DE2403591B1 - Selbstabgleichende digitale Kompensations-Meßschaltung - Google Patents

Description

• In gleicher Weise wird angenommen, daß der zu prüfende Meßwandler aus der gleichen Betriebsspannung die Sekundärspannung Ui = Ut ei(t +d) liefert. Der Ubersetzungsfehler ist dann gemäß üblicher Konvention wie folgt definiert: F = Re(Ui) - U2 ~ Ul -cosr)- U2 U2 U2 Für den Phasenfehler bzw. den Phasenwinkel gilt dann tang o = I( U Re(U1) Im Interesse erhöhter Meßgenauigkeit bringt man in derartigen Schaltungen meist die Differenz l U zwischen der Sekundärspannung U2 des Meßwandlers und der Sekundärspannung Ul des zu prüfenden Wandlers zum Vergleich, nämlich lU= U1-U2.
• Die Erfindung bezweckt, sowohl den Ubersetzungsals auch den Phasenfehler möglichst exakt digital zu messen. Die meisten sel bstabgleichen den Meßschaltungen für Wandlerprüfungen, gleichgültig, ob es sich um selbstabgleichende Analogschaltungen oder um selbstabgleichende Digitalschaltungen der vorstehend erläuterten Art handelt, liefern diese Fehler nur in Annäherung und sind somit selbst fehlerbehaftet.
• Eine selbstabgleichende digitale Kompensations-Meßschaltung der im Oberbegriff des Hauptanspruches gekennzeichneten Art ist gemäß der Erfindung durch die Anwendung der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches charakterisierten Mittel gekennzeichnet.
• Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt liegt in der erhöhten Präzision, mit der Ubersetzungs- und Phasenfehler gemessen und zur Anzeige gebracht werden.
• Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip und eine Ausführungsform der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigen F i g. 1 a und 1 b Vektordiagramme zur Erläuterung der Bestimmung des Ubersetzungsfehlers und des Phasenwinkels bei der Prüfung eines Meßwandlers unter Zugrundelegen eines Normalwandlers als Vergleichsobjekt, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltung, F i g. 3a ein Anschlußschema für Stromwandler in Differenzschaltung und F i g. 3b ein Anschlußschema für Stromwandler in Kompensationsschaltung.
• In F i g. list der Vektor der Bezugsspannung, im speziellen Fall der Meßwandlerprüfung der Vektor der sich an der Sekundärwicklung des Normalwandlers ausbildenden Spannung mit U2 bezeichnet. Ul ist der Spannungsvektor der Sekundärwicklung des zu prüfenden Wandlers bei gleichphasiger Erregung der Primärwicklungen beider Wandler. Für die beiden Sekundärspannungen gilt die Beziehung U1 = U2 + lU.
• 1 U ist der Differenzvektor, der vom Ende des Spannungsvektors U2 zum En? des Spannungsvektors Ut gerichtet ist. Ist daher (vgl. F i g. la) die an dem zu prüfenden Wandler sich ausbildende Spannung Ul kleiner als die sich am Normalwandler ausbildende Spannung U2, so ist die parallel zum Vektor U2 liegende Komponente des Differenzvektors 1 U dem Vektor U2 entgegengesetzt gerichtet; diese Komponente ist mit Re(~lU) bezeichnet.
• Umgekehrt liegen die Verhältnisse in F i g. lb; dort ist die dem Vektor U2 parallele Komponente des Differenzvektors 1 U, ebenfalls mit Re( 1 U) bezeichnet, gleichsinnig mit dem Vektor U2 gerichtet.
• Die zum Vektor U2 senkrecht gerichteten Komponenten sind in Fig. la und Ib mit ImFlU) bezeichnet.
• Vereinbarungsgemäß wird der Ubersetzungsfehler des zu prüfenden Wandlers wie folgt definiert und gemessen: F = Re(U1) - U2 = Re(1U) U2 U2 Unter den Verhältnissen gemäß F i g. 1 a ist F < 0, und im Fall von Fig. Ib ist F > O.
• Für den Phasenwinkel a gilt Diese Beziehung gilt sowohl für F i g. 1 a als auch Fig. Ib, wenn man den Richtungssinn von Re(l U) bzw. das Vorzeichen von F berücksichtigt.
• Im allgemeinen wird der Phasenwinkel nur in Annäherung gemessen, nämlich tangö= = lm( IU) wird also im Verhältnis l/(l + F) falsch gemessen.
• Das im folgenden erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht die richtige Bestimmung des Phasenwinkels d vor.
• In F i g. 2 ist mit 2 die Klemme bezeichnet, an der die Bezugsspannung U2, d. h. die von der Sekundärwicklung des Normalwandlers abgeleitete Spannung, zugeführt wird. Für die zu messende Spannung sind zwei verschiedene Saltungen vorgesehen (vgl. F i g. 3a und 3b).
