DE2322002A1 - Anordnung zur fehlerarmen messung von stroemen bei kleinen spannungen - Google Patents

Anordnung zur fehlerarmen messung von stroemen bei kleinen spannungen

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DE2322002A1
DE2322002A1 DE19732322002 DE2322002A DE2322002A1 DE 2322002 A1 DE2322002 A1 DE 2322002A1 DE 19732322002 DE19732322002 DE 19732322002 DE 2322002 A DE2322002 A DE 2322002A DE 2322002 A1 DE2322002 A1 DE 2322002A1
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operational amplifier
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DE19732322002
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Helmut Berner
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

Description

  • "Anordnung zur fehlerarmen Messung von Strömen bei kleinen Spannungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur fehlerarmen Messung von Strömen bei kleinen Spannungen unter Verwendung eines Operationsverstärkers.
  • Das Problem der fehlerarmen Messung ergibt sich grundsätzlich durch die Aufgabenstellung, einen Strom bei möglichst geringem Spannungsverlust in dem verwendeten Strommeßgerät zu messen, um dadurch auch eine in dem betreffenden Stromkreis bestehende Spannung, sei es, daß sie eingeprägt ist oder als Spannungsabfall an einem Widerstand infolge des Stromes sich darstellt, möglichst fehlerfrei messen zu können, wenn in diese Spannungsmessung das Strommeßgerät einbegriffen wird.
  • In der elektrischen Meßtechnik wurde dieses Problem mit Hilfe von Kompensationsverfahren gelöst (vgl. z. B. Schwerdtfeger "Elektrische Meßtechnik, Teil I, Winter'sche Verlagshandlung Füssen, Seite 21). Es wird hierbei unter Verwendung eines Nullindikators eine Vergleichsmessung mit einem Normal durchgeführt, z. B. einen Normalstrom aus einer besonderen Stromquelle bei der Messung von Strömen.
  • Ferner ist es üblich, einen Strom aus dem Spannungsabfall an einem Strommeßwiderstand (Shunt) unter Verwendung eines Operationsverstärkers zu messen, wofür ein niederohmiger Meßwiderstand vorgesehen wird. Der Operationsverstärker dient hierbei dazu, um die nur geringe Meßspannung ausneichend zu verstärken. Da aber diese Meßspannung eine hinreichende Größe haben muß, wird diese Strommessung auch nicht hinreichend fehlerfrei. Außerdem bereitet die Meßbereich-Umschaltung des Operationsverstärkers Schwierigkeiten.
  • Es liegtder Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Anordnung zur fehlerarmen Messung von Strömen bei kleinen Spannungen, bei der ein Operationsverstärker verwendet ist, zu schaffen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß diese Anordnung als Vierpol mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangsanschlüssen in bekannter Weise ausgebildet ist, und daß ein Eingangsanschluß mit dem invertierenden und ein Eingangsanschluß mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, und der invertierende Eingang in bekannter Weise über einen Rückführwiderstand mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und einem Ausgangsanschluß verbunden ist.
  • Ferner ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zum Schutz dieser Anordnung gegen einen etwa auftretenden unerwünscht großen Strom mindestens eine Halbleiterdiode zwischen dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet, die in der Richtung des zu messenden Stromes gepolt ist.
  • Zur Erweiterung des Strommeßbereiches der Meßanordnung ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dem Ausgang des Operationsverstärkers ein Verstärker nachgeschaltet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 näher beschrieben.
  • In der Fig. 1 ist eine Anordnung zur Messung des Zündbereiches von Thyristoren unter Verwendung eines Operationsverstärkers innerhalb eines gestrichelt umgrenzten Blockes gezeichnet dargestellt. Es soll mit diesem Block B angedeutet werden, daß die Anordnung ein Strommeßgerät bildet. Die Anordnung ist ein Vierpol mit zwei Eingangsanschlüssen 1 und 2 für den Zündstromkreis und zwei Ausgangsanschlüssen 3 und 4, an denen ein in mA geeichtes Voltmeter 11 angeschlossen ist. Die Anordnung enthält einen Operationsverstärker 0, von welchem der invertierende Eingang 5 mit dem Anschluß 1, der nichtinvertierende Eingang 6 mit dem Anschluß 2 und der Ausgang 7 mit dem Anschluß 3 verbunden ist. Der Ausgang 7 des Operationsverstärkers ist mit dem invertierenden Eingang 5 über einen Rückführwiderstand 8 verbunden. Des weiteren sind der Eingangsanschluß 2 und der Ausgangsanschluß 4 miteinander direkt verbunden. Außerdem sind noch die beiden Eingänge 5 und 6 des Operationsverstärkers über eine Antiparallelschaltung von zwei Halbleiterdioden 9 und 9' miteinander verbunden. Zwei weitere Anschlüsse für die Gleichstromversorgung des Operationsverstärkers sind mit + und - bezeichnet.
  • Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung als Strommeßgerät können Ströme von der Größenordnung mA, wie z. B. der Strom 1z im Zündstromkreis der Thyristoren Thr, nahezu fehlerfrei, d. h. mit einem vernachlässigbar geringen Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen 1 und 2, gemessen werden und an dem Voltmeter 11 abgelesen werden.
  • Die Arbeitsweise des Operationsverstärkers mit dem Rückführwiderstand 8 ist bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden. Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung bewirkt sie, wie ersichtlich, zusammen mit dem Rückführwiderstand 8, daß infolge der im Betriebs zustand verschwindend geringen Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen des Verstärkers 0 auch der Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen 1 und 2, welcher durch den Zündstrom Iz verursacht wird, praktisch verschwindet. Dieser ist abhängig von der Auslegung des Operationsverstärkers -und von der Bemessung des Rückführwiderstandes 8 und kann z. B. kleiner 0,1 mV sein. Es kann daher die Messung der Zündspannung Uz über der Zündstrecke des Thyristors durch die Strommessung praktisch nicht verfälscht werden.
  • Dieser Spannungsabfall ist um so mehr zu vernachlässigen, je größer die dem Stromkreis des zu messenden Stromes eingeprägte Spannung wird. Ist die Spannung aber verhältnismäßig groß, dann ist damit die Möglichkeit gegeben, daß der Strom unzulässig weit ansteigen kann. Als Schutz der beschriebenen Anordnung gegen einen etwa auftretenden Überstrom dient eine Antiparallelschaltung von zwei Halbleiterdioden 9, 9', über welche die zwei Eingänge 5 und 6 des Operationsverstärkers miteinander verbunden sind. Tritt ein Überstrom auf, so nimmt jeweils die in der Durchlaßrichtung gepolte Halbleiterdiode diesen Strom auf und bildet für den Widerstand 8 und den Verstärker 0 einen Nebenschluß, wobei nur eine Spannung von ca 1 Volt zwischen den Eingängen bestehen kann.
  • In der Fig. 1a ist noch angedeutet, daß dem Ausgang des Operationsverstärkers 0 bedarfsweise ein Verstärkerelement 10 (z. B. Transistor) mit seinem Steuereingangsstromkreis nachgeschaltet werden kann, wenn die zu messende Stromstärke größer als der maximale Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 0 ist, wobei der Verstärker-Ausgang über einen Rückführwiderstand 8 mit dem Eingang 5 des Operationsverstärkers 0 verbunden ist. Das in Stromstärken geeichte Voltmeter 11 wird dann an den Ausgang des Verstärkerelementes angeschaltet. Bei einer Meßanordnung mit nachgeschaltetem Verstärker ist der Strommeßbereich entsprechend dem Verstärkungsgrad erweitert. Ein jeweils gegebener Strommeßbereich läßt sich überdies durch Veränderung des Rückführwiderstandswertes noch verändern Mit der Anordnung gemäß der Erfindung können auch Wechselströme Iw gemessen werden, wobei ein Wechselspannungsmesser 11 verwendet wird.Fig. 2 zeigt eine entsprechende Anordnung, bei welcher dem Operationsverstärker 0 einVerstärker 11 mit zwei Transistoren in Gegentaktschaltung mit den Steuereingangsstromkreisen nachgeschaltet ist. Der Rückführwiderstand 8 ist in Stufen verstellbar mittels eines Stufenschalters. Es liegt an dem Stufenschalter bei Verwendung eines nachgeschaltetenn Verstärkers 11 eine weitaus höhere Spannung als ohne Verstärker, so daß die Verstellung des Widerstandes 8 viel mehr betriebssicher wird.
  • Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht eine sehr genaue Messung der Durchlaß-Kennlinie ID, UD kleiner Gleichrichterdioden D und zwar auch im mVolt-Meßbereich. In Figur 3 ist eine dafür geeignete Schaltung zur oszillographischen Messung dargestellt, bei der dem Operationsverstärker O für die Strommessung ein Verstärkerkanal Y des verwendeten Oszillographen Osz nachgeschaltet ist.

