DE2310818C3 - Wechselstrommeßbrücke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechseistrommeßbrücke mit selbsttätigem Abgleich der Wirkkomponenten, wobei zur Messung kleiner Kapazitäten mit großem Verlustfaktor die Spannung an der Meßdiagonalen der Wechselstrombrücke nach Verstärkung in einem Nullverstärker herangezogen ist

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

Ost Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Wechseistrommeßbrücke zu schaffen, die schneller abgleichbar ist als die bekannten selbstabgleichenden Meßbrükken. Bei der Lösung wurde die Erkenntnis angewandt, daß es genügt beispielsweise zur Kapazitätsmessung den bei jeder praktischen Kapazität vorhandenen Wirkanteil ihres Scheinwiderstands 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 Wechselstrommeßbriicke wurde die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung d».durch gelöst, daß die Ausgangsspannung des Nullverstärkers an den einen Eingang eines phasenempfindlichen Gleichrichters, dessen anderer Eingang an der Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke liegt zugeführt ist und der Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters an den Eingang eines Intcgrationsgliedes angeschlossen ist, dessen Ausgang in Wirkverbindung mit einem ohmschen Abgleichglied in einem der Wechselstrommeßbrückenzweige steht und daß am Ausgang des Nullverstärkers über einen weiteren Gleichrichter die kapazitätsproportionale Meßspannung abnehmbar ist Mit Hilfe des phasenempfindlichen Gleichrichters wird nur der Wirkanteil der an der Meßdiagonalen der Brückenschaltung anliegenden Spannung vorzeichenrichtig erfaßt und dieser Anteil abgeglichen. Die verbleibende Restspannung an der Meßdiagonalen der Brücke ist dann ein Maß für die zu messende Kapazität. Die 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 auch noch eine Unterdrückung der durch die Regelabweichung bedingten noch vorhandenen ohmschen Komponente in der Spannung der Meßdiagonalen zu erreichen, ist zweckmäßig der weitere Gleichrichter ebenfalls ein phasenempfindlicher Gleichrichtet-, als dessen Steuerspannung die um 90° phasenverschobene Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke dient

Zwischen den Anschlußpunkten der Meßdiagoinalen und dem Nullverstärkereingang ist ein Übertrager ho-

her Impedanz eingefügt

Das AbgleichgUed ist bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein magnetfeldabhängiger Widerstand im Magnetfeld einer vom Ausgangsstrom des Integrationsglieds durchflossenen Erregern lcklung. An Stelle der Kombination Erregerwicklung — magnetfeldabhängiger Widerstand, kann auch ein vom Ausgangssignal des Integrationsgliedes gesteuerter Feldeffekttransistor aienen. Es kann auch eine Anordnung von Fotodioden und Lumineszenzdioden oder von Foto- ίο widerständen und Leuchtdioden verwendet werden.

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

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

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

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel, das als Prinzipschaltbild in einer Figur dargestellt ist, erläutert Eine Wechselstrommeßbrücke WB besteht aus ohmschen Widerständen Ri, RZ, RFPuna R4. die in den vier Brückenzweigen angeordnet sind. Dem Widerstand RFP ist eine zu messende Kapazität CS parallel geschaltet Gestrichelt dargestellt ist auch der der Kapazität ebenfalls parallelliegende Verlustwiderstand RS. Der eine der beiden Speisediagonalpunkte der Brücke ist geerdet, dem anderen Diagonaipunkt der Speisediagonale wird eine Speisewechselspannung UO zugeführt Der Brückenwiderstand RFP ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand, eine sogenannte Feldplatte. An der Meßdiagonalen mit den Anschlußpunkten C und D liegt die Primärwicklung eines Übertragers ÜT von hoher Impedanz. Die Sekundärwicklung des Übertragers #Tist an die Eingangsklemmen eines Null Verstärkers NV angeschlossen. Der Ausgang des Nullverstärkers NV ist mit einem Eingang eines phasenempfindlichen 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 M/. zweckmäßig einem Miller-Integrator, verbunden. Eingang und Ausgang des Verstärkers des Miller-Integrators sind über den Integrationskondensator Cl miteinander verbunden. Der Ausgangssttom des Integrationsgliedes MI fließt durch eine Erregerwicklung £5, in deren Magnetfeld der magnetfeldabhängige Widerstand RFP angeordnet ist. An den Ausgang des Null Verstärkers NV ist weiterhin ein Gleichrichter GL angeschlossen. Am Ausgang dieses Gleichrichters kann eine der zu messenden Kapazität CS proportionale Spannung UA abgenommen werden. Die Ausgangsspanruing des Nullverstärkers yVVkann, wie durch eine gestrichelte Leitungsführung dargestellt, auch einem der Eingänge eines 'zweiten phasenempfindlichen Gleichrichters PHGII zugeführt werden, dessen Steuerung 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 PHGIl steht eine der zu messeneden Kapazität proportionale Spannung zur Verfügung, bei der auch noch der durch die Regelabweichung bedingte geringe ohmsche Anteil der Meßdiagonalspannung nach Abgleich der Brückenschaltung WB eliminiert ist