• Für den Anschluß der Differenzspannung 1 U = Ul - U2 nach F i g. 3a dient der in F i g. 2 wiedergegebene Anschluß 1 a, und für den Anschluß der Spannung U1 nach F i g. 3b dient der Anschluß 1 b.
• Zur Umschaltung der beiden Meßvarianten dient der Schalter 3a in F i g. 2.
• Im ersten Fall wird die Differenzspannung 1 U unmittelbar der Differenzschaltung 7 zugeführt. Im zweiten Fall wird die Differenzspannung 1 U dadurch gebildet, daß die Spannung Ui der positiven Klemme und die Spannung U2 der negativen Klemme der Differenzschaltung 3 zugeführt wird. Der Ausgang der Differenzschaltung 3, der über den Schalter 3a der Differenzschaltung 7 zugeführt wird, entspricht daher wiederum der Differenzspannung I U = U1 - U2.
• Eine Digital-Analog-Multiplikationsstufe 8 ist in der Zeichnung mit DAM bezeichnet. Derartige Digital-Analog-Multiplikationsstufen sind beispielsweise in der US-PS 3562641 beschrieben.
• Die Ausgangsspannung des DAM8 ist das Produkt FU2 der Bezugsspannung U2 mit dem digitalen Eingang, der vom Zähler 16 herrührt und in noch zu erläuternder Weise dem prozentualen Fehler F entspricht.
• Der Ausgang des Summierverstärkers 4 liefert gemäß der Eingangsschaltung die Spannung (1 + F) U2.
• Diese Spannung wird durch das Glied 5 um 90° in der Phase gedreht und dem DAM9 zugeführt, der die Spannungj(l + F) U2 mit dem digitalen Eingang, der vom Zähler 17 herrührt und in noch zu erläuternder Weise dem Tangens des Phasenfehlers d entspricht, multipliziert. Die Ausgangsspannung des DAM 8 (FU2)zuU2) und diejenige des DAM9 (f(l +F) U2 tgd) werden der Summierstufe 6 zugeführt, deren Ausgang (F U2 + j(l + F) U2 tg d) in der Differenzstufe7 mit . U = Re( l U)+j(ImiI U) verglichen wird. Der Ausgang der Differenzstufe 7 wird in den beiden phasenselektiven Gleichrichtern 10, 11 gleichgerichtet, in denen diese Eingangsspannungen mit den an den Bezugsklemmen zugeführten Steuerspannungen U2 bzw. j(l + F) U2 multipliziert werden. Die Ausgänge der beiden phasenselektiven Gleichrichter 10, 11 führen zu den beiden Schmitt-Triggern 12, 13, die ebenfalls von den beiden erwähnten Steuerspannungen gesteuert werden. Die Ausgänge der beiden Schmitt-Trigger werden eindeutig positiv, negativ oder Null, und zwar entsprechend den Ausgängen der beiden phasenselektiven Gleichrichter 10, 11. In den beiden Logikstufen 14, 15 werden die von den Schmitt-Triggern 12, 13 kommenden Signale dazu benutzt, die Zähler 16, 17 auf- oder abwärts zählen zu lassen oder stillzusetzen.
• Die beiden Zähler 16 und 17 nehmen ihre stationären Zählwerte tgd und F an, wenn die Ausgangsspannungen der Stufen 12 und 13 Null sind. Diese Bedingung. wird erreicht, wenn auch die Ausgangsspannungen der Phasengleichrichter 10 und 11 verschwinden, d. h. die beiden Eingangsspannungen der Subtrahierstufe 7 sich zu Null ergänzen.
• Dementsprechend muß der sich im Zähler 16 einstellende Wert sein: F - (Z 1 U) U2 und der sich im Zähler 17 einstellende Wert muß sein: Somit liefert der Zähler 16 den Ubersetzungsfehler des zu prüfenden Meßwandlers, und der Zähler 17 liefert den echten Phasenfehler b der sich am Meßwandler ausbildenden Sekundärspannung gegenüber der sich am Normalwandler ausbildenden Sekundärspannung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Selbstabgleichende Kompensations - Meßschaltung zum numerischen digitalen Vergleich von zwei Wechselspannungen in bezug auf die reelle und die imaginäre Komponente, insbesondere Spannungswandler- oder Stromwandlerprüfschaltung zur Bestimmung des Ubersetzungsfehlers und des Phasenfehlers eines mit einem Normalwandler verglichenen Meßwandlers, bei der von einer Bezugswechselspannung eine phasengleiche und eine um 90" phasenversetzte Komponente von durch die selbstabgleichende Kompensationsschaltung eingestellten Amplituden abgeleitet werden und diese Komponenten mit der zu messenden Wechselspannung addiert werden und ihre durch diese Summation gebildeten Spannungen einer Subtrahierstufe zugeführt werden und das Ausgangssignal dieser Subtrahierstufe zwei Phasengleichrichtern zugeführt wird, die von der Bezugswechselspannung unmittelbar bzw.

