DD254115A3

DD254115A3 - Schaltungsanordnung zum Messen des ersten Scheitelwertes elektrischer Spannungen

Info

Publication number: DD254115A3
Authority: DD
Publication date: 1988-02-17

Abstract

Die Schaltungsanordnung zum Messen des ersten Scheitelwertes elektrischer Spannungen bezieht sich auf Elektrotechnik und Messtechnik. Ihr Ziel ist das genaue Messen des ersten Scheitelwertes vorgegebener Polaritaet einer abklingenden oszillierenden Spannung und seine Darstellung in leicht und exakt entnehmbarer, zur automatischen Weiterverarbeitung geeigneter Form. Die Aufgabe besteht darin, Voraussetzungen zu schaffen fuer die automatische Erfassung der Ladung eines Speicherkondensators vor einer merklichen Entladung und zur Verarbeitung des Messwertes zu einer Anzeige sowie zur digitalen Speicherung und Weiterverarbeitung in peripheren Messwertverarbeitungssystemen. Die Loesung besteht in einer Schaltungsanordnung mit Scheitelwertspeicher, Operationsverstaerker als Spannungsfolger, Analog-Digital-Wandler und parallel dazu einem Komparator zur Erzeugung von Impulsen und Flipflop, das den Analog-Digital-Wandler steuert. Sie ist ueberall anwendbar, wo abklingende Schwingungen als analoge elektrische Spannungen darstellbar sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen ;

Anwendungsgebiet der Erfindung ' \

Die Erfindung betrifft die Elektrotechnik. Ihre Anwendung ist vorgesehen beim Messen von Scheitelwerten einmaliger oder !

wiederkehrender elektrischer Spannungen in automatischen Meßsystemen unter Benutzung einer zentralen Triggerung. Sie j

läßt sich auch bei der Erfassung der maximalen Amplitude beliebiger anderer physikalischer Größen benutzen, wenn diese in j

analoge elektrische Spannungen umgewandelt werden. . Ί

·! Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Lösungsvarianten zur Messung des maximalen Scheitelwertes abklingender oszillierender elektrischer Spannungen

beruhen auf der Aufladung eines Speicherkondensators über eine Diode. Um auch einmalige kurze Impulse und j

Spannungsveriäufe hoher Frequenz, also mit kleinen Stirnzeiten, erfassen zu können, sind Speicherkondensatoren geringer :j

Kapazität notwendig. Die Spannung wird dem Speicherkondensator über Spannungsfolger entnommen, deren |

Eingangswiderstand bei einigen Megaohm liegt. Dabei setzt sofort mit dem Überschreiten des Spannungsmaximums eine :

Entladung des Speicherkondensators ein. Die von der Meßeinrichtung erfaßte Spannung hängt also vom Zeitpunkt der ' ,

Spannungserfassung am Speicherkondensator ab. Auch eine weitere, in Reihe geschaltete Analogspeicherstufe schafft nur · bedingt Abhilfe, weil durch die kurzen Rückenzeiten der betrachteten Spannungen keine vollständige Aufladung eines zweiten

Kondensators größerer Kapazität erfolgt. Außerdem können bei Ankopplung einer zweiten Analogspeicherstufe durch die

Kennlinien der verwendeten Bauelemente weitere Nichtlinearitäten auftreten, die dasMeßergebnis verfälschen. Es istweiterhin ·

bekannt, die Spannung des Speicherkondensators in bestimmten Zeitintervallen,z.B. alle 250ms, abzutasten. Diese :

Spannungserfassung erfolgt unabhängig vom zeitlichen Verlauf der Spannung, also in unterschiedlichem Abstand vom |

Spannungsmaximum. Dadurch tritt ein weiterer Meßfehler ein. ' '

Exakte Angaben über den Scheitelwert abklingender oszillierender elektrischer Spannungen lassen sich derzeit nur mit !

geeichten Oszilloskopen gewinnen. Neben dem hohen Geräteaufwand hat deren Anwendung den Nachteil, daß keine Werte ι

ausgegeben und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden können, sondern visuelles Ablesen mit seinen subjektiven ';

Einflüssen notwendig ist. Damit ist eine Automatisierung des Meßprozesses nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist das genaue Messen des ersten Scheitelwertes vorgegebener Polarität einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung und seine Darstellung in leicht und exakt entnehmbarer und zur automatischen Weiterverarbeitung ,

geeigneter Form. :

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Voraussetzungen zur automatischen Erfassung der Ladung des i

Speicherkondensators, bevor sich dieser merklich entladen hat, und zur Verarbeitung des Meßwertes zu einer digitalen Anzeige, ;

Speicherung und Weiterverarbeitung in peripheren Meßwertverarbeitungssystemen zu schaffen. j;

Gelöst wird die Aufgabe mittels einer Schaltungsanordnung mit einem Scheitelwertspeicher, einem Operationsverstärker mit !

hochohmigem Eingang als Spannungsfolger zum Scheitelwertspeicher, einem Komparator zur Erzeugung von Impulsen nach Ii

Erfassen des Scheitelwertes der auszuwertenden Spannung, einem dem Komparator nachgeschalteten Flipflop und einem vom j

Flipflop gesteuerten Analog-Digital-Wandler. Es kann zweckmäßig sein, daß die Impulsbildung am Ausgang des Komparators 3

infolge des Absinkens der auszuwertenden Spannung erfolgt. Aber auch die Impulsbildung am Ausgang des Komparators j

infolge des Polaritätswechsels der auszuwertenden Spannung kann Vorteile bringen. " J

