CH669674A5

CH669674A5 -

Info

Publication number: CH669674A5
Application number: CH383386A
Authority: CH
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: 1986-01-25
Publication date: 1989-03-31
Also published as: GB2180354A; FI863493A; HUT41134A; SE453538B; FI863493A0; WO1986004425A1; HU195010B; DE3590720T1; GB2180354B; SE8603650L; SE8603650D0; GB8621310D0

Description

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PATENTANSPRUCH Digitaler Wechselspannungs-Effektivwertmesser, der einen Messkanal (1) und einen Testkanal (5) enthält, wobei jeder dieser Kanäle (1,5) aus einem Umschalter (2, 6), einem mit diesem in Reihe liegenden Wechselspannungsverstärker (3, 7) und einem dahinter geschalteten Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer (4, 8) besteht, dessen Eingang im Messkanal (1) am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (3) dieses Kanals (1) liegt und dessen Ausgang an den ersten Eingang eines Analog-Digital-Rechners (17) angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang an den Ausgang des Wechselspan-nungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers (8) des Testkanals (5) geschaltet ist und der Ausgang mit einer Anzeigeeinheit (29) verbunden ist, während der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) des Testkanals (5) über einen ersten Spannungsteiler (9) auf den ersten Eingang des Umschalters (2) des Messkanäls (1) geführt ist, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Eingang des Umschalters (6) des Testkanals (5) verbunden ist und als Eingang des Digitalspannungsmessers dient, während der zweite Eingang des Umschalters (6) des Testkanals (5) an die gemeinsame Schiene geschaltet ist, der Ausgang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers (4) des Messkanals (1) am Eingang eines zweiten Spannungsteilers

(10) liegt, dessen Ausgang an den ersten Eingang eines Schalters

(11) angeschlossen ist, bei dem der zweite Eingang mit dem Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Um-formers (8) des Testkanals (5) elektrisch verbunden ist, wobei der Spannungsmesser auch eine Steuereinheit (30) enthält, deren Ausgänge an den Steuereingängen der Umschalter (2, 6) im Mess- und Testkanal (1 bzw. 5) sowie des Schalters (11) und des Analog-Digital-Rechners (17) liegen, gekennzeichnet durch das Vorhandensein eines Integrierverstärkers (12), bei dem der erste Eingang an den zweiten Eingang des Schalters (11) angeschlossen ist, der zweite Eingang am Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) des Testkanals (5) liegt und der Ausgang an den Steuereingang dieses Wechselspannungsverstärkers (7) geschaltet ist, wobei der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (7) auf den Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleich-spannungs-Umformers (8) geführt ist.

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf die elektrische Messtechnik, insbesondere auf digitale Wechselspannungs-Effektivwertmes-ser.

Stand der Technik

Die wichtigste Forderung, die an digitale Wechselspan-nungs-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-Spannungsmessern, 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-Effek-tivwertmesser eine Reihenschaltung aus einem Wechselspannungsverstärker, einem Wechselspannungseffektivwert-Gleich-spannungs-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 naheliegende Testspannung erzeugt werden.

In einem anderen bekannten digitalen Wechselspannungs-Effektivwertmesser (vgl. den sowjetischen Urheberschein Nr. 606 207, 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 Wechselspannungsverstärker, einen Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer und einen Analog-Digital-Rechner sowie einen Gleichspan-nungs-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 Analög-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 messenden Spannung einander sind.

In den beschriebenen Spannungsmessern wird der Umwandlungsfaktor nur bei einer Frequenz korrigiert, die der Frequenz der Testspannung entspricht. Indessen ist die Hauptursache der begrenzten Genauigkeit von breitbandigen Wechselspannungs-Effektivwertmessern 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-Gleichspannungs-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 ersten Eingang des Umschalters im

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Messkanal liegt, dessen zweiter Eingang mit dem ersten 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. 478 258, bekanntgemacht im Bulletin «Entdeckungen, Erfindungen, ge-webliche Muster und Warenzeichen», Nr. 27, 1975).

