DE2234923A1 - Geraet zur messung einer mit stoerwechselspannungen ueberlagerten veraenderlichen gleichspannung - Google Patents

Description

13. 169 30/ei

PATENTANWÄLTE Dr. TCT. nal. DIETER LOUI! Dipl.-Phys. CLAUS PÖHLAV Dipl.-!ng. FRANZ LOHRENT ί
8500 NORNBERg

KESSLERPLATZ 1

Herr Charles MICHEL, Paris / Frankreich

Gerät zur Messung einer mit Stör-Wechselspannungen überlagerten veränderlichen Gleichspannung

Die Erfindung-betrifft ein elektronisches Gerät zur Messung des Wertes einer veränderlichen, von Stör-Wechselspannungen begleiteten Gleichspannung, welches einen elektronischen Digital-Zähler sowie einen vorwärts- und einen rückwärtslaufenden Taktgeber aufweist, denen ein Komparator vorgeschaltet ist, welchem gleichzeitig die zu messende Spannung und eine durch Umwandlung .des Ahzeigewertes des Zählers erhaltene analoge Spannung zugeführt werden.

Düs Problem der Messung des Wertes einer veränderlichen Gleichspannung, die von Stör-Wechselspannungen begleitet

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ist, stellt sich beispielsweise bei der Prüfung oder Messung von Veränderungen einer in Spannungsänderungen umgewandelten Funktion dann, wenn aus Gründen, die in dem entsprechenden Anwendungsgebiet zu suchen sind, diese Spannung der Wirkung von Stö'r-Wechs el spannungen unterliegt, die auf Parameter zurückzuführen sind, deren Einfluss auf die interessierende Grosse bzw. Punktion nicht ausgeschaltet werden kann.

Versucht man, das klassische Verfahren anzuwenden, das in einer Filterung des Messignales mittels eines integrierenden Kreises besteht, so wird die Messung um so mehr verzögert, je grosser die Zeitkonstante des Filters und je höher die gewünschte Genauigkeit ist. Die Wartezeit bis zu einer Stabilisation des gefilterten Signales ergibt dann in vielen Anwendungsfällen eine Zeitdauer, die einen Einsatz dieses Verfahrens unmöglich macht.

Bei der Erfindung bedient man sich nun eines an sich bekannten elektronischen Messgerätes der eingangs erwähnten Ausbildung mit einem Digital-Zähler sowie einem vorwärts- und einem rückwärtslaufenden Taktgeber. Ein derartiges Gerät könnte jedoch, so wie es bekannt ist, verständlicherweise nicht verwendet werden, da der Wert der Anzeige der Grosse oder der Zählwert laufend durch die Stör-Wechselspannungen mehr oder weniger gestört würde, so dass eine Ablesung ja

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praktisch nicht erfolgen könnte.

Um diese Mangel auszuschalten, wird nun nach der Erfindung vorgeschlagen, die beiden Taktgeber jeweils über ein UND-Glied anzusteuern und jeweils einen Eingang dieser UND-Glieder direkt und den anderen Eingang über einen Integrierkreis mit dem Komparator zu verbinden.

Dank dieser besonderen Ausbildung wird der Zähler nur dann betätigt, wenn er gleichzeitig eine Gleichspannung und eine integrierte Spannung empfängt. Die Stör-Wechselspannung wird in gleicher Weise wie das zu messende Signal integriert. Geht man aber davon aus, dass der Mittelwert der Stör-Wechselspannung Null ist, so liefert diese nach der Integration kein Signal für das UND-Glied, so dass dieses Glied schliesslich nur aufgrund des gleichzeitigen Anliegens des ursprünglichen Wertes und des integrierten Wertes des Hauptsignales beeinflusst wird.

Wenn es sich beispielsweise um einen Digital-Zähler handelt, so werden in Wirklichkeit der vorwärts- und der rückwärtslaufende Taktgeber nur betätigt, wernn das Ausgangspotential des Komparators einen Schwellwert +v oder -v erreicht, der dem Wert der Halbzahl der vorhergehenden Stelle des Zählers entspricht.

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Dies ist der Grund, weshalb nach einem anderen Merkmal der Erfindung die beiden Eingänge beider UND-Glieder mit einem Schwellwertkreis, beispielsweise einem Schmitt-Trigger oder auch einem Komparator versehen sein können.

