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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur schnellen Messung von periodischen Wechselspannungen, bestehend aus einem Gleichrichter, einer Integrationsstufe und einem Momentan- wertspeicher.
Die bekannte Anordnung zur Messung von Wechselspannungen besteht aus einem Gleichrichter (Mittelwert-oder Effektivwertgleichrichter), einem Integrator sowie einem Anzeigegerät. Einschwingzeit und Messgenauigkeit dieser Wechselspannungsmesser hängen besonders bei tiefen Frequenzen hauptsächlich von der Integrationszeit des Integrators ab. Die bekannte Messung der periodischen Wechselspannung ist daher mit dem Nachteil behaftet, dass für eine hohe Messgenauigkeit und eine geringe Restwelligkeit des integrierten Signals für tiefe Frequenzen lange Integrationszeiten und lange Einschwingzeiten erforderlich sind. Für den Fall einer kurzen Integrations- und Einschwingzeit wird die Restwelligkeit überaus gross, woraus eine hohe Messunsicherheit entsteht, die dann wieder ganz besonders für tiefe Frequenzen in Erscheinung tritt.
Die DE-AS 1270126 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur niederfrequenten Abtastung hochfrequenter Schwingungszüge. Insbesondere betrifft diese einen Abtastkreis, in welchem die Schwingungsform eines Eingangssignals mittels einer phasensynchronisierten oder phasenstarren Schleife wiedergegeben wird. Insbesondere soll mit dieser Schaltungsanordnung ein Zusammenhang zwischen der Augenblickamplitude des Eingangssignals und dem Ausgangssignal hergestellt werden, wobei im Eingangssignal enthaltene Oberwellen und Seitenbandsignale erhalten bleiben sollen bzw. im Ausgangssignal wieder als Oberwellen und Seitenbänder einer Bezugsoszillatorfrequenz erscheinen sollen.
Bei der Schaltungsanordnung gemäss der DE-AS 1270126 wird jedoch nicht die Frequenzund Phasenlage des Eingangssignals zur Bildung eines Steuersignals herangezogen, sondern eine Phasenbeziehung zwischen einem Bezugssignal und einer bestimmten Frequenzkomponente der Amplitudenänderung der Abtastimpulse wird derart verhindert, dass die Phasenbeziehung konstant bleibt.
Ziel der Erfindung ist es, den Einfluss der Restwelligkeit auf die Messgenauigkeit kleinen Integrationszeitkonstanten durch eine besondere Schaltungsanordnung zu beseitigen, um damit eine hohe Messgenauigkeit bei kurzer Einschwingzeit der Wechselspannungsmessung zu erreichen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass zusätzlich eine Steuerschaltung vorgesehen ist, wobei ein aus der Frequenz und der Phasenlage der zu messenden Wechselspannung abgeleitetes, aus den Nulldurchgängen der der Gleichspannung überlagerten Wechselspannung resultierendes, die Messzeitpunkte für den Momentanwertspeicher bestimmendes Steuersignal dem Steuereingang des Momentanwertspeichers zugeführt ist. Demnach wird der Momentanwertspeicher von einer Steuerstufe gesteuert, die aus der Frequenz und der Phasenlage der zu messenden periodischen Wechselspannung die Messzeitpunkte für den Momentanwertspeicher ableitet.
Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass der Einfluss der grossen Restwelligkeit bei der für kurze Einschwingzeiten erforderlichen kleinen Integrationszeitkonstanten nach Gleichrichtung der Eingangswechselspannung auf das Messergebnis dadurch eliminiert werden kann, dass der Abtastzeitpunkt für den Momentanwertspeicher auf die Nulldurchgänge der der Gleichspannung überlagerten Wechselspannung verlegt wird. Dieses Abtasten der Integratorausgangsspannung über eine oder aber auch mehrere Perioden führt dazu, dass der dem Gleichspannungsanteil überlagerte Wechselspannungsanteil zu Null wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Steuerschaltung eingangsseitig einen Komparator aufweist, auf den eine Verzögerungsschaltung folgt, deren Verzögerungszeit entsprechend der Frequenz der Eingangswechselspannung einstellbar ist und deren Ausgangssignale einer die Messzeitpunkte für den Momentanwertspeicher liefernden Triggerschaltung zugeführt sind.