   um 90" phasenversetzt synchronisiert sind, und die Ausgangssignale dieser Phasengleichrichter Multiplikatoren zur amplitudenmäßigen Einstellung der phasengleichen bzw. der um 90" phasenversetzten Komponente der Bezugswechselspannung steuern, wobei die Ausgangssignale der Phasengleichrichter je einem digitalen Impulszählwerk (16, 17) umkehrbaren Zählsinnes als zählrichtungsbestiminende Signale zugeführt werden, deren Zählwerte ein digitales Maß für die reelle Komponente der Meßspannung und somit für den Ubersetzungsfehler derselben bzw. für die imaginäre Komponente der Meßspannung und somit für den Phasenfehler derselben bilden und diese Zählwerte multiplizierenden Digital-Analog-Wandlern (8, 9) zur Multiplikation der phasengleichen bzw. der um 90" phasenversetzten Komponente der Bezugswechselspannung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem vom Phasenfehler-Zähler (17) gesteuerten Digital-Analog-Wandler (9) um 90" phasenversetzt zugeführte Spannung die Summe der Bezugswechselspannung (U2) und der Ausgangswechselspannung (zu2) des vom Ubersetzungsfehler-Zähler (16) gesteuerten Digital-Analog-Wandlers (8) ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Wechselspannung die Differenz der vom Normalwandler abgeleiteten Wechselspannung (U2) und der vom zu messenden Spannungswandler abgeleiteten Spannung (U1) ist.

   Die Erfindung betrifft eine selbstabgleichende digitale Kompensations-Meßschaltung zum numerischen digitalen Vergleich von zwei Wechselspannungen in bezug auf die reelle und die imaginäre Komponente.

   Insbesondere betrifft die Erfindung eine selbstabgleichende digitale Kompensations-Meßschaltung für Spannungswandler- und/oder Stromwandler- Prüfungen zur Bestimmung des Ubersetzungsfehlers und des Phasenfehlers eines mit einem Normalwandler verglichenen Meßwandlers.

   Durch die englischsprachige Zeitschrift »Soviet Instrumentation and Control Journal«, berichtend über eine bereits 1968 in russischer Sprache erschienene Veröffentlichung von A 1 e j e w und B a b a j e w, ist eine selbstabgleichende digitale Kompensations-Meßschaltung zum numerischen digitalen Vergleich von zwei Wechselspannungen in bezug auf die reelle und die imaginäre Komponente bekanntgeworden. Der russischsprachige Aufsatz ist erschienen in der Zeitschrift Pribori i Systemy u prablemya«, März 1968, S. 1.

   Die bekannte Schaltung sieht vor, daß von einer Bezugswechselspannung eine phasengleiche und eine um 90) phasenversetzte Komponente von durch die selbstabgleichende Komponensationsschaltung eingestellten Amplituden abgeleitet werden und die Komponenten zu der zu messenden Wechselspannung addiert werden und ihre dadurch gebildeten Summenspannungen einer Subtrahierstufe zugeführt werden und das Ausgangssignal dieser Subtrahierstufe zwei Phasengleichrichtern zugeführt wird, die von der Bezugswechselspannung unmittelbar bzw. um 90" phasenversetzt synchronisiert sind, damit die Ausgangssignale dieser Phasengleichrichter Multiplikatoren zur amplitudenmäßigen Einstellung der phasengleichen bzw. der um 90" phasenversetzten Komponente der Bezugswechselspannung vor Addition mit der Eingangswechselspannung bilden. Dabei werden die Ausgangssignale der Phasengleichrichter je einem digitalen Impulszählwerk umkehrbaren Zählsinns als zählrichtungsbestimmende Signale zugeführt, und die ein digitales Maß für die reelle bzw. die imaginäre Komponente der Meßspannung bildenden Zählwerte der digitalen Zählwerke werden multiplizierenden Digital-Analog-Wandlern zur Multiplikation der phasengleichen bzw. der um 90" phasenversetzten Komponenten der Bezugswechselspannung zugeführt.

   Eine derartige selbstabgleichende Kompensations-Meßschaltung läßt sich insbesondere für die Zwecke der Spannungswandler- oder Stromwandler-Prüfung zur Bestimmung des Ubersetzungsfehlers bzw. des Phasenfehlers durch Vergleich des zu prüfenden Wandlers mit einem Normalwandler verwenden, indem von dem Meßwandler bzw. dem zu prüfenden Wandler die eingangs erwähnte Bezugswechselspannung bzw. die zu messende Wechselspannung abgeleitet werden.

   Hierbei ist die folgende Besonderheit der Prüfung von Spannungs- und Stromwandlern zu beachten.

   Es wird angenommen, daß ein zur Verfügung stehender Normalwandler von einer Betriebswechselspannung die Sekundärspannung U2 = U2 e jvt liefert.