Das integrierte Hauptsignal tritt infolgedessen am Eingang des UND-Gliedes nur nach Ablauf einer Zeit auf, die genügt, dass das integrierte Signal die Schwellenspannung ν erreicht. In diesem Augenblick wird durch das gleichzeitige Anliegen des direkten Hauptsignals und des integrierten Haupt-(Gleichspannungs-)Signals bewirkt, dass das UND-Glied öffnet, worauf der Taktgeber zu arbeiten beginnt und Impulse an den Zähler abgibt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Figur 1 ein Schema des gesamten Gerätes und Figur 2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Gerätes,

Das elektronische Gerät zur Messung des Wertes einer ver änderlichen, von Stör-Wechselspannungen begleiteten Gleich-

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spannung umfasst zuerst einmal ein bekanntes Messsystem, welches von einem elektronischen Digital-Zähler 1 gebildet ist, dessen Anzeigetafel mit 2 bezeichnet ist und dessen Weiterschaltung die an die Eingangsklemme 4 gelegte Messspannung über einen vorwärtslaufenden Taktgeber 5 und einen rückwärtslaufenden Taktgeber 6 bewirkt, denen ein Komparator 7 vorgeschaltet ist, der gleichzeitig von der Eingangsklemme 4 die Messspannung und vom Zähler 1 den angezeigten Wert nach dessen Umwandlung in einem Konverter 8 in eine Analogspannung empfängt.

Um die Einflüsse der dem Messignal überlagerten Störspannungen zu eliminieren, werden die beiden Taktgeber 5 und 6 jeweils über eines von zwei UND-Gliedern 11, 12 angesteuert bzw. gespeist. Die beiden Eingänge des Gliedes 11 sind mit dem Ausgang des Komparators 7 verbunden und zwar der eine Eingang 11A direkt und der andere Eingang 11B über einen insgesamt mit 13 bezeichneten Integrierkreis, der im wesentlichen in an sich bekannter Weise aus einem Widerstand 14 und einer Kapazität 15 besteht. In analoger Weise ist der eine Eingang 12A des Gliedes 12 direkt mit dem Ausgang des Komparators 7 verbunden, während der andere Eingang 12B an den Ausgang des Integrierkreises 13 angeschlossen-ist. In diesem Falle ist jedoch jeweils ein Inverter 16, -17 zwischengeschaitet, da es darum geht, einen rückwärtslaufenden Taktgeber 6 und nicht einen vor-

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wärtslaufenden Taktgeber 5 zu steueren, also mit einer umgekehrten Polarität am Ausgang des Komparators.

An jedem der beiden Eingänge der beiden UND-Glieder 11 und 12 ist ein Schwellwertkreis solcher Ausbildung angeordnet, dass die Ausgangsspannung des !Comparators nur an die UND-Glieder 11, 12 angelegt wird, wenn sie den Schwellwert ν übersteigt.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise des erfindungsgemässen Gerätes sei nun auf die graphische Darstellung der Figur 2 Bezug genommen, die auf der Ordinate die Spannungen als Funktion der Zeit, welche auf der Abszisse aufgetragen ist, zeigen.

In Figur 2a sieht man die Veränderungen der Spannung S mit dem zu messenden Wert, d.h. des Hauptsignals. Bei P sind die Veränderungen der Störspannung dargestellt, deren Wirkung ausgeschaltet werden soll.

Die Figur 2b zeigt die Form der Spannungen nach der Ver- _ Stärkung am Ausgang des Komparators 7. Der Wert S1 des Signals und der Wert P1 der Storspannung übersteigen den Schwellenwert der Spannung v, der der Genauigkeit des analogen Zählers 1 entspricht. Wären diese Spannungen kleiner als der Schwellwert v, so würde das System als

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im Gleichgewicht befindlich betrachtet und die beiden UND-Gatter 11, 12 würden kein Signal durchlassen, welches in der Lage wäre, eine Weiterschaltung des Zählers in der einen oder der entgegengesetzten Richtung hervorzurufen.

Die Figur 2c zeigt den Verlauf der Spannungssignale nach Integration im Kreis 13, d.h. den Spannungsverlauf, wie er am Eingang 11B des Gatters 11 und am Eingang 12B des Gatters 12 autritt. Der Mittelwert der Spannung des Störsignals, bei dem es sich um eine Wechselspannung handelt, 1st praktisch Null und liegt infolgedessen erheblich unterhalb der Empfindlichkeitsschwelle v. Demgegenüber verändert sich der Wert S2 des Hauptsignals allmählich und übersteigt den Schwellwert der Empfindlichkeit, beispielsweise den Wert +v, im Punkt B mit einer gewissen Verzögerung T gegenüber dem Äugenblick ti der ursprünglichen Veränderung des Hauptsignals S1.

