DE1591972A1

DE1591972A1 - Versorgungsspannungsfreier Messwertgeber fuer Strommessung auf beliebigem Potential

Info

Publication number: DE1591972A1
Application number: DE19671591972
Authority: DE
Inventors: Rolf Busch; Juergen Reiniger; Kurt Westerkowsky
Original assignee: MUELLER C H F GmbH
Current assignee: MUELLER C H F GmbH
Priority date: 1967-01-21
Filing date: 1967-01-21
Publication date: 1971-03-11
Also published as: CH475560A; AT282751B; BE709653A; FR1551676A; DE1591972B2; DE1591972C3; NL6800630A

Description

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Anmeldung vom: PHD-958

20. Jan. 1967

C.H.7. Müller GmbH., 2 Hamburg 1, Alexanderstraße 1

Vers.orgungsspannungsfreier Meßwertgeber für Strommessung auf beliebigem Potential

Der Erfindung lie.^t die Aufgabe zugrunde, Ströme auch an iViikten höchste:. Potentials genau zu messen. Dazu wird 3in Meßwert ;ebor und eine Schaltung benutzt, die die vom Meßwertgeber kommenden Signale so deoodiert, daß der Mittelwert des Stroms angezeigt wird.

2a ist bereits eine Meß3chaltung vorgeschlagen worden, bei welcher der von einem Regelglied oder Meßwerk kommende Meßwert mit einer transistorisierten Abtastschaltung mit konatanter Frequenz (50 Hz) abgetastet wird und bei der die Impulse über einen Impulsformer einer Lumineszenzdiode zugeführt v/erden. Die so erzeugten Liohtblitze, deren Lichtintensität der Stromamplitude in etwa proportional ist, v/erden über eine optische Üb. ertragungs strecke einem Photoelement zugeführt und naoh Verstärkung gemessen.

Auf diese Weise läßt 3ich zwar eine gute Potentialtrennung erreichen; jedoch bereitet neben der Niohtlinearität des optisch-elektrißohen Systems besonders die Stromversorgung der auf hohem Potential befindlichen !Transistoren des Meßwertgebers Schwierigkeiten.

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Diese Schwierigkeiten entfallen "bei der Erfindung, weil im Meßwertgeber nur Elemente benutzt werden, die keine Stromversorgung benötigen und weil außerdem der Meßstrom einen Puls mit einer Frequenz erzeugt, der dem gemessenen Strom proportional ist; auf diese Weise spielen Hiehtlinearitäten des anschließenden Übertragungssystems keine Rolle.

Dementsprechend kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, dai'3 der Meßwertgeber einen Kondensator enthält, der ganz oder teilweise vom Meßstrom durchflossen, dabei auf eine definierte Spannung aufgeladen und danach über einen Zweipol mit Ldchtbogeneharakteristik entladen wird, wobei eine Lumineszenzdiode zur LichtausSendung angeregt wird, und daß der Auflade- und Entladevorgang sich mit einer Frequenz wiederholt, die dem Meßstrom ungefähr proportional ist.

Der Erfindungs^edanke wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Sohaltung mit dem Aufladekondensator im Meßzweig,

Fig. 2 die Kennlinie des Zweipols mit Lichtbogencharakteristik, in diesem Fall einer Vier-Sohicht-Diode,

Fig. 3 eine Ausfiüirungaforra der erfindungsgemäßen Sohaltung, bei der ein Widerstand in der Meßleietung verwendet wird.

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S¹Ig. 1 zeigt einen Meßwertgeber, der aus einem Kondensator G einer Vierschicht-Diode Y, einem Strombegrenzungswiderstand Pu und einer Lumineszenzdiode G- - in diesem Fall einer G-a-As-Diode - besteht, wobei der Kondensator G in den auf beliebigem Potential befindlichen Strompfad eingeschaltet ist. Die Funktion der zum Kondensator G parallel liegenden Serienschaltung wird aus der Kennlinie der Viers chi clit-Di ο de in Pig. 2 ersichtlich. Übersteigt die Kondensatorspannung die ^MSohaltungsspannung" U ,wird die Vierschicht-Diode leitend, und im Parallelzweig fließt ein Strom. Dieser Wert der Kondensatorspannung wird U genannt. Ist dagegen die Kondensatorspannung kleiner als die Summe des beim Strom I, über den Widerstand R und der G-a-As-Diode entstehenden Spannungsabfall und der "Schaltungsspannung¹¹ U-. , wird die Yierschicht-Diode gesperrt« Dieser G-renzwert wird U genannt ο Hat also beispielsweise der Kondensator C

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in Fij¹. 1 die Spannung U zwischen seinen Belegungen, so

wird er sich aufladen, bis der Wert TJ erreicht ist. In diesem Augenblick entlädt er sich über den leitenden Parallelzweig in einem gegen die Aufladezeit kurzen Zeitraum, Dabei regt der Entladestrom die Ga-As-Diode zur AusSendung von infrarotem Licht an. Die Entladung dauert an, bis die Kondensatorspannung auf den Wert U abgesunken ist; dann wird der Parallelzweig nicht leitend und der Kondensator,lädt sich auf usw. Jedesmal, wenn die Ladung Q=C. (U. - U ) transportiert wurde, gibt die Ga-As-

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Diode einen Lichtimpuls ab» Die Zahl der in der Zeiteinheit abgegebenen Ir.pulse ist damit dem im Mei3zweig M fließenden Strom proportional. Die Zählung der in der Zeiteinheit abgegebenen Lichtimpulse erfolgt über einen Glasfaserschlauch, an dessen anderem Ende ein Phototransistor oder eine Photodiode die kommenden Lichtimpulse

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in elektrische Signale verwandelt, die in bekannter Vieire gezählt v/erden können»

Eine weniger aufwendige, dafür aber ungenauere Ilet-iode der Auswertung besteht darin, mit einer einfachen Schaltung den seitlichen Mittelwert der vom Phototransistor kommenden Signale zu bilden.