In diesem Spannungsmesser wird die Testspannung am Ausgang des Spannungsteilers durch Verstärkung der zu messenden Spannung im Wechselspannungsverstärker und durch ihre nachfolgende Abschwächung im Spannungsteiler 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 ergibt (und folglich der Testspannung proportional ist), zur Gleichspannung, die im Ergebnis der Umwandlung der Testspannung im Messkanal erhalten wird. Bei Anlegung der zu messenden Wechselspannung an den Eingang des Messkanals wird der Korrektionsfaktor durch seine Multiplikation mit der Gleichspannung berücksichtigt, die im Ergebnis der Messspan-nungsumformung im Messkanal erzeugt wird. Dadurch wird es möglich, sowohl den Fehler infolge der Nichtlinearität als auch den Frequenzfehler des Messkanals herabzusetzen. Bei diesem Spannungsmesser ist aber der Fehler des Umwandlungsfaktors des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals im Messergebnisfehler ganz mit einbegriffen.

Bekannt ist auch ein digitaler Wechselspannungs-Effektiv-wertmesser (vgl. den SU-Urheberschein Nr. 473 958, bekanntgemacht im Bulletin «Entdeckungen, Erfindungen, gewerbliche Muster und Warenzeichen», Nr. 22, 1975), in dem der Einfluss des Umwandlungsfaktorfehlers des Wechselspannungseffektiv-wert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals auf den Messergebnisfehler im Vergleich zum vorstehend beschriebenen Spannungsmesser bedeutend kleiner 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 Wechselspannungseffektiv-wert-Gleichspannungs-Umformer besteht, dessen Eingang im Messkanal am Ausgang 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 Wechselspannungseffektiv-wert-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-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-Umfor-mers des Testkanals elektrisch verbunden ist, wobei der 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-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 ersten Spannungsteilers erhaltenen Testspannung die Korrektion des Umwandlungsfaktors des ganzen Messkanals durch Berechnung des Korrektionsfaktors durchgeführt, der bei der Messung im Analog-Di-gital-Rechner einberechnet wird. Ausserdem erfolgt mit Hilfe der am Ausgang des zweiten Spannungsteilers erzeugten Testspannung die Korrektion des Umwandlungsfaktors des Wech-selspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformers des Testkanals durch Berechnung eines zweiten Korrektionsfaktors, der ebenfalls bei Messung der Wechselspannung berücksichtigt wird. Dadurch wird es möglich, den Fehler des Umwandlungsfaktors dieses Umformers zu reduzieren.

Das Vorhandensein des elektronischen Schalters am Eingang des Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Um-formers 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 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 Frequenzkennlinie für die Wechselspannung im offenen Zustand haben. Ausserdem 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 komensurabel ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Wechselspannungs-Effektivwertmesser zu entwickeln, in dem die Umschaltung der Wechselspannung vom Ausgang des Verstärkers des Testkanals und der Gleichspannung vom Ausgang des zweiten Spannungsteilers auf den Eingang des Wechselspan-nungs-Effektivwertumformers 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-Effek-tivwertmesser gelöst, 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 ersten Eingang eines Ana-log-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 Wech-

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selspannungseffektivwert-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 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 Wechselspannungsverstärkers des Testkanals liegt und der Ausgang an den Steuereingang dieses Wechselspannungsverstärkers geschaltet ist, wobei der 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 anhand eines konkreten Beispiels ihrer Ausführung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des digitalen Wechselspannungs-Effektivwertmessers gemäss der Erfindung;

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

Bester Weg zur Ausführung 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 Wechselspannungseffektiv-wert-Gleichspannungs-Umformer 4 besteht, sowie einen ähnlichen Testkanal 5, in dem ein Umschalter 6, ein Wechselspannungsverstärker 7 und ein Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer 8 in Reihe geschaltelt 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-Um-formers 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 Wechselspannungsverstärkers 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-GIeichspannungs-Um-formers 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 Digitalspannungsmessers 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 In verter 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 Zeitinter-vall-Digitalkode-Umsetzer 28, dessen Eingang an den Ausgang des Nullorgans 19 angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einer Anzeigeeinheit 29 des Digitalspannungsmessers verbunden ist.

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-Digi-tal-Rechners 17, nämlich an den Steuereingängen der Schalter 20, 21, 23 und des Umsetzers 28 liegen.

Der digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser arbeitet in zwei Takten wie folgt.

