DD149422A1

DD149422A1 - Verfahren zur messung der zeitlichen widerstandsaenderung

Info

Publication number: DD149422A1
Application number: DD21929680A
Authority: DD
Inventors: Dieter Schroth; Franz Thiede
Original assignee: Dieter Schroth; Franz Thiede
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1981-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der zeitlichen Widerstandsaenderung, insbesondere bei einem im Stromkreis liegenden induktivitaetsbehafteten Widerstand, der indem einen Stromzweig einer Brueckenschaltung ueber zwei Koppelkondensatoren angeordnet ist, waehrend im anderen parallelen Stromzweig die Abgleichelemente angeordnet sind. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, mittels eines geeigneten Meszverfahrens unter Verwendung einer Meszbruecke die zeitliche Widerstandsaenderung von induktivitaetsbehafteten Widerstaenden, die in Stromkreisen angeordnet sind, zu ermitteln. Das wird dadurch erreicht, dasz die Meszbruecke mit einem Wechselstrom gespeist wird, dessen Frequenz nach den Erfordernissen der durchzufuehrenden Messung gewaehlt wird und dasz damit im Diagonalzweig der Meszbruecke eine Differenzspannung abgenommen wird, die verstaerkt und gleichgerichtet und von der der Absolutwert gebildet und halbperiodenweise integriert wird, wobei sich zwischen den Halbperioden das Integrierglied schnell zurueckstellt. Hierbei sind die in jedem Brueckenzweig befindlichen Blindschaltelemente auf Resonanz abgestimmt.

Description

Titel der Erfindung

Vorfahren zur Messung der zeitlichen 7/idcrstandsändorung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der zeitlichen 7/iderstandsänderung, insbesondere bei einem im Stromkreis liegenden induktivitätsbehaftoten widerstand, der in den einen Stromzvveig einer Brückenschal-

tung über zwei Koppelkondensatoren angeordnet ist, während im anderen parallelen Stromzweig die Abgleichelemente angeordnet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der meßtechnischen Erfassung von zeitlichen V/ider — Standsänderungen der stromführenden Teile von elektrotechnischen Geräten, die in Setrieb sind oder kurzfristig elektrisch bzw. von außen, z.B. durch Schaltvorgang, Belastung o.a.,- beansprucht werden, ergeben sich Schwierigkeiten, wenn die zu messenden V/ider stände mit großer Induktivität behaftet sind. Eine mögliche Meßmethode zur Ermittlung der zeitlichen Widerstandsänderung bei induktivitätsbohai'taten Widerständen ist die direkte '.!essung von Strom- und Spannungsvcrlauf sowie die schneiIo umsetzung in Digitalworte und die anschließende Speicherung der Digitalwerte mit nachfolgender Berechnung in einem entsprechenden Reсanarsystem, wobei die erkennbaren Sinfl-ißfaktoren bei dor Programmierung b::'.v. Berechnung des Wertes berücksichtigt worden können und somit ein realor Widersbundsvcrlnuf ermittolbar ist. nachteilig bei diener .Meßmethode ist der erhebliche gerätetechnische Aufwand sowie ein größerer Zeitaufwand für die erforderliche Programmierung und für die Ermittlung der Einflußfaktoron.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die zeitliche Widerstandsänderung von elektrotechnischen Geräten, die an Spannung liegen, ohne großen Aufwand zu ermitteln.

Dar Io nun π des V/esens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines geeigneten Meßverfahrens unter Verwendung einer Meßbrücke die zeitliche Änderung von induktivitätsbehafteten Voider standen, die in Stromkreisen angeordnet sind, zu ermitteln. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Meßbrücke mit einem '.Vechsolstrom gespeist wird, dessen Frequenz nach den Erfordernissen der Messung ger/ähit wird und daß damit im Diagonalste ig der Meßbrücke eine Difforenzspannung abgenommen wird, die verstärkt und gleichgerichtet und von der der Absolutwert gebildet und halbporiodcnweise integriert wird, vjobei sich zv/ischon dan 'lalbporioden das Integrierglied schnall zurückstellt. Der sich von Halbwolle su Halbwolle ändernde Integralwert ist ein Maß für die V/iderstandsänderung. Hierbei sind die in jedem Brückenzwoig befindlichen Blindschaltelomente auf Resonanz abgestimmt. Die Rückstellung des Integriergliodes wird kurz vor der nächsten Halbwolle der Differenzspannung durch die gleichgerichtete Differenzspannung ausgelöst. Die Rückstellung des Integriergliodes kann auch durch den in die Meßbrücke eingespeisten sinusförmigen Strom erfolgen.

