- aus elektronischen Schaltern --2, 3,4, 5 und 6--, deren jeder mit einem Transistor bestückt ist. Die elektronische Schaltvorrichtung besitzt drei Eingänge. Den ersten Eingang --7-- bildet der Eingang des Schalters --5--, den zweiten Eingang --8-- bilden die miteinander gekoppelten Eingänge der Schalter --3 und 6-- und den dritten Eingang --9-- bilden die miteinander gekoppelten Eingänge der Schalter --2 und 4--. Der erste Ausgang --10-- der elektronischen Schaltvorrichtung --1-- wird von den miteinander gekoppeltenAusgängen der Schalter --4, 5 und 6-- und der zweite Ausgang --11-- wird von den miteinander gekoppelten Ausgängen der Schalter --2 und 3-- gebildet.
Der zweite Eingang --8-- der elektronischen Schaltvorrichtung --1-- ist geerdet, und der erste Eingang --7-an den Ausgang einer Gleichspannungsquelle --12-- angeschlossen, die als bekannte Schaltung mit Halbleitern ausgeführt ist.
DieEinrichtungistauchmit einer Steuereinrichtung-13-ausgestattet, die ausTriggern-14, 15,16, 17 und 18--, einem Geber --19-- eines vorbestimmten Zeitintervalls - als solcher ist in dieser Ausführungvariante der Einrichtung ein nach bekannter Schaltung ausgeführter monostabiler Multivibrator vorgesehen-und einem nach einer bekannten Schaltung mit zwei Triggern mitRecheneingängen ausgeführten Impulsverteiler --20-- besteht, dessen Ausgänge mit einer Diodenmatrix verbunden sind, welche den Zustand dieser Trigger dechiffriert.
Ein erster Ausgang --21-- des Impulsverteilers --20-- ist mit dem U1"-Eingang des Triggers --18-und dem Eingang des Gebers --19-- des vorbestimmten Zeitintervalls verbunden, dessen Ausgang mit dem "0"-Eingang des Triggers --16-- und dem "1"-Eingang des Triggers --17-- in Verbindung steht. Der zweite Ausgang --22-- des Impulsverteilers --20-- ist mit den "0"-Eingängen der Trigger --17, 14 und 18-- und dem"l"-Ausgang des Triggers --15-- verbunden. Der dritte Ausgang --23-- des Impulsverteilers --20-ist mit dem "0"-Eingang des Triggers --15-- und dem "1"-Eingang des Triggers --17-- verbunden. Die "1"-Eingänge der Trigger --14 und 16-- werden mit dem äusseren Signal der Quelle (nicht gezeigt) beaufschlagt.
Der "1"- und der "0"-Ausgang des Triggers --14-- sind mit den Steuereingängen des Schalters --2 bzw. 3--, und die Ausgänge der Trigger --15, 16 und 17-- mit den Steuereingängen der jeweiligen Schalter --4, 5 und 6-- verbunden.
Der erste Ausgang --10-- der elektronischen Schaltvorrichtung --1-- ist über einen Widerstand bekannter Grösse - in der vorliegenden Variante der Einrichtung wird eine Induktionsspule --24-- verwendet - mit dem Eingang eines Gleichstromverstärkers --25-- mit paralleler Widerstandsgegenkopplung (eine solche
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mit dem Eingang einer Vergleichsstufe --29-- in Verbindung steht, die bei Erreichen des Nullwertes der Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers Impulse an den Eingang der Steuereinrichtung abgibt. Der zweite Eingang der Vergleichsstufe --29-- ist geerdet, und sein Ausgang ist mit dem Eingang des Impulsverteilers --20-- verbunden. Der Gleichstromverstärker --25-- und die Vergleichsstufe --29-- sind als eine integrierte Mikroschaltung ausgeführt.
Die Einrichtung ist auch mit einem Zeitintervallzähler --30-- versehen, der die Zeitintervalle der Übergangsprozesse des RL- oder RC-Kreises misst. Der Zeitintervallzähler --30-- umfasst einen Impulsquarzgenerator --31--, der als eine bekannte Schaltung mit Halbleiterelementen ausgeführt ist, und elektronische
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--32Zähler --34 und 35-- mit digitaler Anzeige. Als solche sind die nach einer bekannten Schaltung ausgeführten dekadischen Hochfrequenz-Impulszähler verwendet. Der Ausgang des Impulsgenerators-31-- ist mit den Eingängen der elektronischen Schalter --32 und 33-- verbunden, deren Ausgänge mit den Eingängen der jeweiligen digitalen Zähler --34 und 35-- in Verbindung stehen.
Der Steuereingang des elektronischen Sehal- ters --32-- ist mit dem Ausgang des Triggers --18-- und der Steuereingang des elektronischen Schalters mit dem Ausgang des Triggers --15-- verbunden.
Der dritte Eingang --9-- der elektronischen Schaltvorrichtung-l-ist mit dem Ausgang einer Gleichspannungsquelle --36-- verbunden, welche der Gleichspannungsquelle --12-- ähnlich ist, jedoch eine gegensinnige Polarität aufweist.
