DD239878A1

DD239878A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING A PREFERABLE CHARACTER VALUE OF ELECTRICAL VOLTAGES

Info

Publication number: DD239878A1
Application number: DD27901585A
Authority: DD
Inventors: Eckart Wiesenhuetter; Konrad Rueffer
Original assignee: Dresden Elektromaschinenbau
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1986-10-08

Abstract

Die Schaltungsanordnung zum Messen eines vorwaehlbaren Scheitelwertes elektrischer Spannungen bezieht sich auf Elektrotechnik und Messtechnik. Ihr Ziel ist das genaue Messen eines beliebigen vorwaehlbaren Scheitelwertes einer oszillierenden elektrischen Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgaengen und seine Darstellung in leicht und exakt entnehmbarer und zur automatischen Weiterverarbeitung geeigneter Form. Die Aufgabe besteht darin, Voraussetzungen zu schaffen fuer die automatische Erfassung der Ladung eines Speicherkondensators zu einem vorwaehlbaren Zeitpunkt vor einer merklichen Entladung und zur Verarbeitung des Messwertes zu einer Anzeige sowie zur digitalen Speicherung und Weiterverarbeitung in peripheren Messwert-Verarbeitungssystemen. Die Loesung besteht in einer Schaltungsanordnung mit Scheitelwertspeicher, Operationsverstaerker als Spannungsfolger, Analog-Digital-Wandler und parallel dazu einem Komparator zur Erzeugung von Impulsen, Impulszaehler und einem Flipflop, das den Analog-Digital-Wandler und einen Transistor zur Steuerung der Aufnahmebereitschaft des Scheitelwertspeichers in Bereitschaft versetzt. Sie ist ueberall anwendbar, wo Schwingungen als analoge elektrische Spannungen darstellbar sind. Fig. 1The circuit arrangement for measuring a preselectable peak value of electrical voltages relates to electrical engineering and measurement technology. Its goal is the accurate measurement of any preselectable peak value of an oscillating electrical voltage between two consecutive zero crossings and its representation in easily and exactly removable form suitable for automatic further processing. The object is to provide conditions for the automatic detection of the charge of a storage capacitor at a preselectable time before a significant discharge and for processing the measured value to a display and for digital storage and processing in peripheral measured value processing systems. The solution consists in a circuit arrangement with vertex memory, Operationsverstaerker as a voltage follower, analog-to-digital converter and in parallel a comparator for generating pulses, Impulszaehler and a flip-flop, the analog-to-digital converter and a transistor for controlling the recording readiness of the peak memory in Preparedness. It can be used anywhere where vibrations can be represented as analog electrical voltages. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Elektrotechnik. Ihre Anwendung ist vorgesehen zum Messen beliebiger Scheitelwerte aufschwingender oder abklingender oszillierender elektrischer Spannungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen, insbesondere in automatischen Meßsystemen unter Anwendung einer zentralen Triggerung. Sie läßt sich auch bei der Erfassung beliebiger Amplituden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen anderer physikalischer Größen benutzen, wenn diese in analoge elektrische Spannungen umgewandelt werden.The invention relates to electrical engineering. Its application is intended for measuring any peak values of oscillating or decaying oscillating electrical voltages between two successive zero crossings, in particular in automatic measuring systems using central triggering. It can also be used to detect arbitrary amplitudes between two consecutive zero crossings of other physical quantities when converted into analog electrical voltages.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Bestimmung einzelner Scheitelwerte werden bisher Oszilloskope oder Schleifenoszillographen verwendet. Diese erfordern ein visuelles Ablesen der Meßwerte mit den bekannten subjektiven Einflüssen auf die Genauigkeit der Auswertung. Außerdem bringt deren Anwendung neben hohem Geräteaufwand und Belastung des Ablesenden noch die Einschränkung mit sich, daß keine Werte ausgegeben und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden können. Damit ist eine Automatisierung des Meßprozesses nicht möglich.To determine individual peak values, oscilloscopes or loop oscillographs have hitherto been used. These require a visual reading of the measured values with the known subjective influences on the accuracy of the evaluation. In addition, their application in addition to high equipment costs and burden of the reader still brings with it the restriction that no values can be output and fed to a further processing. This automation of the measurement process is not possible.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist das genaue Messen eines beliebigen vorwählbaren Scheitelwertes einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen und seine Darstellung in leicht und exakt entnehmbarer und zur automatischen Weiterverarbeitung geeigneter Form.The aim of the invention is the accurate measurement of any preselectable peak value of a decaying oscillating electrical voltage between two consecutive zero crossings and its representation in easily and exactly removable form suitable for automatic further processing.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Voraussetzungen zur automatischen Erfassung der Ladung des Speicherkondensators zu einem vorwählbaren Zeitpunkt und bevor sich dieser merklich entladen hat sowie zur Verarbeitung des Meßwertes zu einer digitalen Anzeige, Speicherung und Weiterverarbeitung in peripheren Meßwert-Verarbeitungssystemen zu schaffen.The object of the invention is to create the conditions for the automatic detection of the charge of the storage capacitor at a preselectable time and before it has significantly discharged and for processing the measured value to a digital display, storage and processing in peripheral measured value processing systems.