Claims (3)

  1. Patentansprüche :
    Anordnung zur fehlerarmen Messung von Strömen bei kleinen Spannungen unter Verwendung eines Operationsverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Vierpol mit zwei Eingangs- (1, 2) und zwei Ausgangsanschlüssen (3, 4) in bekannter Weise ausgebildet ist, und daß ein Eingangsanschluß (1) mit dem invertierenden (5) und ein Eingangsanschluß (2) mit dem nichtinvertierenden Eingang (6) des Operationsverstärkers (0) verbunden ist, und der invertierende Eingang in bekannter Weise über einen Rückführwiderstand (8) mit dem Ausgang (7) des Operationsverstärkers und einem Ausgangsanschluß (3) verbunden ist.
  2. 2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem invertierenden (5) und dem nichtinvertierenden Eingang (6) des Operationsverstärkers(0) mindestens eine Halbleiterdiode (9) geschaltet ist, die in der Richtung des zu messenden Stromes gepolt ist.
  3. 3) Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang (7) des Operationsverstärkers (0) ein Verstärker (10) nachgeschaltet ist.
    Leerseite
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2735117A1 (de) * 1977-08-04 1979-02-15 Hengstler Kg Steckvorrichtung
DE2846134A1 (de) * 1977-10-25 1979-05-03 Buechi Lab Tech Schaltungsanordnung zur stromueberwachung eines verbrauchers
DE3905163A1 (de) * 1989-02-20 1990-08-23 Sick Optik Elektronik Erwin Gleichstromhalbleiterschalter
DE4104184A1 (de) * 1991-02-12 1992-08-13 Telefunken Electronic Gmbh Verfahren zur detektion eines laststromes

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