Der Vorteil des Meßverfahrens besteht darin, daß der Verlauf des Widerstandswertes direkt dargestellt wird. Der Aufwand im Vergleich zum digitalen Meßverfahren ist gering. Durch Veränderung der Speisespannungs-Frequenz kann in einfacher Form der Abtastzyklus den Anforderungen der Messung angepaßt werden, wodurch die frequenzbodingte Maßabweichung gering'gehalten werden kann. Die Verwendung einer sinusförmigen Speisespannung erlaubt es, die frequenzbcdingte Widerstandsabweichung schnell und einfach einzuschätzen.

A us führ u η neb

Der Aufbau der Meßschaltung zur Durchführung des Meßverfahrens ist in Pig. Λ dargestellt. Eine Wcchselspannungsquello speist über den Widerstand R₁ der den inneren Widerstand der Spannungsquello mit einschließt, in die Brückonschaltung ein. In den oberen Zwo ig der Meßbrücke ist der vom Transportstrom i^_r durchflosscne und induktivitätsbehaftete Widerstand R+r('l) + £u/L über die Koppelkondonsatoren C angeschlossen. Die Koppelkondcnsatoren C sollen doη Einfluß des Transportstiomes auf die Meßbrücke und der nachfolgenden Meßschaltung stark herabsetzen. Außerdem ist noch eino Abgloich induktivität L,. für die Resonanzabstimmung im oberen Zweig angeordnet.

In dem unteren Zweig der Meßbrücke sind die Abgleichelemente R und -L₂ angeordnet. An den beiden Widorständen R^ wird die Differenzspannung AU. abgegriffen.

— 5 —

Für die Berechnung von Au wird vom quasi-stationären Fall ausgegangen, wenn die Frequenz des Meßstromes genügend groß gegenüber der Änderungsgeschwindigkeit des Widerstandes ist.

Die Differenzspannung ΛΗ berechnet sich wie folgt:

_sin

wobei /г ⁼ &^rC to.h -Q und а bzw. b von den Schaltelementen der Meßbrücke zu berechnen sind. Der Einfluß der V/ideistandsänderung A R = r (t) auf die Größen a und b ist um so geringer, $e kleiner ^R gegenüber don anderen Widerständen ist. Somit kann für kleine A R ~ 0,1 (R_Q+R+R^) eine gute lineare Abhängigkeit zwischen Au. und AR erreicht werden. Die BlindGchaltelenente rufen die Phasenverschiebung 9?, zur angelegten Spannung hervor. Boi Rosonansabgleich der beiden 2v;eige/|_ ₌ . _L ^) _{wird der}

to vwC C. c- I /

V/ert b = 0, ebenso T^ ~ 0. Der Rosonanzfall hat den Vorteil, daß eine höhere Differonzspannung Ak aus der Meßbrücke zur Verfügung steht und die Ueßgenaui:·- keit zuninnt.

Die am Diagonalzwciß abgenomnone Differenzspannung Ли wird verstärkt und gleichgerichtet. Der Differenzverstärker 1 hat einen so großen Eingangswiderstand, daß praktisch keine Verfälschung von AK erfolgen kann. Das IntegrierGliGCL 4- hat hierbei die Aufgabe, die pulsierende Spannung von der Gleichrichtung (Absolutverstärker 2) in ein möglichst kontinuierliches Signal umzuwandeln, das als annähernd geschlossene Kurve den zeitlichen V/iderstandsverlauf z.B. am Speicheroszillografen widerspiegelt.