Gelöst wird die Aufgabe mittels einer Schaltungsanordnung mit einem Scheitelwertspeicher, einem Operationsverstärker mit hochohmigen Eingang als Spannungsfolger zum Operationsverstärker, einem Komparator, der bei jedem Über.- bzw. Unterschreiten eines fest vorgegebenen Spannungswertes durch die auszuwertende Spannung einen Impuls erzeugt, einem dem Komparator nachgeschalteten Impulszähler, der nach einer vorwählbaren Impulszahl umschaltet, einem dem Impulszähler nachgeschalteten Flipflop, einem vom Flipflop gesteuerten Analog-Digital-Wandler, der an den Operationsverstärker angeschlossen ist und einem vom Flipflop gesteuerten Transistor zur Steuerung der Aufnahmebereitschaft des Scheitelwertspeichers. Es kann zweckmäßig sein, daß die Impulsbildung am Ausgang des Komparatörs infolge des Absinken der auszuwertenden Spannung erfolgt. Aber auch die Impulsbildung des Komparatörs infolge des Po'aritätswechsels der auszuwertenden Spannungkann Vorteile bringenThe object is achieved by means of a circuit arrangement with a peak value store, an operational amplifier with a high-impedance input as a voltage follower to the operational amplifier, a comparator which generates a pulse at each exceeding or falling below a fixed voltage value by the voltage to be evaluated, a pulse counter downstream of the comparator switching after a preselectable pulse count, a flip-flop connected downstream of the pulse counter, an analog-to-digital converter controlled by the flip-flop and connected to the operational amplifier, and a flip-flop controlled transistor for controlling the readiness of the peak memory. It may be appropriate that the pulse formation takes place at the output of the comparator as a result of the decrease in the voltage to be evaluated. But the pulse formation of the comparator due to the Po'aritätswechsels the voltage to be evaluated can bring advantages

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: The operation of the circuit arrangement is the following:

Der Scheitelwertspeicher wird vorerst durch den Transistor kurzgeschlossen. Parallel dazu vergleicht der Komparator laufend das Eingangssignal mit einem fest vorgegebenen Wert und erzeugt bei einem Abfall des Eingangssignals gegenüber dem ' vorgegebenen Wert oder bei Polaritätswechsel des Eingangssignals'je ein Rechtecksignal mit definierten Pegelverhältnissen. Diese Rechtecksignale werden vom Impulszähler gezählt. Dieser ist so eingestellt, daß er nach Erreichen des vorletzten Impulses der vorgewählten Impulszahl beim nächsten Nulldurchgang das Flipflop setzt. Dadurch erhält der Transistor am Scheitelwertspeicher sein Sperrsignal, so daß der Scheitelwertspeicher speichern kann. Das Eingangssignal wird nun von dem Spannungsfolger dem Scheitelwertspeicher entnommen und dem Meßeingang des Analog-Digital-Wandlers zugeführt. Dieser nimmt das am Meßeingang anliegende Speichersignal auf, zeigt es digital an und speichert es bis zum Rückstellen des Flipflops, so daß es zur Weiterverarbeitung in peripheren Meßwert-Verarbeitungssystemen zur Verfügung steht.The peak value memory is initially short-circuited by the transistor. In parallel, the comparator continuously compares the input signal with a fixed predetermined value and generates at a fall of the input signal to the 'predetermined value or polarity of the Eingangsignals'je a square wave signal with defined level ratios. These square wave signals are counted by the pulse counter. This is set so that it sets the flip-flop after reaching the penultimate pulse of the preselected number of pulses at the next zero crossing. As a result, the transistor at the peak value memory receives its blocking signal so that the peak value memory can store. The input signal is now taken from the voltage follower the peak value memory and fed to the measuring input of the analog-to-digital converter. This picks up the memory signal applied to the measuring input, displays it digitally and stores it until the flip-flop is reset, so that it is available for further processing in peripheral measured-value processing systems.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird am Beispiel eines Meßwertsystems zur Bestimmung eines beliebigen Scheitelwertes von Schaltspannungen in Ergänzung einer Windungsschlußprüfung nach DD-Patentanmeldung WP G 01T265 630/3 erläutert. In dem Windungsschlußprüfgerät wird die zu prüfende Spule mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis mit hochfrequenter Eigenschwingung verbunden und durch eine Kugelfunkenstrecke wird die Entladung dieser Kapazität eingeleitet. Dabei entsteht eine Schaltspannung in Form einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung. Von dieser Spannung soll der n-te Scheitelwert erfaßt, ausgewertet und mit entsprechenden Werten anderer gleichartiger Spulen oder mit vorgegebenen Werten verglichen werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained using the example of a measured value system for determining an arbitrary peak value of switching voltages in addition to a turn-off test according to DD patent application WP G 01T265 630/3. In the Windungsschlußprüfgerät the coil to be tested is connected to a capacitance to a resonant circuit with high-frequency natural vibration and a ball spark gap, the discharge of this capacity is initiated. This creates a switching voltage in the form of a decaying oscillating electrical voltage. From this voltage, the n-th vertex value is to be detected, evaluated and compared with corresponding values of other similar coils or with predetermined values. In the accompanying drawing show:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Schaltungsanordnung als BlockschaltbildFig. 1 shows the basic structure of the circuit arrangement as a block diagram

ν ,und ,-' :.ν, and, - ':.

Fig. 2 die Signalverläufe.Fig. 2 shows the waveforms.

