DE2310818A1

DE2310818A1 - Wechselstrommessbruecke

Info

Publication number: DE2310818A1
Application number: DE19732310818
Authority: DE
Inventors: Dieter Neumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1973-03-05
Publication date: 1974-09-19
Also published as: FR2220792A1; JPS49126370A; DE2310818B2; CH566006A5; DE2310818C3; FR2220792B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselstrommeßbrüc^j mit selbsttätigem Abgleich der Wirkkomponenten.

Wechselstrommeßbrücken mit selbsttätigem Abgleich sind seit langem bekannt, beispielsweise aus "ATM" J 924-1 vom August 1936. Bei diesen bekannten selbstabgleichenden Wechselstrommeßbrücken werden nacheinander die Wirk- und Blindkomponenten abgeglichen, dafür sind zwei Abgleicheinriohtungen erforderlich, die wechselweise betätigt werden, bis der Gesamtabgleich der Brücke vorgenommen ist.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Wechselstrommeßbrücke zu schaffen, die schneller abgleichbar ist als die bekannten selbstabgleichenden Meßbrücken. Bei der Lösung wurde die Erkenntnis angewandt, daß es genügt, beispielsweise zur Kapazitätsmessung den bei jeder praktischen Kapazität vorhandenen Wirkanteil ihres Scheinwiderstandes automatisch abzugleichen und die verbleibende Restspannung an der Meßdiagonalen der nicht vollständig abgeglichenen Brücke als Maß für den Blindanteil direkt auszuwerten.

Bei einer eingangs genannten Wechselstrommeßbrücke wurde die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung, insbesondere zur Messung kleiner Kapazitäten mit großem Verlustfaktor dadurch gelöst, daß die Spannung an der Meßdiagonalen deWechsels tr omnießbrücke über einen Nullverstärker an den einen Eingang eines phasenempfindlichen Gleichrichters, dessen anderer Eingang an der Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke liegt, zugeführt ist und der Ausgang des

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phasenempfindlichen Gleichrichters an den Eingang eines Integrationsgliedes angeschlossen ist, dessen Ausgang in Wirkverbindung mit einem ohm¹sehen Abgleichglied in einem der Weohselstrommeßbrückenzweige steht und daß am Ausgang des Nullvorstärkere über einen weiteren Gleichrichter die kapazitätsproportionale Meßspannung abnehmbar ist. Hit Hilfe des phasenempfindlichen Gleichrichters wird nur der Wirkanteil der an der Meßdiagonalen der Brückenschaltung anliegenden Spannung vorzeichenrichtig erfaßt und dieser Anteil abgeglichen. Me verbleibende Restspannung an der Meßdiagonalen der Brücke ist dann ein Maß für die zu messende Kapazität. Sie einzelne Messung kann schneller erfolgen, als wenn beide Anteile abgeglichen werden müßten, außerdem wird die gesamte Meßschaltung einfacher, weil nur ein Anteil selbsttätig abgeglichen werden muß.

Um auoh noch eine Unterdrückung der durch die Regelabweichung bedingten noch vorhandenen ohm'sehen Komponente in der Spannung der Meßdiagonalen zu erreichen, ist zweckmäßig der weitere Gleichrichter ebenfalls ein phasenempfindlicher Gleichrichter, als dessen Steuerspannung die um phasenverschobene Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke dient.

Zwischen den Anschlußpunkten der Meßdiagonalen und dem Nullverstärkereingang ist ein Übertrager hoher Impedanz eingefügt.

Das Abgleichglied ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein magnetfeldabhängiger Widerstand im Magnetfeld einer vom Ausgangestrom des Integrationsgliedes durchflossenen Erregerwicklung. Anstelle der Kombination Erregerwicklung - magnetfeldabhängiger Widerstand kann auch ein vom Ausgangssignal des Integrationsgliedes gesteuerter Feldeffekttransistor dienen. Es kann auch eine Anordnung von Fotodioden und Lumineszenzdioden oder von Fotowiderständen und Leuchtdioden verwendet werden.