Die Integration von einer Halbwelle der Differenzspannung ist:

*i<9 = £ (йч (t) dt = (i -

Hierin ist die Phasenverschiebung ^a nicht berücksichtigt, da nur die Halbwolle unabhängig von ihrer Phasenlage zur Spannung e integriert wird. Der mögliche Endwert der Integration

2 AR

•yjä^r7b^r

wird praktisch nicht erreicht bzw. angestrebt, weil dadurch kein ausreichend langes konstantes Signal entsteht.

It> "Eic· 2- '!'іхД geseilt, wie durch Veränderung der Integrationskonstanten Tt ^der integrierte V/ert Ki unterschiedlich verläuft. Solange AU > U{ ist, erfolgt der Verlauf der Integration W₁" _ло Uj₃₀ . Im Schnittpunkt AU -U'\ wird die Integration abgebrochen und stellt sich schließlich auf die Werte Hii ·· ' Щг ein. № eine möglichst lange, annähernd waagerechte Linie für die visuelle Betrachtung zu erhalten» ist

^ so zu wählen, dcß der Schnittpunkt U{ = Δ U vor dem !.'aximuin von Ali liegt (z.B. bei K^i )· ergibt sich für einen Schnittpunkt z.B. bei % ⁼ (Of₁ ^ ^/23; anfangs eine Abweichung von etwa б bezüglich der V/aagerechten.

Die Integrationskonstante berechnet sich

wobei ty die Phasenlage de3 Schnittpunktes Ui = Дг< ist. Die Rückstellung des Integriergliedes ist so schnell vor der nächsten Integration vorzunehmen, daß sie möglichst wenig vom Ende der waagerechten Linie we gn imint.

Das Signal wird wegen der Phasenverschiebung zwischen dor einspeisenden Spannung ѳ und der Differenzspannung ΔU zweckmäßig nach der Verstärkung und Gleichrichtung abgenorunen und einer Steuerung 3 (?ig· Ό für die Rückstellung zugeführt. Bei Rosonanzabgleich entfällt diese Phasenverschiebung, somit kann das Steuersignal von der einspeisenden Spannung abgegriffen worden, IJit Hilfe einer Schwellwertschaltung und einem Zoitglied wird dor erforderliche Rückstellirapuls zur Verfugung gestellt. Die integrierte Spannung frt wird dann einer Anzoigo-Registrleitvorrichtung 5 (?ig· Ό zugeführt, z.B. einen Speicher oszillografen. Die Brückenschaltung wird durch die vorstellbaren Induktivitäten Ln und Lp jeweils in den Zweigen auf Resonanz abgeglichen. Zurr. Resonanzabgleich der beiden Brückenzweige wird ein Spannungsmessgerät 6 dom Widerstand R. mit Umschalter jeweils parallel geschaltet. Die Differenzspannung Ли, wird ia Differenzverstärker 1 verarbeitet und danach im Absolutverstärker 2 gleichgerichtet. Im anschließenden Integrierglied 4-(z.B. RC-Glied) wird der Absolutwert von Ди. halbperiodenweiso integriert. Die Rückstellung dos Integriergliedes (z.B. durch die schnelle Entladung dos