Der im allgemeinen verwendete Integrator nimmt eine gleitende Integration des zu messenden Signals vor. Für einen solchen Integrator ist demnach die Steuerschaltung zusammengesetzt aus einem Komparator zur Feststellung der Nulldurchgänge des Eingangssignals, dem eine Verzögerungsschaltung mit einstellbarer Verzögerungszeit nachgeschaltet ist, deren Ausgang mit einer Triggerstufe verbunden ist, deren Ausgangssignale zur Steuerung des Momentanwertspeichers dienen. Die Verzögerungsschaltung hat den Zweck, die Signallaufzeit über die Steuerschaltung der Signallaufzeit über die Integrationsstufe anzupassen. Soferne die Frequenz der Eingangswechsel-
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spannung bekannt ist, kann die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung entsprechend, bei- spielsweise von Hand aus oder von einem Steuerrechner, eingestellt werden.
Ist die Frequenz der
Eingangswechselspannung hingegen nicht bekannt, so kann gemäss einem weiteren Merkmal der Er- findung für die Einstellung der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung eine Phasenregel- schleife vorgesehen sein, die zwischen dem Eingang des Komperators und dem Steuereingang der
Verzögerungsschaltung liegt.
Eine weitere zweckmässige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Steuerschaltung aus einem seitlich triggerbaren und entsprechend der Frequenz der zu messenden Wechsel- spannung in seiner Impulsfrequenz einstellbaren Impulsgenerator besteht, dessen Impulse einer die Messzeitpunkte für den Momentanwertspeicher liefernden Triggerschaltung zugeführt sind.
Um auch bei kleinen Integrationszeitkonstanten die notwendigen kurzen Wartezeiten nach dem Anlegen der Eingangswechselspannung zu vermeiden, kann man. durch Steuerung des Messzeitpunktes des Momentanwertspeichers aus der bekannten Signalfrequenz (bzw. Signalperiode) während der Einschwingzeit der Integrationsstufe genau eine Signalperiode lang oder ein Vielfaches davon messen, wobei sich der tatsächliche Messwert entweder aus der Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen ergibt oder der Integrator zur Erreichung eines absoluten Messwertes am Ende einer jeden Messperiode entladen wird.
Die Steuerung des Messzeitpunktes kann mit einem in seiner Frequenz einstellbaren Impulsgenerator erfolgen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Zeichnungen entnommen werden, in denen Fig. 1 die prinzipielle, erfindungsgemässe Schaltungsanordnung zeigt, Fig. 2 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der Steuerschaltung darstellt, Fig. 3 eine Steuerschaltung mit einer Phasenregelschleife zeigt und Fig. 4 eine Steuerschaltung mit einem externen Frequenzgenerator darstellt.
In Fig. 1 ist die bekannte Messanordnung mit dem Gleichrichter --1--, dem Integrator --2-und dem Momentanwertspeicher --3--, an den ein Anzeigegerät --10-- angeschlossen ist, dargestellt. Die erfindungsgemässe Steuerschaltung --4-- ist an den Punkt --B-- angeschlossen, wobei mit --B-- ein Steuereingang des Momentanwertspeichers-3- (sample and hold) bezeichnet ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung --4-- ist in Fig. 2 dargestellt. Mit --5-ist der Komparator bezeichnet, der die Nulldurchgänge der Eingangswechselspannung am Ein- gang --A-- verfasst. Auf den Komparator --5-- folgt die Verzögerungsschaltung --6--, die dazu dient, die Laufzeit des Signals über die Steuerschaltung --4-- der Laufzeit des Signals über den Integrator --2-- anzugleichen. Eine Triggerstufe --7-- nimmt die Signale aus der Verzögerungsschaltung --6-- auf und setzt sie in Steuerimpulse für den Momentanwertspeicher --3-- um. Diese Schaltungsanordnung ist dann verwendbar, wenn die Frequenz der Eingangswechselspannung bekannt ist, so dass die Verzögerungsschaltung von Hand aus oder von einem Steuerrechner eingestellt werden könnte.
Ist die Eingangsfrequenz nicht bekannt, so kann die Steuerschaltung --4-gemäss der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ausgebildet werden. Bei dieser Anordnung ist zur Steuerung der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung eine Phasenregelschleife (PLL-Schaltung) - vorgesehen, deren Eingang ebenfalls im Punkt --A--, dem Eingang des Gleichrichters - -1--, liegt und deren Ausgang, gegebenenfalls über eine Anpassungsschaltung, mit dem Steuereingang der Verzögerungsleitung verbunden ist.
Schliesslich kann, wie Fig. 4 zeigt, die Steuerung des Messzeitpunktes mittels Steuerimpulsen am Steuereingang --B-- des Momentanwertspeichers --3-- erfolgen, die von einem in seiner Frequenz und zeitlichen Impulsfolge einstellbaren Impulsgenerator --9-- erzeugt, der Triggerstufe - zugeführt sind.
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