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Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Abgleichglied im gleichen Brückenzweig und parallel zur zu messenden Kapazität angeordnet.

Der magnetfeldabhängige Widerstand ist zweckmäßig etwas kleiner gewählt als der ihm über der Speisediagonale der Brücke gegenüberliegende Brückenwiderstand.

An die Stelle phasenempfindlicher Gleichrichter können auoh Multiplikatoren treten. Als Integrationsglied ist ein Miller-Integrator verwendet.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel, das als Prinzipsohaltbild in einer Figur dargestellt ist, erläutert. Eine Wechselstrommeßbrücke WB besteht aus ohm'sohen Widerständen R1, R2, RPP und R4, die in den vier Brückenzweigen angeordnet sind. Sem Widerstand RFP ist eine zu messende Kapazität CS parallelgeschaltet. Gestrichelt dargestellt ist auch der der Kapazität ebenfalls parallelliegende Verlustwiderstand RS. Der eine der beiden Speisediagonalpunkte der Brücke ist geerdet, dem anderen Diagonalpunkt der Speisediagonale wird eine Speisewechselspannung TJO zugeführt. Der Brückenwiderstand RFP ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand, eine sogenannte Feldplatte. An der Meßdiagonale mit den Anschlußpunkten C und D liegt die Primärwicklung eines Übertragers ÜT von hoher Impedanz. Die Sekundärwicklung des Übertragers ÜT ist an die Eingangeklemmen eines Nullverstärkers NV angeschlossen. Der Ausgang des Nullverstärkers NV ist mit einem Eingang eines phasenempfindliohen Gleichrichters PHGI verbunden. Ein weiterer Eingang des phasenempfindlichen Gleichrichters PHGI, der Steuereingang, ist an den die Speisespannung UO führenden Anschlußpunkt der Speisediagonalen der Wechselstrommeßbrücke WB angeschlossen. Der Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters PHGI ist mit dem Eingang eines Integrationsgliedes MI, zweckmäßig einem Millerintegrator, verbunden. Eingang und Ausgang des Verstärkers des Miller-Integrators sind über den Integrationskondensa-

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tor CI miteinander verbunden. Der Ausgangsstrom des Integrationsgliedes MI fließt durch eine Erregerwicklung ES, in deren Magnetfeld der magnetfeldabhängige Widerstand RFP angeordnet ist. An den Ausgang des Nullverstärkers NV ist weiterhin ein Gleichrichter GL angeschlossen. Am Ausgang dieses Gleichrichters kann eine der zu messenden Kapazität CS proportionale Spannung TJA abgenommen werden. Die Ausgangsspannung des Nullverstärkers NV kann, wie durch eine gestrichelte Leitungsführung dargestellt, auch einem der Eingänge eines zweiten phasenempfindlichen Gleichrichters PHGII zugeführt werden, dessen Steuereingang über einen Phasenschieber PH, der eine Phasenverschiebung um 90° erzeugt, mit dem die Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke WB führenden Diagonalpunkt der Brücke verbunden ist. Am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters PHGII steht eine der zu messenden Kapazität proportionale Spannung zur Verfügung, bei der auch noch der durch die Regelabweichung bedingte geringe ohm'sche Anteil der Meßdiagonalspannung nach Abgleich der Brückenscnaltung WB eliminiert ist.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird im fclgenden erläutert. Die Spannung an der Meßdiagonalen der Wechselstrombrücke WB wird über den Übertrager ÜT mit großer Impedanz potentialfrei auf den Nullverstärker NV gegeben. Die Ausgangsspannung des Nullverstärkers NV wird in dem phasenempfindlichen Gleichrichter PHGI gleichgerichtet. Die Ausgangsspannung an dem Gleichrichter ist proportional der Ausgangsspannung des Nullverstärkers und dem Kosinus des Phasenwinkels zwischen der Ausgangsspannung des Nullverstärkers und der dem phasenempfindlichen Gleichrichter PHG zugeführten Steuerspannung, also der Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke WB. Die Ausgangsspannung des phasenempfindlichen Gleichrichters PHGI steuert das Integrationsglied MI an, dessen Ausgangsspannung entsprechend ansteigt. In der an das Integrationsglied angeschlossenen Erregerspule ES wird dadurch ein Magnetfeld erzeugt. Der Fluß dieses Feldes durchsetzt den magnetfeldabhängigen