Die Eingangsspannung Ue gelangt über die Diode VD1 mit ihren positiven Halbwellen auf einen Speicherkpndensator Cs- Ein als Spannungsfolger geschalteter Operationsverstärker N1 entnimmt die Spannung hochohmig am Speicherkondensator Cs und führt sie dem Meßeingang eines Analog-Digital-Wandlers W zu. Dieser ist in seiner Betriebsart steuerbar. Parallel zu diesem Schaltungszweig ist ein einem zweiten Schaltungszweig ein Komparator N 2 mit TTL-gerechtem Ausgang an die Eingangsspannung U_E angeschlossen. Dieser vermittelt die Polaritätswechsel der Eingangsspännung U_E. Die durch die Polaritätswechsel am Komparator N 2 erzeugten Rechteckimpulse der Steuerspannung U_A werden in einem Impulszähler CT gezählt. Dieser ist durch eine an den Ladeeingängen in BCD-kodierter Form anliegende Signalkombination auf den Wert (10-[n-1 ]) voreingestellt. Durch einen Impuls am Ladeeingang, ausgelöst durch ein zentrales Taktsystem, wird die an den Ladeeingängen anliegende Information in den Impulszähler CT übernommen. Wird jetzt durch Triggern die zu messende Schaltspannung an den Speicherkondensator gelegt, bleibt der Transistor VT1, der parallel zum Speicherkondensator Cs geschaltet ist, solange aufgesteuert, bis durch den Komparator N2 (n-1) Impulse in den Impulszäler CT eingegeben sind. Dann erscheint am Übertragungsausgang ein Überlaufsignal, dessen Vorderflanke den Ausgang Q des Flipflops FF1 von H nach L setzt; Dieser Ausgang ist sowohl mit dem Analog-Digital-Wandler wie mit dem Transistor VT1 verbunden. Bis zu dessen Umsteuerung durch das Flipflop FF1 hat der Transistor VT1 den Speicherkondensator C_s an Masse gelegt und damit seine Aufladung verhindert. Mit dem Umsteuern des Transistors VT1 durch das Setzen des Flipflops FF1 wird die Speicherbereitschaft des Speicherkondensators C_s hergestellt. Der nächste positive Scheitelwert der Schaltspannung wird also erfaßt und gespeichert. Im Hinblick auf ein sicheres Schaltverhalten der nachfolgenden Baugruppen ist die Umschaltschwelle des Komparators N 2 so gewählt, daß sich eine etwas geringere Impulsdauer der TTL-gerechten Impulse ergibt als die halbe Periodendauer. Nach einer gewählten Verzögerungszeit von 1 ms, die durch die untere Grenzfrequenz der Meßanordnung bestimmt ist, erfolgt die Steuerung der Betriebsart des Analog-Digital-Wandlers von „fast" auf „hold". Am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers steht das Signal in BCD-kodierter Form zur Verfugung, kann über Dekoder angezeigt und einem Meßwertverarbeitungssystem zugeführt werden. Durch manuelles oder automatisches Umschalten wird das Flipflop FF1, der Impulszähler CT sowie die Betriebsartenschaltung des Analog-Digital-Wandlers in ihren Ausgangszustand zurückversetzt und damit die Bereitschaft für einen neuen Meßvorgang hergestellt. Die erfindungsgemäße Schaltung bringt gegenüber den bekannten Lösungen folgende Vorteile:The input voltage Ue passes via the diode VD1 with its positive half-waves to a storage capacitor Cs- A operational amplifier N1 connected as a voltage follower extracts the voltage from the storage capacitor Cs in a high-impedance manner and supplies it to the measuring input of an analog-to-digital converter W. This is controllable in its operating mode. Parallel to this circuit branch is connected to a second circuit branch, a comparator N 2 with TTL-equitable output to the input voltage U _E. This conveys the polarity changes of the input voltage U _E. The rectangular pulses of the control voltage U _A generated by the polarity changes at the comparator N 2 are counted in a pulse counter CT. This is preset to the value (10- [n-1]) by a signal combination applied to the load inputs in BCD-coded form. By a pulse at the charging input, triggered by a central clock system, the information applied to the charging inputs information is transferred to the pulse counter CT. If the switching voltage to be measured is now applied to the storage capacitor by triggering, the transistor VT1, which is connected in parallel with the storage capacitor Cs, remains turned on until pulses are input into the pulse centers CT by the comparator N2 (n-1). Then an overflow signal appears at the transmission output whose leading edge sets the output Q of the flip-flop FF1 from H to L; This output is connected to both the analog-to-digital converter and transistor VT1. Until its reversal by the flip-flop FF1, the transistor VT1 has the storage capacitor C _s grounded and thus prevents its charging. With the reversal of the transistor VT1 by setting the flip-flop FF1, the storage readiness of the storage capacitor C _{s is} established. The next positive peak value of the switching voltage is thus detected and stored. With regard to a safe switching behavior of the following modules, the switching threshold of the comparator N 2 is selected so that there is a slightly lower pulse duration of the TTL-equitable pulses than half the period. After a selected delay time of 1 ms, which is determined by the lower limit frequency of the measuring device, the control of the mode of operation of the analog-to-digital converter from "fast" to "hold". At the output of the analog-to-digital converter, the signal is available in BCD-coded form, can be displayed via decoder and fed to a Meßwertverarbeitungssystem. By manual or automatic switching the flip-flop FF1, the pulse counter CT and the mode switch of the analog-to-digital converter is set back to its initial state and thus prepared for a new measurement process. The circuit according to the invention has the following advantages over the known solutions:

Der Meßwert steht sofort zur Verfügung, wird gespeichert und kann abgelesen, aber auch einem peripheren Meßwert Verarbeitungssystem zugeführt werden, z. B. zwecks Ausdruckens der η-ten Scheitelwerte der auftretenden Spannung bei der Prüfung von Hochspannungsspulen dynamoelektrischer Maschinen. Die Auswertung der η-ten Scheitelwerte läßt Rückschlüsse auf den Zustand der Prüflinge zu, die aus dem ersten Scheitelwert nicht so deutlich hervorgehen. Außerdem werden durch die Auswertung der η-ten Scheitelwerte einer Reihe von Prüflingen vom normalen abweichende Prüflinge aufgrund anderer, meist stärkerer, Dämpfung deutlicher erkennbar als beim Vergleich der ersen Scheitelwerte, also auch geringere Abweichungen erkannt.The measured value is immediately available, is stored and can be read, but also fed to a peripheral measurement processing system, eg. For example, for printing the η th peak values of the voltage occurring when testing high-voltage coils of dynamoelectric machines. The evaluation of the ηth peak values allows conclusions to be drawn about the condition of the test specimens, which does not emerge so clearly from the first peak value. In addition, the evaluation of the ηth peak values of a number of test specimens from the normal deviating test specimens due to other, usually stronger, attenuation are more clearly recognizable than when comparing the first peak values, ie also smaller deviations.

Dadurch, daß die zu messende Eingangsspannung des Steuersignal auslöst, entfällt der Meßfehler aus der starren Abtastung des Speicherwertes und wird eine wesentliche Erhöhung der Meßgenauigkeit erreicht. Diese wird weiterhin dadurch vergrößert, daß die visuelle Ablesung mit ihren subjektiven Einflüssen durch eine digitale ersetzt ist. Durch die schnelle Erfassung und Speicherung des Meßwertes ist es außerdem möglich, kleine Speicherkapazitäten einzusetzen und somit die Spannungsverläufe mit geringen Spannungsanstiegszeiten noch genau zu erfassen. Die Grenzen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung setzen die Schaltzeiten der Bauelemente. Durch Umpolung der Diode VD1 sowie der Eingänge des Komparators N 2 und Beschaltung des Operationsverstärkers N1 als invertierender Verstärker ist auch die Messung des η-ten Scheitelwertes der anderen Halbwelle möglich.The fact that the input voltage to be measured triggers the control signal eliminates the measurement error from the rigid sampling of the memory value and a substantial increase in the measurement accuracy is achieved. This is further increased by the fact that the visual reading is replaced with its subjective influences by a digital. Due to the rapid acquisition and storage of the measured value, it is also possible to use small storage capacities and thus still accurately capture the voltage curves with low voltage rise times. The limits of the circuit arrangement according to the invention set the switching times of the components. By reversing the polarity of the diode VD1 and the inputs of the comparator N2 and wiring of the operational amplifier N1 as an inverting amplifier and the measurement of the η-th peak value of the other half-wave is possible.

Claims

Invention claim:

1. Circuit arrangement for measuring a preselectable peak value of a decaying oscillating electrical voltage with a peak value memory, characterized by

An operational amplifier with a high-impedance input as a voltage follower to the peak value memory,

A comparator for generating pulses after detecting the peak values of the voltage to be evaluated, parallel to the operational amplifier,

A pulse counter connected downstream of the comparator, switching after a preselectable pulse number,

A flip-flop connected downstream of the pulse counter,

- A controllable by the flip-flop analog-to-digital converter, connected to the operational amplifier and

- A controllable by the flip-flop transistor parallel to the peak value memory.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the pulse formation takes place at the output of the comparator as a result of the sinking of the voltage to be evaluated relative to the peak value.

3. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the pulse formation takes place at the output of the comparator as a result of the polarity change of the voltage to be evaluated.