Die Wirkungsweise der Schaltung wird im folgenden erläutert. Die Spannung an der Meßdiagonalen der Wechselstrombrücke WB wird über den Übertrager ÜTmit großer Imedanz 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 PHC zugeführten Steuerspannung, also der Speisespannung der Wechselstrommeßbrücke WR Die Ausgangspannung des phasenempfindlichen Gleichrichters PHGI steuert das Integrationsglied Ml 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 Widerstand RFP, dessen Widerstand so lange ansteigt, bis sein Wert demjenigen des Brückenwiderstands R4 entspricht. Um die Ausregelung sicherzustellen, sollte der Grundwiderstand des magnetfeldabhängigen Widerstands etwas kleiner als der Widerstand des Brückenwiderstands /?4 gewählt werden.

Durch den Regelvorgang wird der ohmsche 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. An Stelle des Gleichrichters GL kann zur Steigerung der Genauigkeit der Anzeige der zweite phasenempfindliche Gleichrichter PHGIldienen. Durch ihn wird eine Unterdrückung der durch die Regelabweichung nach automatischem Abgleich der Brücke noch vorhandenen geringen ohmschen Spannungskomponente erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Wechselstrommeßbriicke mit selbsttätigem Abgleich der Wirkkomponenten, wobei die Messung kleiner Kapazitäten mit großem Verlustfaktor die Spannung an der Meßdiagonalen der Wechselstrombrücke nach Verstärkung in einem Nullverstärker herangezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dafi die Ausgangsspannung des Null- Verstärkers (NV) dem einen Eingang eines phasenempflndlichen Gleichrichters (PHGI), dessen anderer Eingang an der Speisespannung der Wechselstrommeßbrßcke (WB) liegt, zugeführt isi und der Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters i$ (PHGI) an den Eingang eines Integrationsglieds (MI) angeschlossen ist, dessen Ausgang in Wirkverbindung mit einem ohmschen Abgleichglied (RFP) in einem der Wechselstrommeßbrückenzweige steht, und daß am Ausgang des Nullverstärkers (NV) über einen weiteren Gleichrichter (GL) eine kapazitätsproportionale Meßspannung abnehmbar ist.

2. Wechselstrommeßbriicke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Gleichrich- ter (GL) ein phasenempfindlicher Gleichrichter (PHGII) ist, dessen Steuereingang über einen Phasenschieber (PH) die um 90° phasenverschobene Speisespannung der Wechselstrommeßbriicke (WB) zugeführt ist

3. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Meßdiagonalen der Wechselstrommeßbriicke (WB) und dem Eingang des Nullvcrstärkers (NV) ein Übertrager (UT) hoher Impedanz liegt

4. Wechselstrommeßbriicke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied ein magnetfeldabhängiger Widerstand (RFP) im Magnetfeld einer vom Ausgangsstrom des Integrationsgliedes (Λί/Jdurchflossenen Erregerwicklung (ES)hx.

5. Wechseistrommeßbrücke nach Anspruch 1 oder einem der Unteransprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied ein vom Ausgangssignal des Integrationsglieds (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 Lumineszensdiode steht

7. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1 c«i^ri einem der Unteransprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied aus einem Fotowiderstand besteht der in lichtleitender Verbindung mit einer vom Ausgangssignal des Integrationsglieds (MI) gesteuerten Leuchtdiode steht

8. Wechselstrombrücke nach Anspruch 1 oder einem er folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied im gleichen Brückenzweig und parallel zur zu messenden Kapazität (CS) liegt.

9. Wechselstrommeßbriicke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichglied einen etwas kleineren Wider- t>s standswert aufweist als der ihm über der Speisediagonalen gegenüberliegende Brückenwiderstand. .

10. Wechselstrommeßbrücke nach Anspruch 1

oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle phasenernnfindlicher Gleichrichter Multiplikatoren verwendet sind

11. WechselstronundJbrücke nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrationsglied ein Miller-Integrator verwendet ist