AT393742B

AT393742B - Digitaler wechselspannungs-effektivwertmesser

Info

Publication number: AT393742B
Application number: AT905785A
Authority: AT
Inventors: Viktor Viktorovich Litvikh; Valentin Ivanovich Gubar; Julian Mikhailovich Tuz; Viktor Ottovich Rupsky; Mikhail Dmitrievich Krotov; Matti Axelevich Seliste
Original assignee: Ki Polt I
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1991-12-10
Also published as: ATA905785A

Description

AT 393 742 B

Die Erfindung bezieht sich auf die elektrische Meßtechnik, insbesondere auf digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser.

Die wichtigste Forderung, die an digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser gestellt wird, ist ihre hohe Genauigkeit. Ein effektives Mittel zur Erreichung einer hohen Genauigkeit ist die Benutzung der multiplikativen Korrektion des Umwandlungsfaktors von Digital-Spannungsmessem, bei welcher mit Hilfe einer besonderen Testspannung der Korrektionsfaktor berechnet wird und dann bei Wechselspannungsmessung mittels eines zur Spannungsmesserschaltung gehörenden Rechners einberechnet wird.

So enthält ein bekannter digitaler Wechselspannungs-Effektivwertmesser eine Reihenschaltung aus einem Wechselspannungsverstärker, einem Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer, einem Analog· Digital-Wandler, einem digitalen Rechner und einer Test-Wechselspannungsquelle (vgl. z. B. Hewlett-Packard Journal, v. 34, Nr. 2, February 1983; Jack P. Trautman, Lowrence A. Des-Jardin "A portable, low-cost, high-performans digital multimeter for the HP-IL", p.p. 3.. .10).

In diesem Spannungsmesser erfolgt die Korrektion des Umwandlungsfaktors durch Anlegung einer Testspannung von vorgegebener Größe an den Eingang des Spannungsmessers. Diese Spannung wird gemessen, wobei der Korrektionsfaktor als Verhältnis des tatsächlichen Testspannungswertes zum gemessenen Testspannungswert berechnet wird. Bei Messung einer Wechselspannung wird dieser Faktor durch Multiplikation des Ergebnisses der Wechselspannungsmessung mit dem Korrektionsfaktor im Rechner berücksichtigt Dadurch wird es möglich, den Hauptfehler des Spannungsmessers zu beseitigen. Aber ein zusätzlicher Fehler, der durch die Nichtlinearität der Kennlinie des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers bedingt ist, wird bei konstantem Testspannungswert nicht eliminiert.

Um den Fehler infolge der Nichtlinearität kleiner zu halten, muß eine dem Wert der zu messenden Spannung möglichst nahe liegende Testspannung erzeugt werden.

In einem anderen bekannten digitalen Wechselspannungs-Effektivwertmesser (vgl. den sowjetischen Urheberschein Nr. 606207, bekanntgemacht im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen, gewerbliche Muster und Warenzeichen", Nr. 17, 1978) ist der infolge der Nichtlinearität entstehende und für den vorstehend beschriebenen Spannungsmesser charakteristische Fehler bedeutend verringert. Dieser Spannungsmesser enthält - in Reihe geschaltet - einen Wechselspannungsverstäiker, einen Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer und einen Analog-Digital-Rechner sowie einen Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler, einen Analogspeicher und Umschalter. Dieser Spannungsmesser arbeitet in zwei Takten. Im ersten Takt wird die gemessene Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt, die im Analogspeicher gespeichert wird. Im zweiten Takt wird diese Gleichspannung vom Gleichspannungs-Wechselspannungs-Wandler in eine Testspannung umgeformt Die Testspannung wird dem Eingang des Digitalspannungsmessers zugeführt und in eine Gleichspannung umgewandelt Im Analog-Digital-Rechner wird der Korrektionsfaktor als Verhältnis der zur Bildung der Testspannung benutzten Gleichspannung zur Gleichspannung berechnet die als Ergebnis der Umwandlung der Testspannung erhalten wird. Das Meßergebnis wird im Analog-Digital-Rechner durch Multiplikation der sich nach der Umformung der zu messenden Wechselspannung ergebenden Gleichspannung mit dem Korrektionsfaktor gebildet