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:

Das Eingangssignal wird von dem Spannungsfolger dem Scheitelwertspeicher entnommen und ständig dem Meßeingang des Analog-Digital-Wandlers zugeführt. Parallel dazu vergleicht der Komparator laufend das Eingangssignal mit dem momentanen Speicherwert im Scheitelwertspeicher und erzeugt bei einem Abfall des Eingangssignals gegenüber dem Speicherwert ein Rechtecksignal mit definierten Pegelverhältnissen oder er erzeugt dieses bei Polaritätswechsel des Eingangssignals. Dieses Rechtecksignal steuert über das Flipflop den Analog-Digital-Wandler in seiner Betriebsart so, daß er den am Meßeingang anliegenden Speicherwert aufnimmt, anzeigt und bis zum Rückstellen des Flipflops speichert und damit zur Weiterverarbeitung in peripheren Meßwertverarbeitungssystemen zur Verfugung hält.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird am Beispiel eines Meßsystems zur Bestimmung des maximalen Scheitelwertes von Schaltspannungen in Ergänzung einer Windungsschlußprüfung nach DD-Patentanmeldung WP G 01 T/2656303 erläutert. In dem Windungsschlußprüfgerät wird die zu prüfende Wicklung mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis mit hochfrequenter Eigenschwingung verbunden und durch eine Kugelfunkenstrecke die Entladung der Kapazität eingeleitet. Dabei entsteht eine Schaltspannung in Form einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung. Deren erster (negativer) Scheitelwert soll mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erfaßt und ausgewertet werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Figur 1: den prinzipiellen Aufbau der Schaltungsanordnung als Blockschaltbild

Figur 2: den Signalverlauf.

Die Eingangsspannung Ue gelangt über eine Diode VD1 mit ihrer negativen Halbwelle auf einen Speicherkondensator C_s. Ein als Spannungsfolger geschalteter Operationsverstärker N 1 entnimmt die Spannung hochohmig am Speicherkondensator C_s. Er führt sie dem Meßeingang eines Analog-Digital-Wandlers W zu. Dieser ist in seiner Betriebsart steuerbar. Parallel zu diesem Schaltungszweig ist in einem zweiten Schaltungszweig ein Komparator N 2 mit TTL-gerechtem Ausgang an die Eingangsspannung U_E angeschlossen. Dieser ermittelt, wann der erste Polaritätswechsel der Eingangsspannung Ue erfolgt. Da die Eingangsspannung U_E bei 0 beginnt, ist die Referenzspannung U_r geringfügig gegenpolar zur schaltungsbedingten Polarität des ersten Scheitelwertes eingestellt. Der durch den ersten Polaritätswechsel im Komparator N 2 erzeugte Rechteckimpuls der Steuerspannung U_A setzt ein Flipflop FF1, dessen Ausgangsspannung U_Ba den Analog-Digital-Wandler W in die Betriebsart „hold" steuert. Die fortschreitende Entladung des Speicherkondensators C₃ hat dadurch keinen Einfluß mehr auf die Genauigkeit des Meßwertes und es sind eine unbegrenzte Speicherung und die Weiterverarbeitung des Meßwertes möglich. So kann das in digitaler Form (BCD-Kode) vorliegende Signal vom Ausgang des Analog-Digital-Wandlers W entweder über Dekoder angezeigt und/oder in BCD-kodierter Form weiterverarbeitet werden. Das Rückstellen des Flipflop kann durch Handtriggerung oder automatisch erfolgen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bringt gegenüber den bekannten Lösungen folgende Vorteile: Dadurch, daß die zu messende Eingangsspannung das 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 Anzeige ersetzt ist. Die Speicherung des Meßwertes ermöglicht außerdem die Weiterverarbeitung in peripheren Meßwert-Verarbeitungssystemen. . Durch die schnelle Erfassung und Speicherung des Meßwertes ist außerdem der Einsatz kleiner Speicherkapazitäten möglich, wodurch die genaue Erfassung von Spannungsverläufen mit geringen Spannungsanstiegszeiten möglich ist. Die Grenzen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung setzen die Schaltgeschwindigkeiten der Bauelemente. Durch Umpolung der Diode VD1 sowie der Eingänge des Komparators N 2 und Beschaltung des Operationsverstärkers N 1 als invertierender Verstärker ist auch die Messung des Spannungsmaximums der.positiven Halbwelle möglich.

Claims

-1- ZÖ4 lib
Erfindungsanspruch:

1. Schaltungsanordnung zum Messen des ersten Scheitelwertes vorgegebener Polarität einer
abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung mit einem Scheitelwertspeicher,
gekennzeichnet durch

— einen Operationsverstärker mit hochohmigem Eingang als Spannungsfolgerzum
Scheitelwertspeicher

— einen Komparator zur Erzeugung von Impulsen nach Erfassen der Scheitelwerte der
auszuwertenden Spannung, parallel zum Operationsverstärker,

— einen dem Komparator nachgeschalteten Flipflop und

— einen vom Flipflop steuerbaren Analog-Digital-Wandler, angeschlossen an den
Operationsverstärker. j
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsbildung am Ausgang j des Komparators infolge des Absinkens der auszuwertenden Spannung gegenüber dem
Scheitelwert erfolgt. ]
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsbildung am Ausgang \ des Komparators infolge des Polarisationswechsel der auszuwertenden Spannung erfolgt. !