Im ersten Takt befinden sich die Umschalter 2 und 6 in der Stellung «I» und der Schalter 11 ist geöffnet. Die zu messende Spannung Ux gelangt über den Umschalter 6 zum Eingang des Wechselspannungsverstärkers 7, wird hier verstärkt und erscheint am Wechselspannungseffektivwert-Gleichspannungs-Umformer 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 Ui am Eingang des Umformers 8 nur dem Effektivwert der Messspannung Ux proportional und wird durch die Beziehung

Ui = Ux-K7-(1+Y7)-K8-(1+Y8)

bestimmt. Darin bedeuten

K7, Kg den Nennverstärkungsfaktor des Wechselspannungsverstärkers 7 bzw. den Nennumwandlungsfaktor des Wechsel-spannungs-Gleichspannungs-Umformers 8,

Y7, Ys 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 U01 zugeführt:

Uoi = Ux-K7-(1+Y7)-K9,

wobei K9 der Nennübertragungsfaktor des ersten Spannungsteilers 9 ist.

Da der Beziehung zwischen K7 und K9 die Bedingung 1

K9 = — auferlegt wird, ist die Testspannung Uoi der Mess-K7

Spannung Ux bis auf den Fehler des Wechselspannungsverstärkers 7 genau gleich, d.h. kann durch die Beziehung

Uoi = Ux(l+Y7)

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 = Uo,-K3(l+Y3)-K4(l+Y4) =

Ux K7(l 4" Y7) * K9• K3 (1 H- Y3) * K4 (1 +Y4)-

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Darin sind

K3, K4, K9 der Nennverstärkungsfaktor des Wechselspannungsverstärkers 3 bzw. der Nennumwandlungsfaktor des Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformers 4 und der Nennteilungsfaktor des Spannungsteilers 9,

Y3, 74 der multiplikative (Frequenz)Fehler des Verstärkers 3 und der multiplikative Fehler des Umformers 4.

Im Analog-Digital-Rechner 17 wird der erste Korrektionsfaktor K01 berechnet, der sich aus der Beziehung

K01 = U1/U2 = Kg(l + Y8)/K9 • K3(l + Y3) K4(l + Y4)

ergibt.

Im zweiten Takt werden die Umschalter 2 und 6 in die Stellung «II» umgestellt, der Schalter 11 wird geschlossen. Die Messspannung Ux gelangt über den Umschalter 2 zum Eingang des Wechselspannungsverstärkers 3, wird verstärkt und vom Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umformer 4 in eine Gleichspannung U3 umgewandelt, die durch den Ausdruck

U3 = Ux-K3(l+Y3)-K4(l+Y4)

bestimmt wird.

Die Gleichspannung U3 wird über den zweiten Spannungsteiler 10 mit einem Nennteilungsfaktor Kio und über den geschlossenen Schalter 11 als Testspannung U02 dem ersten Eingang des Integrierverstärkers 12 zugeführt. Der Integrier Verstärker 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-Umformers 8 der Gleichspannung am ersten Eingang des Integrierverstärkers 12, d.h. der Spannung U02 gleich wird. Da der Eingang des Wechselspannungsverstärkers 7 über den Umschalter 6 mit der gemeinsamen Schiene verbunden ist, liegt am Eingang des Wechsel-spannungs-Gleichspannungs-Umformers 8 nur die Gleichspannung U02, die in eine Gleichspannung U4 umgewandelt wird, welche sich aus dem folgenden Ausdruck ergibt:

U4 = Uo2-K8(l+Y8) =

Ux • K3(l + Y3) • K4(l + Y4) • Kio • K8(l + Ys).

Im Analog-Digital-Rechner 17 wird der zweite Korrektionsfaktor K02 berechnet, der sich wie folgt bestimmen lässt:

K02 = U3/U4 + l/K,o-K8(l+Y8),

sowie wird das korrigierte Messergebnis Nx durch Multiplikation der Spannung U3 mit dem ersten und dem zweiten Korrektionsfaktor K01 und K02 gebildet. Dabei ist

Nx = U3-KorKo2 = Ux/K9-K10.

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 U02 vom Ausgang des Spannungsteilers 10 ohne Einfügung eines zusätzlichen Fehlers, der die Genauigkeit der Wechselspannungs-Effektivwertmessung beeinflusst.