Da die Testspannung im beschriebenen Spannungsmesser proportional der zu messenden Spannung, d. h. betragsmäßig nahe der zu messenden Spannung erzeugt wird, so verringert sich der durch Nichtlinearität hervorgerufene Fehler in bedeutendem Maße, und zwar um so mehr, je näher die Testspannung und die zu messende Spannung einander sind. ln den beschriebenen Spannungsmessem wird der Umwandlungsfaktor nur bei einer Frequenz korrigiert die dar Frequenz der Testspannung entspricht Indessen ist die Hauptursache der begrenzten Genauigkeit von breitbandigen Wechselspannungs-Effektivwertmessem mit einem Frequenzbereich bis 100 MHz der Frequenzfehler des Wechselspannungsverstärkers, der zur Schaltung des Spannungsmessers gehört Um den Frequenzfehler des Wechselspannungsverstärkers herabzusetzen, muß die Testspannung mit gleicher spektraler Zusammensetzung wie die zu messende Spannung erzeugt werden, was mit Hilfe eines Testkanals realisiert wird.

Es ist ein breitbandiger Wechselspannungsmesser bekannt der einen Meßkanal und einen Testkanal enthält In jedem dieser Kanäle sind ein Umschalter, ein Wechselspannungsverstärker und ein Wechselspannungs-Gleich-spannungs-Umformer in Reihe geschaltet wobei die Ausgänge der Kanäle an die Eingänge eines Analogrechners angeschlossen sind, und der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers des Testkanals über einen Spannungsteiler am osten Eingang des Umschalters im Meßkanal liegt dessen zweiter Eingang mit dem osten Eingang des Umschalters des Testkanals verbunden ist und als Eingang des Spannungsmessers dient während der zweite Eingang des Umschalters des Testkanals an die gemeinsame Schiene angeschlossen ist (vgl. den SU-Urheberschein Nr. 478258, bekanntgemacht im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen, gewerbliche Muster und Warenzeichen" Nr. 27,1975).

In diesem Spannungsmesser wird die Testspannung am Ausgang des Spannungsteilos durch Vostärkung der zu messenden Spannung im Wechselspannungsverstärko und durch ihre nachfolgende Abschwächung im Span-nungsteilo erzeugt Infolgedessen entspricht die Testspannung nach ihrer spektralen Zusammensetzung der Meßspannung. Der Korrektionsfaktor wird im Analogrechner als Verhältnis der Gleichspannung, die sich im Ergebnis der Umformung am Ausgang des Verstärkers im Testkanal ogibt (und folglich do Testspannung proportional ist), zur Gleichspannung, die im Ergebnis do Umwandlung do Testspannung im Meßkanal erhalten wird. Bei -2-

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Anlegung der zu messenden Wechselspannung an den Eingang des Meßkanals wird der Korrektionsfaktor durch seine Multiplikation mit der Gleichspannung berücksichtigt, die im Ergebnis da* Meßspannungsumformung im Meßkanal erzeugt wird. Dadurch wird es möglich, sowohl den Fehl«- infolge der Nichtlinearität als auch den Frequenzfehler des Meßkanals herabzusetzen. Bei diesem Spannungsmesser ist aber der Fehler des Umwandlungs-5 faktors des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers des Tesfkanals im Meßergebnisfehler ganz mit ein begriffen.