Die Figur 2d zeigt die sich einstellende Störung des Gleichgewichts beim Anfangswert der Signale P3 und S3 (Bedingung A), während.die Kurve der Figur 2e die sich ergebende Störung des Gleichgewichts der Signale P4 und S4 bei einem Mittelwert (Bedingung B) veranschaulicht, wobei der von P4 Null ist. . ■"...-

Es sei angenommen, dass Jedes Gatter, beispielsweise das

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Gatter 11, nur dann öffnet, wenn gleichzeitig der Ursprungswert und der Mittelwert der Signale auftritt, was bedeutet, dass das Gatter nur zum Zeitpunkt t2 öffnet und die Signale zum vorwärtslaufenden Taktgeber 5 gelangen lässt, der die entsprechenden Impulse in Abhängigkeit von der Spannung S5 des einzigen Hauptsignals für den Digital-Zähler 2 liefert.

In dem Mass, wie der vorwärtslaufende Taktgeber 5 Impulse an den Zähler 1 abgibt, verringert sich die noch zu zählende Menge allmählich bis zu dem Augenblick, wo die noch zur Messung verbleibende Restspannung wiederum hinsichtlich ihres Augenblickswertes die Empfindlichkeistsschwelle ν unterschreitet, d.h. zum Zeitpunkt t3. Der Wert der Spannung des integrierten Hauptsignals S2 liegt noch, und zwar bis zum Zeitpunkt t4, etwas über diesem Schwellwert. Trotzdem wird das im Augenblick benutzte Gatter zum Zeitpunkt t3 schliessen, da die Gatter 11 oder 12 nur dann öffnen, wenn gleichzeitig die ursprüngliche Spannung und die integrierte Spannung anliegt. Das heisst also, es ist die Bedingung A + B der Figur 2f gegeben.

Der vorwärtslaufende und der rückwärtslaufende Taktgeber laufen also nur an, wenn ein dauerndes Ungleichgewicht vorliegt und mit einer gewissen Verzögerung, während sie sofort angehalten werden, sobald die Anordnung wieder in den Gleichgewichtszustand im Rahmen der Empfindlichkeit £ ν

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zurückgekehrt ist.

Mit anderen Worten ausgedrückt heisst dies, dass ein Anhalten des Taktgebers ohne Verzögerung erhalten werden muss, sobald das Gleichgewicht erreicht ist. Das Anlaufen ist demgegenüber verzögert, was die erforderliche Zeit gibt um festzustellen, dass die ermittelte Störung des Gleichgewichts bei Vorliegen eines Störsignals im Mittelwert Null

oder/Mittelwert von Null verschieden ist, falls eine Variation der Messgrösse vorliegt. Die Arbeitsweise des Taktgebers ist also das logische Produkt zweier Bedingungen, nämlich der Bedingung A (Figur 2d) der Feststellung der Störung des Gleichgewichts im ursprünglichen Wert und der Bedingung B (Figur 2e) der Feststellung einer Störung des Gleichgewichts im Mittelwert.

In der graphischen Darstellung der Figur 2 wurde angenommen, dass die Spannung des zu messenden Signals S von einem von Null verschiedenen Wert zu einem anderen, höheren Wert verläuft und dass die Störspannung eine gewisse Zeit vor Eintritt der Veränderung der Spannung des Hauptsignals S vorhanden ist. Bs treten Jedoch im wesentlichen ähnliche Vorgänge unter anderen Bedingungen und bei einer anderen zeitlichen Verteilung der Veränderungen der Spannung des Signals und der Störspannung auf. So würden, falls eine Störspannung genau in dem Augenblick der Veränderung der Spannung des

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Hauptsignals aufträte, die den Zeittaktgebern zugeführten Spannungen über die Zeit zerhackt werden. Es würde Jedoch die Messung hierdurch keineswegs gestört.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es wären vielmehr im Rahmen der Erfindung eine Reihe von Änderungen möglich.

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Claims (3)

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   Patentansprüche:

   1/ Elektronisches Gerät zur Messung des Wertes einer veränderlichen, von Stör-Wechselspannungen begleiteten Gleichspannung, welches einen elektrischen Digital-Zähler sowie einen vorwärts- und einen rückwärtslaufenden Taktgeber aufweist, denen ein Komparator vorgeschaltet ist, welchem gleichzeitig die zu messende Spannung und eine durch Umwandlung des Anzeigewertes des Zählers erhaltene analoge Spannung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Taktgeber (5_t 6) jeweils über ein UND-Glied (11, 12) gesteuert sind und jeweils ein Eingang (11A, 12A) dieser UND-Glieder di- · rekt und der andere Eingang (11B, 12B) über einen Integrierkreis (13) mit dem Komparator (7) verbunden ist.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur notwendigen Umkehr der Speisesignale für den rückwärtslaufenden Taktgeber (6) zwei Inverter (16, 17) dienen, die in die beiden Eingangskreise des zugehörigen UND-Gliedes (12) eingeschaltet sind.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eingänge (11A, 11B; 12A, 12B) beider

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   UND-Glieder (11_F 12) mit einem Schwellwertkreis, z.B. einem Schmitt-Trigger oder einem Komparator, versehen sind.

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