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Möglich ist auch ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung welches dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnlich ist und bei dem der komplexe Schaltkreis aus der Parallelschaltung eines Widerstandes-37- (Fig. 2) und eines Kondensators --38-- besteht. Dabei ist der Widerstand bekannter Grösse ein ohmscher Widerstand --39--, der auf die gleiche Weise wie die normale Induktivitäts- spule-24-- (Fig. 1) geschaltet ist, wobei der Verstärker --25-- (Fig. 2) kapazitiv parallel gegengekoppelt ist. Eine solche Kopplung wird durch die Einschaltung eines Kondensators --40-- in den Gegenkopplungskreis des Verstärkers --25-- erreicht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung funktioniert wie folgt :
EinAussensignal gelangt von einer Quelle an die "1"-Eingänge der Trigger --14-- (Fig.1) und --16-- der Steuereinrichtung-13-- und führt sie in den"r'-Zustand über. Dabei öffnet das Potential, welches von dem "l"-Ausgang des Triggers --14-- abgegriffen wird, den Schalter --22-- der elektronischen Schaltvorrichtung - l- ; das Potential, welches von seinem"0"-Ausgang abgegriffen wird, schliesst den Schalter --3--, und das am Ausgang des Triggers --16-- abgegriffene Potential öffnet den Schalter --5--.
Dies führt dazu, dass über den geöffneten Schalter --2-- an die dem Widerstand --28-- parallelgeschaltete Induktionsspule --27-des komplexen Stromkreises eine negativeGleichspannung -Eo von der Gleichspannungsquelle --36-- und an
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und Us am zweiten Ausgang der elektronischen Schaltvorrichtung, an ihrem ersten Ausgang bzw. am Ausgang des Gleichstromverstärkers dargestellt. Die Spannungen -Eo und +Eo sind in Diagrammen a und b dargestellt.
Der Strom in der Induktionsspule --24--, der einen Bezugsstrom darstellt, steigt vorerst linear an. Das.
Summieren dieses Stroms mit dem Strom, der durch Elemente des komplexen Stromkreises fliesst, erfolgt am Eingang des Gleichstromverstärkers --25--. Unter der Voraussetzung, dass die Grösse der Induktivität Lo der Induktionsspule --24-- kleiner als die Grösse der Induktivität L der Induktionsspule --27-- des komplexen Stromkreises ist, fällt die Änderungsrichtung des Summenstroms mit der des Stroms in der Induktionsspule --24-- zusammen. Der Zeitpunkt, zu dem der Summenstrom die vorgegebene Grösse erreicht hat, wird von der Vergleichsstufe --29-- ermittelt, die die Spannung am Ausgang des Gleichstromverstärkers --25--,
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dem Spannungspegel Null vergleicht.
Erreicht die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers --25-- den Nullpegel, gibt die Vergleichsstufe --29-- das erste Signal an den Impulsverteiler-20--, an dessen ersten
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(Fig. 3, Diagramm c), und das am Ausgang des Triggers --18-- abgegriffene Potential öffnet den Schalter-32des Zeitintervallzählers-30--. Die vom Quarzgenerator --31-- ankommenden Impulse gelangen über den geöffneten Schalter --32-- an den Eingang des digitalen Zählers --34--, der mit der Messung des ersten Zeitintervalls t1 (Fig. 3, Diagramm c) beginnt.
Am Ende des Zeitintervalls To führt der von dem Ausgang des Gebers --19-- des vorbestimmten Zeitintervalls ankommende Impuls den Trigger --16-- in den "0"-Zustand zurück und den Trigger --17-- in den "1"-Zustand über. Der Schalter --5-- schliesst sich, und der Schalter --6-- wird geöffnet. Die Induktionsspule --24-- wird nun über den geöffneten Schalter --6-- an den geerdeten zweiten Eingang --8-- der elektronischen Schaltvorrichtung-l-angeschlossen. Die Stromänderung in der Induktionsspule --24-- hört auf.
Erreicht die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers --25-- den Nullpegel wiederholt, wird am Ausgang der Vergleichsstufe --29-- das zweite Signal abgegriffen. Am zweiten Ausgang -- 22-- des Impulsverteilers --20-- erscheint dabei ein Impuls, welcher die Trigger --14, 17 und 18-- in den "0"-Zustand zurück und den Trigger --15-- in den "1"-Zustand überführt. Die Schalter --2, 6 und 32-schliessen sich, und die Schalter --3, 4 und 33-- werden geöffnet. Der digitale Zähler --34-- beendet die Messung des Zeitintervalls t, und der digitale Zähler --35--, an dessen Eingang über den geöffneten Schalter --33-- Impulse vom Quarzgenerator --31-- zu gelangen beginnen, beginnt mit der Messung des zweiten Zeitintervalls t2 (Fig. 3, Diagramm c).
