CH660798A5

CH660798A5 - Zusatzschaltung zu einem messwandler.

Info

Publication number: CH660798A5
Application number: CH550583A
Authority: CH
Inventors: Mathis Halder
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1983-10-10
Filing date: 1983-10-10
Publication date: 1987-06-15
Also published as: DE3339496C1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzschaltung zu einem Messwandler, dessen Primärwicklung mittels Schaltkontakte umschaltbar ist. Sie dient der Erhöhung der Messgenauigkeit des Messwandlers.

Es ist bekannt, zur Verkleinerung des Spannungsabfalls in geschlossenen Schaltkontakten und damit zur Verbesserung der Messgenauigkeit von umschaltbaren Messwandlern mehrere parallelgeschaltete teure Goldkontakte zu verwenden und so den Übergangswiderstand der geschlossenen Schaltkontakte zu reduzieren. Es ist ebenfalls bekannt, zur Verkleinerung des Spannungsabfalls in den geschlossenen Schaltkontakten Spannungsfolger einzusetzen, deren Ausgänge auf Anzapfungen der Primärwicklung geführt sind. Die Schaltkontakte sind dann an die hochohmigen Eingänge der Spannungsfolger angeschlossen, so dass nur mehr ein kleiner, praktisch vernachlässigbarer Strom in den Schaltkontakten fliesst. Dies bedingt eine Vielzahl von Spannungsfolgern mit hoher Ausgangsspannung und grossem Leistungsverbrauch sowie mit nicht vernachlässigbarer «Offset»-Spannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung s zur Kompensation des Spannungsabfalls in den Schaltkontakten zu schaffen, die ohne teure Goldkontakte und ohne hohe Leistung verbrauchende Spannungsfolger auskommt und eine Fehlertoleranz-Überwachung und nachfolgende Alarmmeldung ermöglicht.

io Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. 15 Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild eines umschaltbaren Messwandlers mit kompensiertem Spannungsabfall.

Ein umschaltbarer Messwandler 1 besteht aus einem eigentlichen Messwandler 2, nachfolgend nur mehr kurz Messwandler 2 genannt, und mehreren Schaltkontakten. Der 20 Messwandler 2 besitzt eine mehrere Anzapfungen aufweisende Primärwicklung 2a und eine Sekundärwicklung 2b. In der Zeichnung wurde die Anwesenheit von drei Anzapfungen A, B und C angenommen, denen jeweils einer der in diesem Fall drei Schaltkontakte 3a, 4a und 5a des umschalt-25 baren Messwandlers 1 zugeordnet ist. Die Primärwicklung 2a ist somit umschaltbar zwecks Spannungsanpassung an den Pegel einer zu messenden Eingangsspannung ui, wobei jeweils nur einer der Schaltkontakte 3a, 4a oder 5a geschlossen ist. Die Schaltkontakte 3a, 4a und 5a gehören zu 30 je einem Schalter, der jeweils noch einen Hilfsschaltkontakt 3b, 4b oder 5b besitzt. Die Ansteuerung der Schalter 3a; 3b, 4a; 4b und 5a; 5b ist an sich bekannt und daher nicht dargestellt. Alle Schalt- und Hilfsschaltkontakte 3a, 3b, 4a, 4b, 5a und 5b sind normale anspruchslose elektromechanische oder 35 elektronische Schaltkontakte.