Bekannt ist auch ein digitaler Wechselspannungs-Effektivwertmesser (vgl. den SU-Urheberschein Nr. 473958, bekanntgemacht im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen, gewerbliche Must»- und Warenzeichen" Nr. 22,1975), in dem der Einfluß des Umwandlungsfaktorfehlers des Wechselspannungseflsktivwert-Gleichspannungs-Umfor-10 mers des Testkanals auf den Meßergebnisfehler im Vergleich zum vorstehend beschriebenen Spannungsmesser bedeutend klein» ist

Der Spannungsmesser enthält einen Meßkanal und einen Textkanal, wobei jeder dieser Kanäle aus einem Umschalter, einem mit diesem in Reihe liegenden Wechselspannungsverstärker und einem dahinter geschalteten Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer besteht, dessen Eingang im Meßkanal am Ausgang 15 des Wechselspannungsverstärkers dieses Kanals liegt und dessen Ausgang an den ersten Eingang eines Analog-Digital-Rechners angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang an den Ausgang des Wechselspannungs-effektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals geschaltet ist und der Ausgang mit ein» Anzeigeeinheit verbunden ist, während der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers des Testkanals über einen »sten Spannungsteiler auf den ersten Eingang des Umschalters des Meßkanals geführt ist, dessen zweiter Eingang mit 20 dem ersten Eingang des Umschalters des Testkanals verbunden ist und als Eingang des Digitalspannungsmessers dient, während der zweite Eingang des Umschalters des Testkanals an die gemeinsame Schiene geschaltet ist, der Ausgang des Wechselspannungseffeküvwert-Gleichspannungs-Umformers des Meßkanals am Eingang eines zweiten Spannungsteilers liegt, dessen Ausgang an den »sten Eingang eines Schalters angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang mit dem Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des 25 Testkanals elektrisch verbunden ist, wobei d» Spannungsmesser auch eine Steuereinheit enthält, deren Ausgänge an den Steuereingängen des Umschalters im Meß- und Testkanal sowie des Schalters und des Analog-Digital-Rechners liegen.

Bei diesem Spannungsmesser hat der Schalter einen dritten Eingang,'der an den Ausgang des Wechselspannungsverstärkers des Testkanals angeschlossen ist. Dabei wird der Eingang des Wechselspannungseffektivwert-30 Gleichspannungs-Umformers des Testkanals über diesen Schalter entweder mit dem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers oder mit dem Ausgang des zweiten Spannungsteilers verbunden. Im Spannungsmesser wird ein elektronischer Schalter verwendet, da elektromechanische Schalter (Relais) infolge ihrer kurzen ausfallsfreien Zeit nicht benutzt werden können.

In diesem ebenso wie im vorher beschriebenen Spannungsmesser wird mit Hilfe der am Ausgang des »sten 35 Spannungsteilers erhaltenen Testspannng die Korrektion des Umwandlungsfaktors des ganzen Meßkanals durch Berechnung des Korrektionsfaktors durchgeführt, der bei der Messung im Analog-Digital-Rechn» einberechn» wird. Außerdem erfolgt mit Hilfe der am Ausgang des zweiten Spannungsteilers erzeugten Testspannung die Korrektion des Umwandlungsfaktors des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals durch Berechnung eines zweiten Korrektionsfaktors, der ebenfalls bei Messung der Wechselspannung 40 berücksichtigt wird. Dadurch wird es möglich, den Fehler des Umwandlungsfaktors dieses Umformers zu reduzieren.

Das Vorhandensein des elektronischen Schalters am Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspan-nungs-Umformers des Testkanals begrenzt aber die Genauigkeit dieses Spannungsmessers. Da die Test-Wechselspannung diesen Schalter nicht passiert, wird sein Übertragungsfaktor nicht korrigiert, und der Fehler dieses 45 Übertragungsfaktors ist im resultierenden Meßfehler voll einbegriffen. Da der elektronische Schalter am Eingang des genannten Umformers die Wechselspannung und die Gleichspannung kommutiert, muß er einen sehr kleinen Übergangswiderstand für die Gleichspannung haben (wenn man einen kleinen Eingangswiderstand des Wechsel-spannungs-Effektivwertumformers in Betracht zieht). Er muß im Sperrzustand die Unterdrückung der breitbandigen Wechselspannung gewährleisten und einen kleinen Übergangswiderstand sowie eine gleichmäßige 50 Frequenzkennlinie für die Wechselspannung im offenen Zustand haben. Auß»dem muß er die Übertragung mit dem Amplitudenfaktor von 1 bis 10 zum Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer gewährleisten. Ein derartiger elektronischer Schalter hat einen Fehler, der mit dem Fehler des Wechselspannungsverstärkers kommensurabel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Wechselspannungs-Effektivwertmesser zu ent-55 wickeln, in dem die Umschaltung der Wechselspannung vom Ausgang des Verstärkers des Testkanals und der Gleichspannung vom Ausgang des zweiten Spannungsteilers auf den Eingang des Wechselspannungs-Effektiv-wertumformers des Testkanals die Möglichkeit gibt, den vom Schalter hervorgerufenen Fehler auszuschließen und die Meßgenauigkeit des digitalen Spannungsmessers zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird im digitalen Wechselspannungs-Effektivwertmesser gelöst, der einen Meßkanal und einen 60 Testkanal enthält, wobei jeder dieser Kanäle aus einem Umschalter, einem mit diesem in Reihe liegenden Wechselspannungsverstärker und einem dahinter geschalteten Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umform» besteht, dessen Eingang im Meßkanal am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers dieses Kanals -3-

AT 393 742 B liegt und dessen Ausgang an den eisten Eingang eines Analog-Digital-Rechners angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang an den Ausgang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals geschaltet ist und der Ausgang mit einer Anzeigeeinheit verbunden ist, während der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers des Testkanals über einen ersten Spannungsteiler auf den ersten Eingang des Umschalters des Meßkanals geführt ist, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Eingang des Umschalters des Testkanals verbunden ist und als Eingang des Digitalspannungsmessers dient, während der zweite Eingang des Umschalters des Testkanals an die gemeinsame Schiene geschaltet ist, der Ausgang des Wechselspannungseffektivwert-Gleich-spannungs-Umformers des Meßkanals am Eingang eines zweiten Spannungsteilers liegt, dessen Ausgang an den ersten Eingang eines Schalters angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang mit dem Eingang des Wechselspan-nungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals elektrisch verbunden ist, wobei der Spannungsmesser auch eine Steuereinheit enthält, deren Ausgänge an den Steuereingängen der Umschalter im Meß- und Testkanal sowie des Schalters und des Analog-Digital-Rechners liegen, und der erfindungsgemäß einen Integrierverstärker enthält, bei dem der erste Eingang an den zweiten Eingang des Schalters angeschlossen ist, der zweite Eingang am Ausgang des Wechselspannungsverstäikers des Testkanals liegt und der Ausgang an den Steuereingang dieses Wechselspannungsverstäikers geschaltet ist, wobei dm- Ausgang des Wechselspannungsverstärkers des Testkanals auf den Eingang des Wechselspannungs-Effektivwert-Gleichspannungs-Umformers dieses Kanals geführt ist.

Dieser digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser ermöglicht es, die Meßgenauigkeit um mehr als das Doppelte zu erhöhen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines konkreten Beispiels ihrer Ausführung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert Hierbei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des digitalen Wechselspannung-EfFektivwertmessers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Spannung am Ausgang des Integrators des Analog-Digital-Rechners.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Der digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser enthält einen Meßkanal (1) (Fig. 1), der aus einem Umschalter (2), einem mit diesem in Reihe liegenden Wechselspannungsverstärker (3) und einem dahinter geschalteten Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer (4) besteht, sowie einen ähnlichen Testkanal (5), in dem ein Umschalter (6), ein Wechselspannungsverstärker (7) und ein Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungsumformer (8) in Reihe geschaltet sind. Der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) ist über einen ersten Spannungsteiler (9) an den ersten Eingang des Umschalters (2) angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Eingang des Umschalters (6) verbunden ist und als Eingang des Spannungsmessers benutzt wird. Der zweite Eingang des Umschalters (6) ist mit der gemeinsamen Schiene verbunden.

