DE2142839C - Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes mit einem Spannungsmesser linearer Skalenteilung - Google Patents

Description

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Auf- und Entladen des Prüflincs aus einer Quelle konstanter Spannung über einen "llilfs- »■idersund mittels eines elektronischen Schulter* erfolgt, der von einem Oszillator fester und stabiler Frequenz über Frequenzteilerstufen gesteuert ist. daß der Gesamt-Meßbereich in mehrere Teil-Bereiche mit jeweiN eigenem Wert der Steuerfrequen/ Unterteilt ist u:,d daß zwischen der Gleichnchter-chaitune und dem Spannungsmesser, in Serie mit diesem, ein jeweils meßb.'eichseigener Eichwiderstand angeordnet ist.

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1 zeigt ein Prinzipschalthild. In : ng einer geeigneten ReSais-^haiiM iiinstrumentes vor hoher überr rig. 3 zeigt eine in der Pr -ng des Meßgerätes, jedoch oh <"e die Frequenzteilerkeiie. u ergeben. Gleiche Teile in F i denselben Bezugszeicivn \e ;us F i g. 1 ersichtlich, er/engt ,,-quenz/O, die einen konstante ' der das erste Glied Fi der Freq Fb beaufschlagt wird. Die Au--,g. b der Teilerkette sind zwany!.^.;' ;iz wie die Eingangsfrequen Schaltung ist so ausgelegt, CUs- und für einen Kapa/i die gleiche Frequenz benutzt werden kann. Da iiistergerät sechs Induktivität- _L,,-,d secli:. .lätsmeßbereiche besitzt, werden insgesamt sechs icdene Frequenzen benötigt (J \ bis/6 in Fig. 1). r den jeweiligen Bereich geeignete Frequenz ι über einen Umschalter SmI zur Basis transistors Tl, der so periodisch gesperrt et wird.

Dv Spannung ■)-Ub (bezogen auf den Punkt /;) dien: als Speisespannung für den Transistor Tl. Der Wid: stand Rs ist ein Schutzwiderstand zum Begrenzen des Kollektorstromes bei durchgeschaltetcm Transistor 7Ί.

Parallel zur Kollekte---Emitter-Strecke des Transistors Π (Punkte m und /;) liegt der Meßkreis, bestehend aui zwei Anschlußklemmen KIl und KIl für den Prüfling Lx bzw. Cx sowie dem Hilfswiderstand Rh(L: bzw. Rh(C), der Gleichrichterschaltung C, dem Einstellwiderstand Rv(L) bzw. Rv(C) zum Eichen, dem Integrationskondensator C, der Begrenzerdiode D und dem Drehspulvoltmeter V. Der Wechsel von Induktivitäts- auf Kapazitätsmessung macht ein Umschalten des Meßkreises erforderlich, dessen zwei Schaltung«- weisen in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils für sich allein dargestellt sind.

Bei angeschlossenem Prüfling treten am Eingang der Gleichrichterschaltung G (Punkte η und 0) differenzierte Rechteckimpulse auf, deren Spannungszeitsumme dem jeweiligen Wert des Prüflings direkt proportional ist. Diese werden gleichgerichtet und über den Widerstand Rv(L) bzw. Rv(C) dem Spannungsmesser V zugeleitet. Der Kondensator C dient zum. Glätten der zu niesenden Spannung.

In den Induktivitätsmeßbereichen tritt bei nicht angeschlossenem Prüfling während der Sperrzeiien des Schalttransistors Tl am Gleichrichtereingang cine verhältnismäßig hohe Spannung auf. Um zu verhindern, daß diese das . Meßinstrument überlastet, ist an den Eingang der Gleichrichterschaltung der Eingang einer empfindlichen Relaisschaltstufe mit den Transistoren Tl bis ϊ"3 und dem Relais ReI gemäß F i g. 2 angeschlossen;, wobei die Leitungen ο und n zu den mit gleichen Bezeichnungen versehenen Punkten der F i g. 1 führen. Bei fehlendem Prüfling spricht das Relais an und unterbricht über einen nicht mit eingezeichneten Ruhekontakt die Plusleitung des Gleichrichlerausgangsi, womit das Meßinstrument abgeschaltet ist. i

Die Relaisschaltstufe schützt den Spannungsmesser auch dann, wenn in den Kapazitätsmeßbereichen ein Prüfling angeschlossen wird, dessen Wert den jeweiligen Bereichs-Endwei t erheblich übersteigt. Sie ist so ausgelegt, daß sie weder in den Induktivitäts- noch in den Kapazitätsmeßbereichen das Meßergebnis beeinflußt. ;

Vor kleineren Überspannungen am Gleichrichtereingang, auf welche die Relaisschaltstufe noch nicht anspricht, ist das Meßinstrument in bekannter Weise durch f-ine ihm paral'elgeschaltete Diode D geschützt, die als Spannungsbegrenzer wirkt.

Fig. 3 gibt die Schaltung eines erprobten Mustergerätes in Einzelheiten wieder, jedoch ohne den schon in F i g. 1 gezeigten Oszillator und chne die Frequenzteilerkette. Dem Scialt-Transistor Π ist hier ein weiterer Transistor TA zugeordnet, der als Impedanzwandler arbeitet. Dei: Koppelkondensator Ck bewirkt, daß die Basis des Transistors Π während dessen Sperrzeiten mit negativen Impulsen beaufschlagt wird, so daß 71 absolut sicher sperrt.

Der Schalter 5a (Ebenen SaI bis Sa3) dient zum Umschalten von Induktivitäts- auf Kapazitätsmessung (Gezeichnete Schalterstellung: Induktivitätsmessung). Es sind jeweils sechs dekadisch abgestufte Meßbereiche vorhanden (0 bis ICK/ Mikrohenry ... 0 bis 10 Henry, 0 bis 100 Picofarad ... 0 bis 10 Mikrofarad), die mittels des Schalter:, Sm (Ebener. SmI bis Sm5) gewechselt werden körinen. Jedem Bereich gehört ein eigener Hilfswiderstand (Rhi bis RhO für die Induktivitätsmeßbereiche, ilhl bis ΛΛ12 für die Kapazitätsmeßbereiche) und ein eigener Einstellwiderstand zum Eichen (RvI bis RvH) zu.

Der Kondensator C besitzt für die fünf unteren Induktivitäts- und Kapazitätsmeßbereichi; den gleichen Wert. Jeweils im ob<ren Bereich muß der Kondensator C einen höheren Wert aufweisen, damit sich bei der iiier verhältnismäßig kleinen Schaltfirequenz eine genügend große integrationswirkunji ergibt. Aus diesem Grunde ist:der Schalter Sm noch mit einer weiteren, in Fig. 2; nicht eingezeichneten Ebene versehen, mit der im oberen Induktivitäts- und Kapazitätsmeßbereich der Kondensator C umgeschaltet wird.

Um eine gleichbleibende Meßgenauigkeit zu erzielen, ist die Speisespannung +Ub, bezogen auf den Punkt n, stabilisiert!.

Der Spannungsmesser V kann statt eines Drehspulinstrumentes ai;ch ein Digitalmeßgerät sein.

Eine Unterteilung des Meßumfangs in noch weitere Bereiche ist möglica.

Entspricht das !Verhältnis der zum Steuern des elektronischen Schalters in den einzelnen Meßbereichen benutzten Frequenzen (z. B. 20 000 Hz, 2000 Hz, 200 Hz usw.) gegenläufig demjenigen Verhältnis, in dem diese Bereicht; abgestuft sind (z. ß. 0 bis 10 nF,

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O bis 100 nF, 0 bis 1000 nF usw.), so werden — gleiche Abstufung der Hilfswiderstände (Rhi bis RhIl) vorausgesetzt — insgesamt nur zwei Eichwiderstände (Äv) benötigt, einer für die Induktivitätsmcßberciche, der zweite für die Kapazitätsmeßbereiche.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sie bei verhältnismäßig geringem Aufwand die Herstellung von Induktivitätsund Kapazitätsmeßgeräten mit großem Meßumfang

und von guter Genauigkeit ermöglicht, bei denen dei Meßwert von einem Spannungsmesser linearer Skalen teilung besonders leicht ablesbar ist. Weitere Vorteile sind, daß der Erfindung in allen Meßbereichen da; gleiche Meßprinzip zugrunde liegt und daß durch die Anwendung einer Frequenzteilerkette nur ein einzigei Oszillator fester Frequenz benötigt wird, womit ein« hohe Frequenzkonstanz in allen Meßbereichen leichi realisierbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungeines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes mit einen Spannungsmesser linearer Skalenteilung, beruhend auf der Erfassung der bei einer vorgegebenen Frequenz am Prüfling bzw. an einem mit diesem in Reihe liegenden Hilfswiderstand auftretenden Spannungszeitsumme differenzierter Rechteckin._k :lse auf dem Wege über eine Gleichrichterschaltung und mit einem dem Spannungsmesser parallelgeschalteten Integrationskondensator, für Prüflinge zwischen 5 · 10~^e und 10 Henry sowie zwischen 5 ■ 10 ¹² und 10 ^ä Farad, dadurch gekennzeichnet, daß das Auf- und Entladen des Prüflings (Lx, Cx) aus einer Quelle konstanter Spannung über den HilfsWiderstand (RJi) mittels eines elektronischen Schalters (7"1) erfolgt, der von eine-n Oszillator (O) fester und stabiler Frequenz über Frequenzteilerstufen (Fl bis F(t) gesteuert ist, daß der Gesamt-Meßbereich in mehrere Teilbereiche mit jeweils eigenem Wert der Steuerfrequenz unterteilt ist und daß zwischen der Gleichrichterschaltung (G) und dem Spannungsmesser (V). in Serie mit diesem, ein jeweils meßbereichseigener Eichwiderstand Rv (L) bzw. Rv (C) angeordnet ist.

2. Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes nach Anr-xuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufladen des Prüflings (Lx. Cx) über den Hilfswiderstand (Rh) zusätzlich über einen Schutzwide».stand (Rs) erfolgt, der den Kollektorstrom des Schalttransistors (7"1) begrenzt.

3. Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des Spannungsmessers (V) vor hoher überlastung, die in den Induktivitätsmeßbereichen bei nicht angeschlossenem Prüfling (Lx) auftreten würde, eine Relaisschaltstufe (T2, 7~3, ReI) vorhanden ist, die bei offenen Prüflingsklemmen (KIl, KIl) den Spannungsmesser (K) abschaltet.

4. Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsmesser (K), wie an sich bekannt, eine Diode (D) parallel geschaltet ist, die als Spannungsbegrenzer arbeitet.

5. Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsmesser (V) an Stelle eines Drehspulinstrumentes ein Digitalmeßgerät verwendet ist.

6. Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wahl eines solchen Verhältnisses der zum Steuern des elektronischen Schalters (Tl) in den einzelnen Meßbereichen benutzten Frequenzen (/1 bis /6), welches das gleiche ist wie das der Abstufung dieser Bereiche, insgesamt nur zwei Eichwiderstände (Rv) vorhanden sind, von denen einer den Induktivitätsmeßbereichen zugehört, der andere den Kapazitätsmeßbereichen.

7. Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten von Induktivitäts- auf Kapazitätsmessung ein Umschalter (SaI l's Sa3) vorgesehen ist.

A. Beschreibung

Die Erfindung betrifft die ichaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes mit einem Spannungsmesser linearer Skalenteilung, beruhend auf der Erfassung der bei einer vorgegebenen Frequenz am Prüfling bzw. an einem mit diesem in Reihe i^;egenden Hilfswiderstand auftretenden Spannungszeitsumme differenzierter Rechteckimpulse auf dem Wege über eine Gleichrichterschaltung und mit einem dem

ίο Spannungsmesser parallelgeschalteten Integrationskondensator, für Prüflinge zwischen 5 ■ I0~^s und 10 Henr, sowie zwischen 5 · 10¹'² und 10⁵ Farad.

Die bekannten Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgeräte arbeiten größtenteils nach dem Resonanzverfahren oder als Meßbrücken. Das Resonanzverfal.ren bedingt einen relativ hohen Aufwand. Beide Verfahren erfordern zu jeder Messung einen Abgleich. Darüber hinaus ist bei den Meßbrücken noch eine Korrektur des Einflusses der Spulengüte und des Kapazitäts-Verlustfaktors vorzunehmen.

Es ist sodann ein Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerät mit einem Oszillator fester und einem solchen verstimmbarer Frequenz bekannt, bei dem das Meßergebnis direkt angezeigt wird. Dieses Gerät arbeitet jedoch nach einem anderen Prinzip, außerdem erstreckt sich der Meßumfang auf die verhältnismäßig kleinen Werte 3 - 10 ^β bis IO ³ Henry und 3 · 10"¹² bis 10 ⁹ Farad.

Durch »Funkschau«, Jahrgang 1963. Heft 13,

S. 915, 916, ist weiterhin eine Kapazitätsmeßschaltung mit direkter Anzeige bekannt, die indessen einen in der Frequenz umschaltbaren astabilen Multivibrator enthält und bei der die Eichung mit Hilfe frequenzbestimmender Widerstände erfolgt. Sie eignet sich vorwiegend zum Messen kleinerer Kapaza.^:ltswerte bis etwa 10 ⁷ Farad.

Durch die Patentschrift Nr. 37 666 des Amtes für Enindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist fernerhin eine »Anordnung zur Messung von Kapazitäten mit direkter Kapazitätsanzeige« b.kannt. Bei dieser erfolgt die Differenzierung der Rechteckimpulse durch den unbekannten Kondensator und den Innenwiderstand der Gleichrichterschaltung, wohingegen bei der erfindungsgemäßen Schaltung ein eigener Hilfswiderstand vorgesehen ist, der auf Grund der vorgesehenen Umschaltbarkeit eine Anpaßmöglichkeit an den jeweiligen Meßbereich bietet. Die Beschreibung der Anordnung nach der Patentschrift Nr. 37 666 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist sehr allgemein gehalten und geht auf eine spezielle Ausgestaltung in Hinblick auf eine Verwendung in der Praxis nicht ein. — Überdies sind im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Schaltung mit keiner der beiden letztgenannten Schaltungen gleichermaßen Induktivitäts- und Kapazitätsmessungen durchführbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung eines Induktivitäts- und Kapazitätsmeßgerätes guter Genauigkeit mit einem Spannungsmesser linearer Skalenteilung zum direkten Anzeigen des Meßwertes

6j zu schaffen, die einen für die Praxis geeigneten, verhältnismäßig geringen Aufwand erfordert, die weiterhin ohne Änderung des Meßprinzips sowohl sehr kleine als auch sehr große Induktivitäts- und Kapazitätswerte zu messen gestattet (5 · 10~^e bis 10 Henry und 5 · 1(H¹ bis 10-* Farad), und bei der eine hohe Frequenzkonstanz in allen Meßbereichen als Voraussetzung für gute Meßgenauigkeit mit einfachen Mitteln erzielt wird.