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Widerstand RPP, dessen Widerstand so lange ansteigt, bis
sein Wert demjenigen des Brückenwiderstandes R4 entspricht, Um die Ausregelung sicherzustellen, sollte der Grundwiderstand des magnetfeldabhängigen Widerstandes etwas kleiner als der Widerstandswert des Brückenwiderstandes R4 gewählt werden.

Durch den Regelvorgang wird der ohm'sche Spannungsanteil
der Spannung an der Meßdiagonalen eliminiert. Übrig bleibt eine der Kapazität CS entsprechende, um 90° phasenverschobene Spannung, die im Nullverstärker NV um einen definierten Verstärkungsfaktor verstärkt wird. Dieser kapazitive
Spannungsanteil wird nach Gleichrichtung im Gleichrichter GL als Maß für die Kapazität CS benutzt. Anstelle des
Gleichrichters GL kann zur Steigerung der Genauigkeit
der Anzeige der zweite phasenempfindliche Gleichrichter
PHGII dienen. Durch ihn wird eine Unterdrückung der durch die Regelabweichung nach automatischem Abgleich der Brücke noch vorhandenen geringen ohm'sehen Spannungskomponente
erzielt.

11 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

-6- VPA Patentansprüche

.j Wechselstrommeßbrüoke mit selbsttätigem Abgleich der Wirkkomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung kleiner Kapazitäten mit großem Verlustfaktor die Spannung an der Meßdiagonalen der Weohselstrommeßbrücke (WB) über einen Nullverstäxker (NV) dem einen Eingang eines phasenempfindlichen Gleichrichters (PHGI), dessen anderer Eingang an der Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke (WB) liegt, zugeführt ist und der Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters (PHGI) an den Eingang eines Integrationsgliedes (MI) angeschlossen ist, dessen Ausgang in Wirkverbindung mit einem ohm'sehen Abgleichglied (KFP) in einem der Wechsels trommeßbrückenzweige steht und daß am Ausgang des Nullverstärkers (NV) über einen weiteren Gleichrichter (GL) eine kapazitätsproportionale Meßspannung abnehmbar ist.
2. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Gleichrichter ein phasenempfindlicher Gleichrichter (PHGII) ist, dessen Steuereingang über einen Phasenschieber (PH) die um 90° phasenverschobene Speisespannung der Wechselstromnießbrüoke (WB) zugeführt ist.
3. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Meßdiagonalen der Wechselstrommeßbrücke (WB) und dem Eingang des Nullverstärkere (NV) ein Übertrager (ÜT) hoher Impedanz liegt.
4. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied ein magnetfeldabhängiger Widerstand (RPP) im Magnetfeld einer vom Ausgangsstrom des Integrationsgliedes (MI) durchflossenen Erregerwicklung (ES) ist.

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5. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der Unteransprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied ein vom Ausgangssignal des Integrationsgliedes (MI) gesteuerter Feldeffekttransistor ist.
6. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der Unteransprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied aus einer Fotodiode besteht, die in lichtleitender Verbindung mit einer vom Ausgangssignal des Integrationsgliedes (MI) gesteuerten Lumineszenzdiode steht.
7. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der Unteransprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied aus einem Fotowiderstand besteht, der in lichtleitender ,Verbindung mit einer vom Ausgangssignal des Integrationsgliedes (MI) gesteuerten Leuchtdiode steht.
8. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied im gleichen Brückenzweig und parallel zur zu messenden Kapazität (CS) liegt.
9. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied einen etwas kleineren Widerstandswert aufweist als der ihm über der Speisediagonalen gegenüberliegende Brückenwiderstand.
10. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle phasenempfindlicher Gleichrichter Multiplikatoren verwendet sind.
11. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrationsglied ein Miller-Integrator verwendet ist.

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