Der Ausgang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (4) ist an den Eingang des zweiten Spannungsteilers (10) angeschlossen, dessen Ausgang am ersten Eingang eines Schalters (11) liegt, bei dem der zweite Eingang an den ersten Eingang eines Integrierverstärkers (12) geschaltet ist, dessen zweiter Eingang am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) liegt. Der Ausgang des Integrierverstärkers (12) ist an den Steuereingang des Wechselspannungsverstäikers (7) angeschaltet.

Bei dieser Ausführungsvariante des Digitalspannungsmessers ist der Integrierverstärker (12) auf der Basis eines Operationsverstärkers (13) aufgebaut, in dessen Gegenkopplungszweig ein Kondensator (14) liegt, wobei der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers (13) über einen Widerstand (15) mit der gemeinsamen Schiene verbunden ist, während sein invertierender Eingang über einen Widerstand (16) an den zweiten Eingang des Integrierverstärkers (12) geschaltet ist

Der Ausgang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (8) ist an den zweiten Eingang eines Analog-Digital-Rechners (17) angeschlossen, an dessen erstem Eingang der Ausgang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (4) liegt

Bei dieser Ausführungsvariante des Digitalspannungsmessras enthält der Analog-Digital-Rechner (17) einen Integrator (18), bei dem der Ausgang an den Eingang eines Nullorgans (19) geschaltet ist und der Eingang über einen Schalter (20) an den zweiten Eingang des Analog-Digital-Rechners (17), über einen Schalter (21) und einen hinter ihm liegenden Inverter (22) an den ersten Eingang des Analog-Digital-Rechners (17) und über einen Schalter (23) an eine Referenzspannungsquelle (24) des Rechners (17) angeschlossen ist Der Integrator (18) stellt einen Operationsverstärker (25) dar, bei dem am invertierenden Eingang ein Widerstand (26) und ein Kondensator (27) liegen, wobei der letztere einen Gegenkopplungszweig bildet

Der Analog-Digital-Rechner (17) enthält auch einen Zeitintervall-Digitalkode-Umsetzer (28), dessen Eingang an den Ausgang des Nullorgans (19) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einer Anzeigeeinheit (29) des Digitalspannungsmessers verbunden ist -4-

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Zum Digitalspannungsmesser gehört eine Steuereinheit (30), bei der die entsprechenden Ausgänge an den Steuereingängen der Umschalter (2 und 6), des Schalters (11) und des Analog-Digital-Rechners (17), nämlich an den Steuereingängen der Schalter (20,21,23) und des Umsetzers (28) liegen.

Der digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser arbeitet in zwei Talden wie folgt Im ersten Takt befinden sich die Umschalter (2 und 6) in der Stellung T und der Schalter (11) ist geöffnet. Die zu messende Spannung Ux gelangt über den Umschalter (6) zum Eingang des Wechselspan-nungsverstäikers (7), wird hier verstärkt und erscheint am Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Um-former (8). Da der erste Eingang des Integrierverstärkers (12) das Nullpotential führt, ist die Gleichkomponente der Ausgangsspannung des Verstärkers (7) und also der Eingangsspannung des Umformers (8) gleich Null. Deshalb ist die Gleichspannung Uj am Eingang des Umformers (8) nur dem Effektivwert der Meßspannung Ux proportional und wird durch die Beziehung U1=Ux.K7.(l+y7). Kg. (1+γ8) bestimmt Darin bedeuten

Ky, Kg den Nennverstärkungsfaktor des Wechselspannungsverstärkers (7) bzw. den Nennumwandlungsfaktor des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (8),

Yy, Yg den Multiplikativ-(Frequenz)-Fehler des Verstärkers (7) bzw. den Multiplikativfehler des Umformers (8).

Vom Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) wird die Wechselspannung über den ersten Spannungsteiler (9) und den Umschalter (2) dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers (3) als Testspannung Uqj zugeführt:

Uoi-XJx.Ry.a+Ttf.K* wobei Kg der Nennübertragungsfaktor des ersten Spannungsteilers (9) ist 1

Da der Beziehung zwischen Ky und Kg die Bedingung Kg =-auferlegt wird, ist die Testspannung Uqj K7 der Meßspannung Ux bis auf den Fehler des Wechselspannungsverstärkers (7) genau gleich, d. h. kann durch die Beziehung %=UX(1+Yy) dargestellt werden und entspricht nach ihrer spektralen Zusammensetzung der Spannung Ux.

Die am Ausgang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (4) liegende Gleichspannung U2 berechnet sich zu U2 = U0i.K3(l+Y3).K4(1 + Y4) =

UxKy (1 +γ7). Kg . K3 (Ι + Ύ3) · K4 (1 +Ύ4)’

Darin sind K3, K4, Kg der Nennverstärkungsfaktor des Wechselspannungsverstärkers (3) bzw. da1 Nennumwandlungsfaktor des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (4) und der Nennteilungsfaktor des Spannungsteilers (9); γ3, γ4 der muliplikative (Frequenz) Fehler des Verstärkers (3) und der multiplikative Fehler des Umformers (4).

Im Analog-Digital-Rechner (17) wird der erste Korrektionsfaktor Kqj berechnet, der sich aus der Beziehung % = Uj/U2 = K8 (1 + γ8) / Kg. K3 (1 + γ3) K4 (1 + γ4) ergibt

Im zweiten Takt werden die Umschalter (2 und 6) in die Stellung "Π" umgestellt, der Schalter (11) wird geschlossen. Die Meßspannung Ux gelangt über den Umschalter (2) zum Eingang des Wechselspan- -5-

AT 393 742 B nungsverstärkers (3), wird verstärkt und vom Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformer (4) in eine Gleichspannung U3 umgewandelt, die durch den Ausdruck U3 = Ux. K3 (i + γ3). K4 (i + y4) bestimmt wird.

Die Gleichspannung U3 wird über den zweiten Spannungsteiler (10) mit einem Nennteilungsfaktor Kjq und über den geschlossenen Schalter (11) als Testspannung Uq2 dem ersten Eingang des Integrierverstärkers (12) zugefuhrt. Der Integrierverstärker (12) beeinflußt den Steuereingang des Wechselspannungsverstärkers (7) und ändert dadurch seinen Gleichstrombetrieb in der Weise, daß die Gleichspannung am zweiten Eingang des Integrierverstärkers (12) und folglich die Spannung am Eingang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Um-formers (8) der Gleichspannung am osten Eingang des Integrierverstärkers (12), d. h. der Spannung Uq2 gleich wird. Da der Eingang des Wechselspannungsverstärkers (7) Ober den Umschalter (6) mit der gemeinsamen Schiene verbunden ist, liegt am Eingang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (8) nur die Gleichspannung Uq2> die in eine Gleichspannung U4 umgewandelt wird, welche sich aus dem folgenden Ausdruck ergibt; υ4 = υ02.Κ8(1 + γ8) = υχ.Κ3(1+γ3).Κ4(1+γ4).Κ10.Κ8(1+γ8).

Im Analog-Digital-Rechner (17) wird der zweite Korrektionsfaktor Kq2 berechnet, der sich wie folgt bestimmen läßt:

Kq2 = u3/u4 = 1 / K10. Kg (1 + γ8), sowie wird das korrigierte Meßergebnis Νχ durch Multiplikation der Spannung U3 mit dem ersten und dem zweiten Korrektionsfaktor Kqj und Kq2 gebildet Dabei ist Ν*-03·%·%-ννΚιο.

Aus dem letzten Ausdruck ist ersichtlich, daß im Meßergebnis dank der angewandten Korrektion nicht mehr Fehler der Wechselspannungsverstärker (3,7) und der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformer (4,8) eingeschlossen sind. Am Eingang des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers (8) erfolgt außerdem die Kommutierung der vom Ausgang des Wechselspannungsverstärkers gelieferten Wechselspannung und der Gleichspannung Uq2 vom Ausgang des Spannungsteilers (10) ohne Einfügung eines zusätzlichen Fehlers, der die Genauigkeit der Wechselspannungs-EffektivwerUnessung beeinflußt.

Der Analog-Digital-Rechner (17) ist auf der Basis eines Gleichspannungs-Zeitintervall-Umsetzers realisiert, der nach dem Prinzip der Doppeltintegration funktioniert. Bis zum Zeitpunkt tQ, der in dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm gezeigt ist, in dem auf der Abszissenachse die Zeit t und auf der Ordinatenachse die Spannung U am Ausgang des Integrators (18) (Fig. 1) aufgetragen sind, bleiben die Schalter (20, 21 und 23) offen. Im Zeitpunkt tQ wird der Schalter (20) nach einem von der Steuereinheit (30) abgegebenen Signal für die Zeit TQ (Fig. 2) geschlossen. Der Kondensator (27) (Fig. 1) des Integrators (18) wird mit der Spannung Uj (Fig. 2) aufgeladen. Im Zeitpunkt t j nach Ablauf der Zeit TQ öffnet die Einheit (30) (Fig. 1) den Schalter (20) und schließt den Schalter (21). Die Spannung U2 wird vom Inverter (22) invertiert und gelangt als Spannung (-¾) an den Eingang des Integrators (18), wobei sie die Entladung des Kondensators (27) bewirkt Im Zeitpunkt t2 (Fig. 2), in dem die Spannung am Ausgang des Integrators (18) (Fig. 1) gleich Null wird, spricht das Nullorgan (19) an und öffnet über die Steuereinheit (30) den Schalter (21). Das Zeitintervall T^, in dem sich der Kondensator (27) des Integrators (18) endädt, ergibt sich aus der Beziehung:

Vui=Ti-u2· d. h. ist

VToW -6-

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Also ist das Zeitintervall Tj dem eisten Korrektionsfaktor Kqj proportional:

Tl = To%

Im zweiten Takt wild der Schalter (21) im Zeitpunkt t3 (Fig. 2) nach einem Signal von der Steuereinheit (30) (Fig. 1) für die Zeit Tj geschlossen. Der Kondensator (27) des Integrators (18) wird mit der Spannung (-U3) aufgeladen. Nach Ablauf des Zeitintervalls Tj öffnet die Steuereinheit (30) im Zeitpunkt t4 (Fig. 2) den Schalter (21) (Fig. 1) und schließt den Schalter (20). Die Spannung U4 gelangt an den Eingang des Integrators (18) und bewirkt die Endadung des Kondensators (27). Im Zeitpunkt t^ (Fig. 2), da die Ausgangsspannung des Integrators (18) (Fig. 1) gleich Null wird, spricht das Nullorgan (19) an, welches über die Steuereinheit (30) den Schalt»' (20) öffnet. Das Zeitintervall T2, in dem sich der Kondensator (27) des Integrators (18) entlädt, ergibt sich aus der Beziehung: T1.U3-T2.U4 und ist also T2=Tj (U3/U4) = T0 (Uj/Uj) (U3/U4)

Folglich ist das Zeitintervall T2 dem Produkt aus den Korrektionsfaktoren Kqj und Kq2 proportional: T2 = To % ^2-

Im Zeitpunkt Tg (Fig. 2) wird der Schalter (21) nach einem Signal von der Steuereinheit (30) (Fig. 1) für die Zeit T2 geschlossen. Der Kondensator (27) des Integrators (18) wird mit der Spannung (-U3) aufgeladen. Nach Ablauf des Zeitintervalls T2 öffnet die Steuereinheit (30) im Zeitpunkt Ιη (Fig. 2) den Schalter (21) und schließt den Schalter (23). Die Spannung U0 gelangt vom Ausgang der Referenzspannungsquelle (24) (Fig. 1) an den Eingang des Integrators (18) und bewirkt die Entladung des Kondensators (27). Im Zeitpunkt tg (Fig. 2) wird die Spannung am Ausgang des Integrators (18) (Fig. 1) gleich Null und spricht das Nullorgan (19) an, welches über die Steuereinheit (30) den Schalt»- (23) öffnet Das Zeitintervall T3, in dem sich der Kondensator (27) entlädt, ergibt sich aus der Beziehung: T2U3 = T3U0 und ist also T3 = T2 (Uj/iy=(Tjj/Uq) . u3 (Uj/Uj) (U3/u4)= =σουο).υ3.κ01.κ02.

Damit ist das Zeitintervall T3 dem Produkt aus der Spannung U3 mal Korrektionsfaktoren Kqj und Kq2 proportional. Im Umsetzer (28) wird das Zeitintervall T3 in den Kode Νχ = U3 . Kqj . Kq2 umgewandelt, der das korrigierte Ergebnis der Messung des Wechselspannungs-Effektivwertes darstellt und nach einem Signal von der Steuereinheit (30) d»* Anzeigeeinheit (29) zugeführt wird.

Gewerbliche Anwendbaikeit

Der digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser kann bei der Entwicklung und Untersuchung von elektronischen und funktechnischen Geräten und Bauelementen zur genauen Messung des Wechselspannungs-Effektiv-wertes in einem breiten Frequenzbereich sowie im Bestand von Informations-Meßsystemen und von Systemen zur Parameterprüfung bei elektronischen Einrichtungen benutzt werden. -7-

Claims

AT 393 742 B PATENTANSPRUCH Digitaler Wechselspannungs-Effektivwertmesser, der einen Meßkanal und einen Testkanal enthält, wobei jeder dieser Kanäle aus einem Umschalter, einem mit diesem in Reihe liegenden Wechselspannungsverstärker und einem dahinter geschalteten Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer besteht, dessen Eingang im Meßkanal am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers dieses Kanals liegt und dessen Ausgang an den osten Eingang eines Analog-Digital-Rechners angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang an den Ausgang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals geschaltet ist und der Ausgang mit einer Anzeigeeinheit verbunden ist, während der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers des Testkanals über einen eisten Spannungsteiler auf den osten Eingang des Umschalters des Meßkanals geführt ist, dessen zweiter Eingang mit dem osten Eingang des Umschalters des Testkanals vobunden ist und als Eingang des Digitalspannungsmessers dient, während der zweite Eingang des Umschalters des Testkanals an die gemeinsame Schioie geschaltet ist, do Ausgang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Meßkanals am Eingang eines zweiten Spannungsteilers liegt, dessen Ausgang an den ersten Eingang eines Schalters angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang mit dem Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals elektrisch vobunden ist, wobei der Spannungsmesser auch eine Steuereinheit enthält, deren Ausgänge an den Steuereingängen der Umschalter im Meß- und Testkanal sowie des Schalters und des Analog-Digital-Rechners liegen, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Integrierverstärkers (12), bei dem do erste Eingang an den zweiten Eingang des Schalters (11) angeschlossen ist, do zweite Eingang am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) des Testkanals (5) liegt und der Ausgang an den Steuoeingang dieses Wechselspannungsverstärkos (7) geschaltet ist, wobei der Ausgang des Wechselspannungsvostärkos (7) auf den Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers (8) geführt ist Hiezu
2 Blatt Zeichnungen -8-