Bei dieser Meßmethode ist Voraussetzung, daß die AuJlu.deseit groß ist im Vergleich zur Ent laues tit, d.h., daj·-¹ der Meßstrom klein ist i;.: Vergleich zum Entlade strom über die Vierscliicht-Diode V. Will man auch Ströme messen, bei denen die Aufladezeit nicht mehr groß ist gegenüber der Entladezeit, muß eine I'otzeitkompeiisation angebracht werden.

Eine andere mögliche Ausfuhrungsforin zeigt Pig* 3· Hierbei ist ein Ließwider st and R,. in den Meßzweig M geschaltet. Der Kondensator C wird infolge des Spannungsabfalls, den der Meßstrom an R,, erzeugt, aufgeladen und nach jJrreichen der S ehalt spannung U., über die Vierschicht-Diode V entladen, wobei vorausgesetzt ist, daß R_o« R₁ ist. Bei der Entladung von ö über den Widerstand R₉ und die Vierscliicht-Diode V tritt an R_? ein großer Spannungsabfall auf, der die Lumineszenzdiode zur Aussendung eines kurzen Lichtimpulses anr e g t«,

Damit zwischen dem Moijctrom und der Zahl der pro Zeiteinheit abgegebenen Lichtimpulse Proportionalität besteht, muß der Spannungsabfall mit Meßwiderstand R_v ein mehrfaches der S ehalt spannung TJ betragen. Wenn beispielsweise der Spannungsabfall an R,, mehr als 7 mal so groß wie die

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Sehaltspannung U_s ist, ist die Abweichung von der linearität kleiner als 1 #. Wenn der Meßbereich mehrere Größenordnungen umfassen soll, muß R« durch entsprechend einschaltbare Widerstände ersetzt werden.

Bei dieser Ausführungsform wird zwar - anders als bei einer Schaltung nach Pig.i - Wirkleistung verbraucht, jedoch ist dieser Effekt im allgemeinen vernachlässigbar, weil der Spannungsabfall am Meßwiderstand R_M sehr klein im Vergleich zur Hochspannung ist. Auf der anderen Seite stehen Aufladezeit (Zeitkonstante R₁ . 0) und Entladezeit (Zeitkonstante R₂ . G) in einem konstanten und vom jeweiligen Meßstrom unabhängigen Verhältnis zueinander, so daß eine Totzeitkompensation auch bei großen Meßströmen überflüssig ist.

Der Gasfaslüjschlauch kann auch durch ein Linsensystem ersetzt werden, mit dessen Hilfe das von der Lumineszenzdiode erzeugte Licht über mehrere Meter parallel auf eine Sammellinse geführt wird, in deren Brennpunkt sich der Phototransistor befindet.

Durch die Verwendung der Halbleiterbauelemente G + V ist die übertragbare Frequenz der Lichtimpulse, die sioh durch Bemessung des Kondensators 0 der jeweiligen Meßaufgabe anpassen läßt, relativ hooh. Auf diese Weise lassen sich auch schnell veränderliche Ströme messen, wie sie bei Röntgenröhren (mit fallender Last) und beim Hochapannungsablenkteil einer Fernsehröhre (wo die Messung zur Naohregelung der Hochspannung ausgenutzt werden kann) auftreten.

Patentansprüche J

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Claims

-S^xGmplar ι ticht c-vif,iert ν* r-Jen Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung von Strömen auf hohem Potential, bestehend aus einem Meßwertgeber mit einer Lumineszenzdiode, der einem Meßwert abhängig ist, optisches Signal auf eine optische Übertragungsstrecke gibt und einem Meßwert empfänger mit einem Photoelement zum Empfang und zur Weiterverarbeitung der optischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber einen Kondensator 0 enthält, der ganz oder teilweise vom Meßstrom durchflossen, dabei auf eine definierte Spannung aufgeladen und danach über einen Zweipol (V) mit Liohtbogencharakteristik entladen wird, wobei die Lumineszenzdiode (G-) zur Lichtaussendung angeregt wird, und daß der Auflade- und Entladevorgang sich mit einer Frequenz wiederholt, die dem Meßstrom ungefähr proportional ist«

2« Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) in den Meßzweig (M) geschaltet Ιβτ, während der 2-Pol (V) mit Lichtbogencharakteristik dazu parallel liegt (Fig.2).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßaweig (M) ein Widerstand (Bj₄) geschaltet ist, der ao bemessen ist, daß der durch den Meßstrom erzeugte Spannungsabfall die SohaItspannuug des Zweipols (V) übersteigt, und daß der Kondensat or 0 in tinem zum Widerstand (Bj₁) ParalV:.'¹ sweig (R^, 0, Hg) liegt und nach Aufladung auf einen definierten Spannungewert über den Zweipol (V) entladen wird,

4· Schaltungsanordnung ηaoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ale Zweipol (V) mit Lichtbogencharakteristik eine Vierschichtdiode dient·

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