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Anordnung zum Prüfen der Erdsymmetrie eines Vierpols Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zum Prüfen der Erdsymmetrie eines Vierpols, beispielsweise
eines Meßgeräts, eines Filters oder einer Fernmeldeleitung, Ein Maß für die Erdsymmetrie
ist die sof. Symmetriedämpfung, das ist der negative Wert des Logarithmus des Quotienten
aus der an den Klemmen des Vierpols gemessenen Spannung und der aus einer.einpolig
geerdeten Spannungsquelle symmetrisch in den Vierpol eingespeisten Meßspannung bzw.
der negative Wert der Differenz der entsprechenden Pegelwerte. Diese Symmetriedämpfung
darf, vor allem bei Fernmeldeleitungen und auch bei Meßgeräten und sonstigen Einrichtungen,
die an oder in Verbindung mit Fernmeldeleitungen eingesetzt werden sollen, bestimmte
Werte nicht unterschreiten, Zur Bestimmung der Jeweiligen Symmetriedämpfung ist
nach obigem eine Quotientenbildung aus zwei Spannungen mit anschließender Logarithmierung
oder eine Differenzbildung aus zwei Pegeln erforderlich, in Jedem Fall also eine
Zweifachmessung, es sei denn, daß die Meßspannung, d, h. die Ausgangsspannung bzw.
der Ausgangspegel der Spannungsquelle, konstant gehalten wird, Die Erfindung hat
zum Ziel, eine Prüfung der Symmetriedämpfung eines Vierpols durch nur einen Meßvorgang
zu ermöglichen, ohne daß die Meßspannung konstant gehalten werden oder auch nur
bekannt sein muß. Dieses Ziel wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, daß die Spannung
an den Eingangslemmen des Vierpols durch einen sekundärseitig einpolig geerdeten
Übertrager abgegriffen und über einen Verstärker mit en tsnr;?r:hr3r-ldd dem jeweiligen
Mindestwert der Symmetrie
dämpfung einstell- und/oder umschaltbarem
Übertragungsmaß sowie eine Gleichrichterschaltung dem einen Eingang einer Subtraktionsschaltung
zugeführt wird, deren anderen Eingang über eine weitere Gleichrichterschaltung mit
der Wechselspannungsquelle verbunden ist.
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Die Subtraktonsschaltung kann beispielsweise einfach aus einem Strom-
oder Spannungsmesser bestehen, der das Über-und/oder Unterschreiten der vorgegebenen
Symmetriedämpfung durch Zeigerausschlag anzeigt. Um das Registrieren der Prüfergebnisse
zu erleichtern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß als
Subtraktionsschaltung ein Differenzverstärker eingesetzt und an den Ausgang des
Differenzverstärkers eine polaritätsabhängige Auswerteschaltung angeschlossen ist,
Ein einfacher Aufbau und hohe Funktionssicherheit der Prüfanordnung werden in einer
Ausführung der Erfindung dadurch erreicht, daß sämtliche Verstärker- und Gleichrichterschaltungen
mit an sich bekannten Operationsverstärkern aufgebaut sind.
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Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt, Die Prüfung eines
Vierpols auf Erdsymmetrie kann schnell und sicher durch bloßes Einstellen des vorzugebenden
Werts durchgeführt werden. Schwankungen der Meßspannung beeinflussen das Prüfergebnis
nicht; es kann mit Spannungen unbekannter Höhe gearbeitet werden. Das Prüfergebnis
ist einer selbsttätigen Auswertung zugänglich, Es kann beispielsweise ein Fehlersignal
auslösen, das eventuell in einen Speicher gelattet wird, oder die weiteren Programmschritte
eines Prüfprogramms steuern.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels beschrioben.
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Es zeigen: Fig, 1 und Fig. 2 übliche Meßschaltungen zum Ermitteln
der Erdsymmetrie eines Vierpols; Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung
nach der Erfindung.
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In Fig. 1 ist gezeigt, wie die Erdsymmetrie eines Vierpols 7 normalerweise
ermittelt wird. Der Vierpol 7 kann eine beliebige aktive oder passive Schaltung
sein, die einen Eingangswiderstand RE ausweist und deren Eingangsklemmen 4 über
Wirk-, Schein- oder Blindwiderstände Zx bzw, Zy mit Erde verbunden sind. Wenn Zx
und Zy gleich groß wären, wäre die Symmetrie ideal (Symmetriedämpfung #). Dieser
Zustand kommt aber normalerweise nicht vor. Zum Messen der realen Symmetriedämpfung
wird ein einseitig geerdeter Wechselspannungsgenerator 1 über zwei gleich große
Widerstände 2 und 3, die Je halb so groß wie der eingangswiderstand RE des Vierpols
7 sind, an die Eingangsklemmen 4 des Vierpols angeschlossen, Direkt an den Eingangsklemmen
4 oder parallel dazu wird ferner ein Wechselspannungsmesser angeschlossen. Die Symmetriedämpfung
aS ist gleich dem negativen Wert das Logarithmus des Quotienten Un aus der vom Wechselspannungsmesser
angezeigten Spannung U4 und der vom Generator 1 abgegebenen Spannung U1, also U4
= - log7/11 . Werden statt Spannungen Pegel angezeigt, läßt sich die Symmetriedämpfung
einfacher, und zwar wie folgt ermitteln: aS = - (P4 - P1) = P1 - P4.
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In Fig. 2 ist eine äquivalente Schaltung zur Symmetriemessung zu sehen.
Anstelle der Widerstände 2 und 3 ist hier ein Symmetrie-Übertrager verwendet, an
dessen Mittelabgriff der Wechselspannungsgenerator 1 Uber einen Widerstand von einem
Viertel des Eingangswiderstands HE entsprechender Größe angeschlossen ist. Für die
Symmetriedämpfung aS gelten die gleichen Beziehungen wie in der Schaltung von Fig.
1,
In Fig. 3 ist die Anordnung der Erfindung dargestellt0 Sie enthält
einen Übertrager, dessen Primärwicklung 5 an die Eingangsklemmen 4 des Vierpols
7 oder parallel dazu angeschlossen ist Wie in Fig. 1 liegen an den Klemmen 4 des
weiteren die Widerstände 2 und asz 3, an deren Verbindungspunkt der Wechselspannungsgenerator
1 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung 6 des Übertragers ist einpolig geerdet
und fUhrt zu einem Verstärker 8, dessen Übertragungsmaß durch Andern der Gegenkopplung
mittels der Widerstände 9/1 und 9/2 eingestellt werden kann0 Durch wahlweises Parallel
schalten mehrerer Widerstände 9/2 kann das Übertragungsmaß des Verstärkers 8 auch
zwischen verschiedenen Werten umgeschaltet werden Das Übertragungsmaß des Verstärkers
8 wird zur Symmetrie prüfung auf den Sollwert (Mindestwert) der Symmetriedämpfung
eingestellt. Beträgt dieser z. B. 5 Np oder 43,4 dB, was einem Spannungsverhältnis
von 148,4 : 1 entspricht, wird der Verstärker 8 so eingestellt, daß er eine Spannungsverstärkung
von 148,4 bewirkt. Dies läßt sich bei Operationsverstärkern sehr genau bewerkstelligen.
Weist nun der Vierpol 7 eine Symmetriedämpfung von genau 5 Np auf, ist die Ausgangsspannung
des Verstärkers 8 ebenso groß wie die Ausgangsspannung des Generators 1, gleichgültig,
welche Höhe diese Generatorspannung hat. Ist die Symmetriedämpfung größer als 5
Np, ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 8 kleiner als die Generatorspannung,
da die Verstärkung von 5 Np nicht ausreicht, um die Dämpfung zu kompensieren. Bei
kleinerer Symmetriedämpfung als 5 Np ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 8
dagegen größer als die Generatorspannung, da die Verstärkung jetzt höher als die
Dämpfung ist.
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Der Ausgang des Verstärkers 8 ist mit einer Gleichrichterschaltung
verbunden, die aus einem Operabionsvorstärker 10 und polungsabhängigen Widerständen
11 besteht. Die gleichgerichtete,
der Ausgangsspannung des Verstärkers
8 proportionale Spannung wird dem normalen Eingang (+) eines Differenzverstärkers
14 zugeführt. Eine zweite Gleichrichterschaltung, bestehend aus einem Operationsverstärker
12 und polungsabhängigen Widerständen 13 ist an den Wechselspannungsgenerator 1
angeschlossen, Die durch diese Schaltung gewonnene, der Ausgangsspannung des Generators
1 proportionale Gleichspannung wird dem invertierenden Eingang (-) des Di-fferenzverstärkers
14 zugeführt.
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Am Ausgang des Differenzverstärkers 14 erscheint Jeweils eine Spannung,
die der Differenz der beiden Eingangsspannungen bzw, einem Vielfachen dieser Differenz
entspricht.
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Sie ist Null, wenn die Symmetriedämpfung gleich dem vorgegebenen Wert
ist, positiv, wenn die Symmetriedämpfung kleiner und negativ, wenn die Symmetriedämpfung
größer als der vorgegebene Wert ist. Im letzteren Fall wird der Transistor 15 in
den leitenden (gesättigten) Zustand geschaltet, und das Relais 16 zieht an, In beiden
anderen Fällen bleibt der Transistor 15 gesperrt und das Relais 16 unerregt. Das
Anziehen des Relais 16 macht hier also den Gut-Zustand (Symmetriedämpfung höher
als gefordert) kenntlich, Durch Vertauschen der Eingänge des Differenzverstärkers
14 oder Nachschalten eines npn-Transistors anstelle eines pnp-Transistors 16 kann
umgekehrt der Schlecht-Zustand (Nichterreichen der erforderlichen Symmetriedämpfung)
angezeigt werden.
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Wie eingangs bereits erwähnt wurde, interessiert bei den meisten Meßobjekten
nicht die Höhe der Symmetriedämpfung, sondern ihr Uber- oder Unterschreiten eines
vorgegebenen Mindestwerts, Sollte in Ausnahmefällen Jedoch die absolute Höhe zu
bestimmen sein, kann man dies durch entsprechende Feinteilung der umschaltbaren
Widerstände 9/2 erreichen.
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ist die Spannung des Generators 1 etwa konstant,
läßt sich auch parallel zu den Eingängen des Differenzverstärkers
14 ein Spannungsmesser anordnen, der die Jeweiligen Abweichungen von dem am Verstärker
8 eingestellten Wert anzeigt. Die Anordnung arbeitet in diesem Fall wie eine der
bekannten Schaltungen, ist aber genauer, da durch die Voreinstellung eine NullpunktunterdrUckung
erzielt wird.
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Statt über zwei Widerstände 2 und 3 kann der Generator 1 in Fig. 3
auch über einen Widerstand und einen Symmetrieübertrager gemäß Fig. 2 mit den Klemmen
4 des Vierpols 7 verbunden werden. Auf den Symmetrieübertrager ist in diesem Fall
nur eine zweite Wicklung entsprechend der Sekundär wicklung 6 in Fig. 3 aufzubringen.
Die weitere Schaltung und die Arbeitsweise ist wie anhand von Fig. 3 beschrieben.