Der komplexe Stromkreis wird über den geöffneten Schalter --3-- an den geerdeten zweiten Eingang --8-- der elektronischen Schaltvorrichtung --1-- angeschlossen, und die negative
Gleichspannung -Eo, die vorher dem komplexen Stromkreis zugeführt wurde, gelangt nun von dem Ausgang der Gleichspannungsquelle --36-- über den geöffneten Schalter --4-- an die Induktionsspule --24--. In dieser entsteht dabei ein sich linear ändernder Strom, der einen andern Bezugsstrom darstellt, dessen Änderungs-
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früherist.
In dem Moment, da die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers --25-- den Nullpegel erreicht hat, wird am Ausgang der Vergleichsstufe --29-- das dritte Signal abgegriffen, bei welchem am dritten
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Ausgang --23-- des Impulsverteilers --20-- ein Impuls erscheint, welcher die Trigger --17 und 15-- in den "l"-Zustand zurückführt. Die Schalter --33 und 4-- schliessen sich, und der Schalter --6-- wird geöffnet.
Der digitale Zähler --35-- beendet die Messung des Zeitintervalls t2, und die Induktionsspule --24-- wird nun über den geöffneten Schalter --6-- an den geerdeten zweiten Eingang --8-- der elektronischen Schalt- 5 Vorrichtung-l-angeschlossen. Die Schaltung hat sich dabei in den Ausgangszustand rückversetzt.
Nach den erhaltenen und gemessenen Zeitintervallen t1 und t2 kann man eindeutig über die Grösse der
Induktivität L der Induktionsspule-27-- eines komplexen Stromkreises und über die Grösse der aktiven Leit- fähigkeit G =-des Widerstandes-28-- dieses Stromkreises urteilen : R
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Die Wirkungsweise einer andern Variante der Einrichtung zum Messen von Parametern der Elemente eines komplexen Stromkreises ist der oben beschriebenen ähnlich.
Der Unterschied besteht nur darin, dass infolge der Einschaltung des Kondensators --40-- in den Stromkreis der parallelen Gegenkopplung des Gleichstromverstärkers --25-- (Fig. 2) die Ausgangsspannung dieses , Verstärkers --25-- der Grösse der Kapazität C des Kondensators --40-- umgekehrt und dem Integral des Summenstroms direkt proportional ist. Infolge der Verwendung des Widerstandes --39-- als Widerstand bekannter Grösse ist der durch dieses fliessende Strom ein Gleichstrom.
Nach den erhaltenen und gemessenen Zeitintervallen t1 und t2 kann man eindeutig über die Grösse des aktiven Widerstandes R des Widerstandes --37-- und über die Grösse der Kapazität C des Kondensators - des komplexen Stromkreises urteilen :
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Beider Messung von Parametern einzelner RCL-Elemente und von Parametern eines komplexen Strom- kreises gestattet es die vorgeschlagene Einrichtung, durch die Beseitigung von Transformationsfehlern, die durchverluste inKondensatoren undInduktionsspulen, Nichtstabilität der Ansprechschwellen der Vergleichs- stufe sowie durchNichtstabilität der Spannungsquellen hineingetragen werden, die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Die Einrichtung bietet eine Möglichkeit, die in dem elektrischen Messkreis verlorengehende Leistung herabzusetzen, was die Parameter der RC-Folienelemente zu messen und die Umwandlung der Signale der ECL-Mikrogeber in Zeitintervalle gestattet.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion und geringe Abmes- sungen aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Messung von Parametern der Elemente eines komplexen RL- oder RC-Kreises, bestehend aus einer in Abhängigkeit vom Eintreffen eines Steuersignals eine Gleichspannungsquelle an den Eingang des RL- oderRC-Kreises anschliessenden elektronischen Schaltvorrichtung, deren erster Eingang an den Ausgang der Gleichstromquelle geschaltet ist, deren zweiter Eingang geerdet ist und deren Ausgang über eine Induktivität oder einen ohmschen Widerstand bekannter Grösse mit dem Ausgang des komplexen RL- oder RC-Kreises und mit dem Eingang einer Vergleichsstufe verbunden ist, die bei Erreichen des Nullwertes der Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers Impulse an den Eingang einer mit einem Zeitintervallzähler verbundenen Steuereinrichtung abgibt,
wobei der Zeitintervallzähler die Zeitintervalle der Übergangsprozesse des RL- oderRC-Kreises misst und ein weiterer Ausgang des komplexen RL- oder RC-Kreises mit der elektronischen Schaltvorrichtung unmittelbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltvorrichtung (1) einen Gleichstromverstärker (25) mit einer Parallelgegenkopplung umfasst, dessen Eingang an den Ausgang des komplexen RL- oder RC-Kreises (27, 28 ; 37,38) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit der Vergleichsstufe (29) verbunden ist, dass ferner an einen weiteren Eingang (9) der elektronischen Schaltvorrichtung (1) eine Gleichstromquelle (36) entgegengesetzter Polarität angeschlossen ist.