Jede Anzapfung A, B und C ist einerseits über ihren zugehörigen Hilfsschaltkontakt 3b, 4b oder 5b mit dem ersten Pol K des Eingangs einer Rückkopplungsschaltung 6 und anderseits über seinen zugehörigen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a 40 mit dem ersten Pol M des Ausgangs der Rückkopplungsschaltung 6 verbunden. Diese besteht mindestens aus einem Transformator, besser jedoch aus einem Eingangstransformator 7, der direkt oder über einen Verstärker 8 mit einem Ausgangtransformator 9 in Kaskade geschaltet ist. Beide 45 Transformatoren 7 und 9 besitzen je eine Primär- und je eine Sekundärwicklung. Die Primärwicklung des Eingangstransformators 7 bildet den Eingang KL und die Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 9 den Ausgang MN der Rückkopplungsschaltung 6. Die zweiten Pole L und N dieses so Eingangs bzw. Ausgangs sind miteinander und mit dem ersten Pol der zu messenden Eingangsspannung uì verbunden, während der zweite Pol der zu messenden Eingangsspannung uì auf den Spannungsbezugspunkt D der Primärwicklung 2a des Messwandlers 2 geführt ist. Der Anschluss 55 der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 9 erfolgt derart, dass die Ausgangsspannung uo der Rückkopplungsschaltung 6 mit der zu messenden Eingangsspannung u. dermassen verknüpft ist, dass diese um den Wert der Ausgangsspannung Uo vergrössert wird.

60 Die zu messende Eingangsspannung ui liegt - verstärkt um die von der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugte Ausgangsspannung Uo - über einen einzigen geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a und der dazugehörigen Anzapfung A, B oder C der Primärwicklung 2a am Eingang des Messwandlers 65 2. Bei Abwesenheit der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugt der Primärstrom des Messwandlers 2 über den geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a einen nicht vernachlässigbar kleinen Spannungsabfall, der als Ungenauigkeit die Messung

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des Messwandlers 2 verfälscht. Bei Vorhandensein der Rückkopplungsschaltung 6 entsteht noch eine zusätzliche Unge-nauigkeit durch den Spannungsabfall, der durch die zu messende Eingangsspannung uì in der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugt wird. Die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung 6 besteht mindestens aus dem dem Eingang K;L über den einzigen geschlossenen Hilfskontakt 3b, 4b oder 5b zugeführten Spannungsabfall über den geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a. Besser jedoch ist es, dass, wie in der einzigen Figur dargestellt, diese Eingangsspannung noch zusätzlich den in der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugten Spannungsabfall enthält und somit aus der Summe beider Spannungsabfälle besteht, da in diesem Fall diese Summe, die ja die Mes-sungenauigkeit verursacht, voll kompensiert wird. Die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung 6 wird im Eingangstransformator 7, im Verstärker 8 und im Ausgangstransformator 9 spannungsmässig verstärkt und anschliessend mit der richtigen Polarität als Ausgangsspannung Uo im Hauptmesskreis wieder eingekoppelt, so dass der bzw. beide die Messungenauigkeit verursachenden Spannungsabfälle kompensiert werden. Der Eingangs- und der Ausgangstransformator 7 und 9 dienen zusätzlich noch der galvanischen Trennung zwischen dem Hauptmesskreis und dem Verstärker 8. Bei einer galvanisch entkoppelten Speisung des Verstärkers 8 kann ein Transformator oder können beide Transformatoren entfallen.

Da der Eingangswiderstand des Verstärkers 8 sehr gross, das heisst theoretisch unendlich ist, fliesst praktisch kein Strom in der Primärwicklung des Eingangstransformators 7 und damit auch nicht in dem einzigen geschlossenen Hilfsschaltkontakt 3b, 4b oder 5b. In diesem Hilfsschaltkontakt entsteht somit kein Spannungsabfall, so dass der volle Spannungsabfall über dem einzigen geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a bzw. der volle Spannungsabfall über der aus der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung 6 und dem einzigen geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a bestehenden Reihenschaltung am Eingang K;Lder Rückkopplungsschaltung 6 ansteht. Der Wert der Eingangs- oder der Ausgangsspannung der letzteren ist ein Mass für den verbleibenden Restfehler. Diese Spannungen können daher zur

Fehlertoleranz-Überwachung verwendet werden und - falls ein gewisser Pegel überschritten wird - eine Alarmmeldung auslösen.