Integrationskondensators) erfolgt kurz vor Beginn einer Kalbwelle durch entsprechende Beschaltung des Integriergliedes 4. Die Ansteuerung der Rückstellung und das zeitliche Einordnen wird von einer Steuerung vorgenommen, die ihre Steuersignale in Resonanzfall sowohl von der Speisespannung e als auch von der verstärkten und gleichgerichteten Differenzspannung Ли ableiten kann. Bei Verstimmung der Ließt)rücke ist das Steuersignal zweckmäßigerweise wegen dor auftretenden Phasenverschiebung nur von der Differenzspannung AU abzunehmen. Vor der I.Iessung des Widerstandes wird die Meßbrücke abgeglichen. Es wird in oberen Brückeη zwo ig der Rosonanzfall eingestellt, indem das Spanrmngsmeßgerät б an den oberen Widerstand R^ geschaltet und die Induktivität L^ so weit verändert, bis das -Meßgerät die maximalen Werte anzeigt. Danach v/ird das Sparmungsmeßgerät 6 an den unteren Widerstand R_x, angeschlossen und der untere Bräckenzweig mit Hilfe von L₂ auf Resonanz abgestimmt. Anschließend erfolgt dor Nullabgleich von &Ч , indem R im unteren Brückenzweig entsprechend verstellt wird, bis das kleinste Signal am Anzeige/Registriergerät 5 (z.B. einen Speicheroszillografen) zu sehen ist.

Die Wirkungsweise der Messung selbst ist in Fig. 3 dargestellt. Die Widerstandsänderung R+r (t) hat eine annähernd äquivalente Differenzspannung Au (t) zur Folge. Diese wird nach den Absolutverstärker 2 (in Fig. 1 dargestellt) zur pulsierenden Gleichspannung I Au' \ · 2i- Integration von / au' I erfolgt, wie in Fig. 2 dargestellt, mit T{ . Vor jeder Integration

— Q —

wird das Integrierglied 4 (Fig. 1) in der kurzen Zeit t-g zurückgestellt. Die integrierte Spannung TiI wird schließlich an Anzeigo/Registriergerät 5 dargestellt. Bei entsprechender Einstellung des als Anzeige- und Registriergerät verwendeten Oszillografen werden die senkrechten Linien weniger in Erscheinung treten als die waagerechten. Wenn durch entsprechende Steuersignale von der Steuerung 3 in die HeIl- und Dunkeltastung des Oszillografen eingegriffen wird, dann erscheint eine bessere Darstellung von 1<i , die letztlich den Widerstandsverlauf als annähernd geschlossone Kurve bei entsprechender Wahl dos Zeitnaßstabes widerspiegelt.

Die Resonanzabstimaung der Meßbrücke hat den Vorteil, daß die Empfindlichkeit der .Meßbrücke erhöht wird und sich die Steuerung für das Rückstellsignal vereinfacht.

Um die Einflüsse des Transportstromes i^_Ti z.B. Wechselstrom oder ein pulsierender Gleichstrom, der über dio Koppelkondensatoren C auf die Meßbrücke noch einwirkt, fast vollständig auszuschließen, kann vor dem Differenzverstärker 1 ein Filter angeordnet sein. Die Wahl der Frequenz für den Moßstrom hängt von der Frequenz des Transportstromes i~ und dem zu erwartenden V/iderstandsverlauf ab.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Messung der zeitlichen Widerstandsänderung, insbesondere bei einem im Stromkreis liegenden induktivitätsbehafteten Widerstand, der in
dem einen Stromzweig einer Brückenschaltung über
zwei Koppelkondonsatoron angeordnet ist, während in
dem anderen parallelen Stromzweig die Abgleichelemente angeordnet sind, gekennzeichnet d a-

d u г с h, daß von der im Diagonalzweig angenommenen sinusförmigen Differenzspannung, deren Frequenz sich nach den l.Ießanf ordorungen richtet, der Absolutwert
gebildet und halbporiodenweise integriert wird, wobei zwischen den Kalbperiodon das Integriorglied zurückgestellt w ir d_e

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennze ich η et
dadurch, daß die in jedem Brückenzweig befindlichen Blindcchaltolenionte (L, C) auf Resonanz abgestimmt worden.

Verfahren nach Punkt 1 und 2, g e к ο η η ζ e i с hnet dadurch, daß die Rückstellung des Integr iergliodes kurz vor der nächsten Halbwello der Difforenzspannung durch die gleichgerichtete Differenzspannung ausgelöst wird.

4, Vorfahren nach Punkt Λ und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rückstellung des Integriorgliedcs -durch den in die Lleßbrücko eingespeisten sinusförmigen Strom erfolgt.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen