DE2150504C3 - Meßumformer - Google Patents

Description

3. Mcßumtotmer nach Anspruch i oder ?. 35 Fine Schaltung der Art. wie sie in Fig. 1 darge-

dadurch gekennzeichnet, daß mindesten- Liner stallt iM. hat den Nachteil, daß d;:i von ihr abgege-

der /wischen Basis und Emitter liegenden Wider- bene eingeprägte Gleichstrom von der Kurvenform

stände (21. 22. 27 28) einstellbar ist des zu messenden Wechselspannungssignals abhängig

ist, d. h. die Schaltung ist zur Effektivwertmessung

40 ungeeignet. Weiterhin verursacht der zur Erzielung

eines Gleichstrom-Ausgangssignals geringer Wellig-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßumfor- keit erforderliche Brückcngleichrichter im unteren

mer, der den Effektivwert eines zu messenden Teil des Meßbereichs eine erhebliche Unlinearität.

Wechselspannungssignals in einem bei Null begin- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßumformer

nenden Meßbereich ohne Hilfsspannuugsquelle in 45 zu schaffen, der einen dem Effektivwert einer Wech-

cinen proportionalen eingeprägten Gleichstrom um- selstromgröße proportionalen eingeprägten Strom

wandelt. abgibt, ohne daß dazu eine Hilfsspannung benötigt

Meßumformei, die eine Meßgröße in einen vor wird. Diese Aufgabe wird bei einem Meßumformer

jjugsweise normierten eingeprägten Gleichstrom um- der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß

wardein, gewinnen insbesondere in dei Anlagen- 50 das zu messende Wechselspannungssignal einem

technik zunehmend an Bedeutung. Durch die Ein- Transformator mit zwei Sekundärwicklungen zuge-

prägung (hoher Quellwiderstand) ist der Gleichstrom führt ist, wobei das von der ersten Sekundärwicklung

in bestimmten Grenzen vom Wert des Lastwider- abgegebene Signal einer aus einem Linweggleich-

«tandes unabhängig. Bekannte Meßumformer füi richterl5 und einem KC-Neizwerk 9 bis 13 beste

Wechselstrom verwenden einen Stromwandler, der 55 nenden Schaltung zugeführt ist, die dafür sorgt,

den eingeprägten Sekundärstrom einem Gleichrichter daß an ihrem Ausgang ein Gleiche romsignal ent

tuführt, mit dem der Lastwiderstand verbunden ist steht, das dem Effektivwert des Wechselspannungs-

Störend an dieser recht einfachen Schaltung ist das signals Uy. proportional ist, und daß dieses Gleich-

clurch den Wandler fest vorgegebene Ubersetzungs- stromsignal einen Transistor steuert, also zwischen

verhältnis, das es nicht erlaubt, nachträglich die 60 Basis und Emitter des Transistors wirksam wird.

Höhe des eingeprägten Gleichstromes zu korrigieren. während das von der zweiten Sekundärwicklung

Wesentlich größer sind die Nachteile, die den be- abgegebene Signal nach seiner Gleichrichtung über

kannten Meßumformern für Wechselspannung an- einen in Reihe mit der Kollektor-Emiturstrccke des

laften. Hier läßt sich eine Einprägung des Gleich- Transistors liegenden Luftwiderstand als eingeprägter

«romes nur durch Vorschalten eines hohen Wider- 65 Gleichstrom fließt.

•tandes erreichen. Dieser verursacht jedoch eine Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentsprechend hohe Verlustleistung, die sich wiederum bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen durch großen Leistungsverbrauch, erhebliche Wärme- gekennzeichnet.

Austührungsbeispiclc dci Einiidung sin J in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden •äher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Wirkschaltbild eines Mebumioimeis, wie es die USA.-Patentschrift 3 413 537 nahelegt.

Fig. 2 das Wirkschaltbild eines erfindungsgemäf en Meßumformers.

In F i g. 1 wird die Meßgröße, also ι. B. ein Wechselstrom Jk, über die Primärwicklung eines Stromwandlers 1 geleitet, auf die Sekundärwicklung übertragen und dann dem Gleichrichter 2 zugeführt. Der •unmehr auf die erfindungsgemäLk Schaltung treffende Gleichstrom / verzweigt sich in einen Teil-Strom, aer über den Spannungsteiler 3, 4. 5 sowie zur Basis des Transistors 6 fließt und einen Teilstrom, der über den Lastwiderstand 7 zur Kollektor-Emitter- »trecke und dann zum Widerstand 8 fließt. Bei dieser Schaltung liegt also am Lastwiderstand 7 und damit am Kollektor keine Hilfsspannung, sondern ein ebenso von der Meßgröße J₁ abgeleitetes Signal wie •n der Basis. Die Reihenschaltung von Widerstand 5 end Diode 4 haben die Aufgabe, die Unlinearität der easis-Emitterslrecke des Transistors 6 auszugleichen.

Zur Messung des Effektivwertes einer Wechselspannung ist die durch die USA.-Patentschrift 3 413 537 nahegelegte Schaltung in Fig. 1 nicht geeignet. Hat die Kurvenform den Verlauf einer unverzerrten Sinuswelle, so ist es gleichgültig, ob der Spitzenwert oder der arithmetische Mittelwert gemessen wird, es ist lediglich der richtige Formfaktor r.u berücksichtigen. 1st die Sinuswelle dagegen von Oberwellen überlagert, die zudem noch in Zahl. Betrag und Phase wechseln, so ändert sich de; Formfaktor, so daß weder der Mittelwert noch der Spitzenwert zur Ermittlung geeignet sind. Die wesentliche Besonderheit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung gegenüber Fig. 1 liegt in dem WC-Netzwerk 9 bis 12. Dieses Netzwerk ermöglicht eine stündige Anpassung des Formfaktors an die Kurvenform der Meßgröße. Es ist daduich möglich, den Effektiv wert weitgehend unabhängig von dem Oberwellenanteil der Meßgröße zu messen.

Die Nachteile der Schaltung in Fig. I. die durch den Brückengleichrichter eine relativ große Unlinearität und Temperaturabhängigkeit aufweist und nicht zur Effektivwertmessung geeignet ist, werden nach der erfindungsgemäßen Schaltung in Fig. 2 beseitigt. Um eine Effektivwertmessung /u ermöglichen, muß der zur Stromeinprägung dienende Transistor mit einer dem Effektivwert entsprechenden Gleichsiioingiolie gesteueit weiden. Um weiterhin die Linearität der Schaltung zu verbessern und die Temperaturabhängigkeit herabzusetzen, ist es vorteilhaft, wenn der im Steuerkreis des Transistor* fließende Strom nur eine Diode durchfließen muß. Eine Einweggleichrichtung für die gesamte Schaltung ist andererseits unerwünscht, da der dem Lastwidersland zugeführte eingeprägte Gleichstrom möglichst geringe Welligkeit haben soll.

ίο Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der Transformator 30, dem primä'rseitig die zu messende Wechselspannung Uy. zugeführt ist, sekundärseitig zwei Wicklungen 30 b, 30 f. Die erste dieser beiden Wicklungen 30 h dient zur Erzeugung des dem Effektivwerl der Wechselspannung Uy. proportionalen Steuersignals für den Transistor 17. Das Wechselspannungssignal wird hierzu einem Einweggleichrichter 15 zugeführt und über ein RC-Netzwerk 9 bis 13 an die Basis des Transistors 17 gelegt. Das RC-Netzwerk 9 bis 13 ist

ao eine Abart der bekannten Wahrmann-Schaltung (Hochfrequenztechnik und Elektroakustik 78. Band, Heft 4, 1969, S. 146). Die zweite der beiden Sekundärwicklungen 30 c liefert das mit Hilfe des Transistors 17 eingeprägte Gleichstromsignal. Die Wicklung 30 c ist hierzu mit einem Brückengleichrichter

16 verbunden, dessen Ausgangsdiagonale mit der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 17, dem Lastw'derstand 26 und weiteren Widerständen 27,28 in Reihe liegt.

Die Dioden 18 bis 20 dienen zusammen mit den

_ Widerständen 21 und 22 zur Linearisierung und Temperaturkompensation der Schaltung .Die Widerstände 27, 28 verbessern durch Stromgegenkopplung die Einprägung des Gleichstromes und erlauben es, diesen auf einen vorgegebenen Wert einzustellen. Die Diode 23 verhindert zusammen mit dem Widerständen 24, 25 eine Vormagnetisierung des Transformators 30.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß der eingeprägte Gleichstrom einstellbar ist, und daß durch den hohen dynamischen Innenwiderstand des Transistors 6, 17 eine gute Einprägung erzielt wird. Da andererseits der Transistor 6,

17 einen sehr niedrigen statischen Widerstand besitzt, bleibt die Verlustleistung entsprechend gering. Die der Basis-Emitterstrecke des Transistors 17 parallel liegende Reihenschaltung von Dioden und Widerständen erlaubt außerdem eine sehr gute Linearisierung und das RC-Netzwerk sorgt für eine vom Formfaktor weithgehend unabhängige Effektivwertmessung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patemanspiüche entwicklung und teueic Bauuile ^hi nachteilig au-.

1. Meßumformer, der den Eiiektivwerl eine, wirkt. Um diese Nachteile zu umgehen wurden

zu messenden Wechselspannungssignals in einem andere bekannte Meßumformer mit einem Vorstarker

bei Null beginnenden Meßbereich ohne Hilfsspan- ausgerüstet, mit dem sich die erwünschte Stromnungsquelle in einen proportionalen eingeprägten 5 einprägung sehr einfach verwirklichen laßt. Die

Gleichstrom umwandelt, dadurch gekenn- Einsatzmöglichkeiten fur einen solchen Meßumiof

zeichnet, daß das zu messende Wechsel- mer sind jedoch stark eingeschränkt, weil fur den

Spannungssignal (ft) einem Transformator (30) Verstärker eine Hilfsspannungsquelle benotigt wird.

mit zwei Sekundärwicklungen (30b, 30r) züge- die keinesfalls immer vorhanden ist. Außerdem beführt ist, wobei das von der ersten Sekundärwick- io deutet ein Verstärker mit der zugehörigen Strom-

lung(30f>) abgegebene Signal einer aus einem versorgungsschallung natürlich auch einen crheb-

Einweggleichrichter (15) und einem Kf-Netz- liehen Mehraufwand.

werk (9 bis 13) bestehenden Schaltung (9 his 15) Fs ist weiterhin bekannt. daß man den hohen zugeführt ist, die dafür sorgt, daß an ihrem Aus- dynamischen Innenwiderstand \on I ransistoren, die gang ein Gleichstromsignal entsteht, das dem 15 in Emitterschaltung betrieben weiden, /ur Strom Effektivwert des Wechselspannungssignals (Iy₁) einprägung ausnutzen kann So ist aus der USA-proportional ist, und daß dieses Gleichstrom- Patentschrift 3 413 537 eine Konstant.tromquelle Signa! einen Transistor (17) steuert, also zwischen bekannt, bei der ein Transisior dalür sorgt, daß über Basis and Emitter des Transistors (17) wirksam eine als Lastwiderstand wirkende Batterie ein eingcwird, während das von der zweiten Sekundär- ao prägter Konstantstro.-n Hießt. Die Batterie ist mit wicklung (30 c) abgegebene Signal nach seiner derp Kollektor des Transistors und mit dem einen Gleichrichtung über einen in Reihe nut der Pol einet Versorgungsspannungsquelle verbunden. KoIJektor-Emitterstrecke des Transistors (17) lie- deren anderer Ροί über einen Widerstand am Fmiik-r genden Lastwiderstand (26) als eingeprägter des 1 ransistors liegt. Die Basis des Transistors liegt Gleichstrom fließt. " as am Abgriff eines Spannungsteilers der an der glei-2 Meßumformer nach Anspruch I, dadurch chen Ve.sorgungsspannungsquelle angeschlossen isi gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors (17) Die vom Spannungsteiler erzeugte Steuerspannung über eine Reihenschaltung von mindestens einer des Transistors wird /ur Konstanthaltung des einge-Diode (18 bis 20) und einem Widerstand (2t. 22) prägter. Stromes mit einer Zenerdiode stabilisiert Ls und der Ermitter übe· mindestens einen Wider- 30 ist naheliegend, eine Schaltung dieser Art zur Umstand (27. 28) auf einem Potential hegen. Jas den formung eines Wechselstromes in einen propoitionabeiden von den Sekundärwicklungen (30/>. 3Or) len eingeprägten Gleichstrom /u verwenden, wobei kommenden gleichgerichteten Signa.en gemein- die/ur Kor <tunt«.tromerzeugung erforderliche Zenersam ist. diode dann selbstverständlich entfällt.