Der Verstärker 8 ist ein beliebiger, mit oder ohne Rück-5 kopplung versehener Verstärker, der z.B. als bekannter invertierender oder nichtinvertierender Verstärker mittels eines Operationsverstärkers aufgebaut ist. Die Rückkopplung, falls vorhanden, kann z.B. mit Hilfe einer zusätzlichen nicht dargestellten dritten Spule des Ausgangstransformators 9 realisiert werden, wobei entweder die Ansteuerung des Verstärkers 8 über die dritte Spule erfolgt oder die dritte Spule als Rückkopplungsimpedanz zwischen dem Ausgang und einem Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist. Im letzten Fall bildet der andere Eingang des Operationsverstärkers den Eingang des Verstärkers 8.

Zahlenbeispiel

Der Übergangswiderstand des geschlossenen Schaltkontaktes 3a, 4a oder 5a sei 300 mß, der Primärstrom des Messwandlers 2 200 mA und die zu messende Eingangsspannung uì60V.

Der Spannungsabfall Ux über dem geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a beträgt:0,3• 0,2=0,06V.

Ohne Kompensation ist der relative Messfehler 0,06V/60V=0,1%.

Mit einer Kompensation gilt für den Restfehler Au,

gemäss dem bekannten Rückkopplungsgesetz, folgende Gleichung:

Au = ( —) • ux - ux/ü = 0,06V/1000 = 60|i V,

1 + ü

N2 N4 mit ü = V = 1000 > 1.

NI N3

N1, N2, N3 und N4 stellen dabei jeweils die Windungszahlen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Eingangstransformators 7 und des Ausgangstransformators 9 dar. V ist die Spannungsverstärkung des Verstärkers 8.

Der relative Messfehler mit vorhandener Kompensation ist somit nur mehr 60|i V/60V = 10-4 %.

IS

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B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

660798 PATENTANSPRÜCH E

1. Zusatzschaltung zu einem Messwandler, dessen Primärwicklung mittels Schaltkontakten umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Rückkopplungs-Schaltung (6) enthält, die zwischen einer zu messenden Eingangsspannung (ui) und dem umschaltbaren Messwandler ( 1 ) dermassen zwischengeschaltet ist, dass die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus dem Spannungsabfall über demjenigen Schaltkontakt besteht, der als einziger geschlossen ist,'und dass die Ausgangsspannung (uo) der Rückkopplungsschaltung (6) dermassen mit der zu messenden Eingangsspannung (uì) verknüpft ist, dass diese um den Wert der Ausgangsspannung (uo) vergrössert ist.

2. Zusatzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie pro Schaltkontakt (3a, 4a, 5a) je einen Hilfs-schaltkontakt (3b, 4b, 5b) enthält, der jeweils zwischen einer zugehörigen Anzapfung (A, B oder C) der Primärwicklung (2a) und einem gemeinsamen Pol des Eingangs der Rückkopplungsschaltung (6) geschaltet ist.

3. Zusatzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung (6) dermassen zwischen der zu messenden Eingangsspannung (ui) und dem umschaltbaren Messwandler (1) zwischengeschaltet ist, dass die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung (6) noch zusätzlich zum Spannungsabfall über demjenigen Schaltkontakt, der als einziger geschlossen ist, den durch die zu messende Eingangsspannung (ui) in der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung (6) erzeugten Spannungsabfall enthält.

4. Zusatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus einem Transformator (7 oder 9) besteht.

5. Zusatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus einem Eingangstransformator (7) und einem Ausgangstransformator (9) besteht, die beide in Kaskade geschaltet sind.

6. Zusatzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangstransformator (7) über einen Verstärker (8) mit dem Ausgangstransformator (9) in Kaskade geschaltet ist.

7. Zusatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus einem Verstärker (8) besteht.

8. Zusatzschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (8) mit einem Eingangstransformator (7) oder einem Ausgangstransformator (9) in Kaskade geschaltet ist.