Der Analog-Digital-Rechner 17 ist auf der Basis eines Gleichspannungs-Zeitintervall-Umsetzers realisiert, der nach dem Prinzip der Doppelintegration funktioniert. Bis zum Zeitpunkt to, der in dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm gezeigt ist, in dem auf der Abszissenachse die Zeit t und auf der Ordi-natenachse die Spannung U am Ausgang des Integrators 18 (Fig. 1) aufgetragen sind, bleiben die Schalter 20, 21 und 23 offen. Im Zeitpunkt to wird der Schalter 20 nach einem von der Steuereinheit 30 abgegebenen Signal für die Zeit To (Fig. 2) geschlossen. Der Kondensator 27 (Fig. 1) des Integrators 18 wird mit der Spannung Ui (Fig. 2) aufgeladen. Im Zeitpunkt ti nach Ablauf der Zeit T0 öffnet die Einheit 30 (Fig. 1) den Schalter 20 und schliesst den Schalter 21. Die Spannung U2 wird vom In-verter 22 invertiert und gelangt als Spannung (—U2) 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 Ti, in dem sich der Kondensator 27 des Integrators 18 entlädt, ergibt sich aus der Beziehung:

To-U, = T,-U2,

d.h. ist

T, = To(U,/U2).

Also ist das Zeitintervall T1 mit dem ersten Korrektionsfaktor K01 proportional:

T, = To K01.

Im zweiten Takt wird der Schalter 21 im Zeitpunkt t3 (Fig. 2) nach einem Signal von der Steuereinheit 30 (Fig. 1) für die Zeit Ti geschlossen. Der Kondensator 27 des Integrators 18 wird mit der Spannung (—U3) aufgeladen. Nach Ablauf des Zeitintervalls Ti 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 Entladung des Kondensators 27. Im Zeitpunkt ts (Fig. 2), da die Ausgangsspannung des Integrators 18 (Fig. 1) gleich Null wird, spricht das Nullorgan 19 an, welches über die Steuereinheit 30 den Schalter 20 öffnet. Das Zeitintervall T2, in dem sich der Kondensator 27 des Integrators 18 entlädt, ergibt sich aus der Beziehung:

t,-u3 = t2-u4

und ist also

T2 = T,(U3/U4) = To(U,/U2) (U3/U4).

Folglich ist das Zeitintervall T2 dem Produkt aus den Korrektionsfaktoren K01 und K02 proportional:

T2 = T0K01K02.

Im Zeitpunkt Té (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 t7 (Fig. 2) den Schalter 21 und schliesst den Schalter 23. Die Spannung Uo gelangt vom Ausgang der Referenzspannungsquelle 24 (Fig. 1) an den Eingang des Integrators 18 und bewirkt die Entladung des Kondensators 27. Im Zeitpunkt t8 (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 Schalter 23 öffnet. Das Zeitintervall T3, in dem sich der Kondensator 27 entlädt, ergibt sich aus der Beziehung:

T2U3 - T3U0

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und ist also

T3 = T2(U3/Uo) = (TO/UO)-U3(U,/U2) (U3/U4) =

= (ToUo) • U3 • Koi ' Kö2-

Damit ist das Zeitintervall T3 dem Produkt aus der Spannung U3 mal Korrektionsfaktoren Koi und K02 proportional. Im Umsetzer 28 wird das Zeitinterball T3 in den Kode Nx = U3 -KorKo2 umgewandelt, der das korrigierte Ergebnis der Messung des Wechselspannungs-Effektivwertes darstellt und nach einem Signal von der Steuereinheit 30 der Anzeigeeinheit 29 zugeführt wird.

Gewerbliche Verwertbarkeit 5 Der digitale Wechselspannungs-Effektivwertmesser kann bei der Entwicklung und Untersuchung von elektronischen und funktechnischen Geräten und Bauelementen zur genauen Messung des Wechselspannungs-Effektivwertes in einem breiten Frequenzbereich sowie im Bestand von Informations-Messsyste-10 men und von Systemen zur Parameterprüfung bei elektronischen Einrichtungen benutzt werden.

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1 Blatt Zeichnungen