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Meßwandlerprüfeinrichtung Zusatz zu P 20 05 850.8 (TX 2607) Meßwandlerprüfeinrichtungen
dienen dem Zweck, messungsmäßig den Übersetzungsfehler und den Phasenfehler eines
zu prüfenden Wandlers durch Vergleich mit einem Normalwandler zu erfassen. Es kann
sich dabei sowohl um Prüfung eines Stromwandlers als auch um Prüfung eines Spannungswandlers
handeln.
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Der grundsätzliche Schaltungsaufbau wurde von Hohle angegeben; es
wird in dieser Beziehung verwiesen auf den Aufsatz von W. Brückel in ATM, Januar
1974, S. 17.
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Bezeichnet man, im Falle einer Prüfschaltung für Spannungswandler
mit Un die von dem Normalwandler abgeleitete Sekundärspannung und mit Ux die von
dem zu prüfenden Wandler abgeleitete Sekundärspannung, so sind der Ubersetzungsfehler
F und der Phasenfehler # wie nachstehend angegeben definiert:
In Gleichung 1.) und Gleichung 2.) bedeuten Re (Ux) und Im (Ux) die mit der vom
Normalwandler abgeleitete Spannung Un gleichphasige bzw. 90° phasenversetzte Komponente.
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Bei der in dem vorgenannten Aufsatz von Brückel in Bild 2 behandelten
Prüfschaltung für Stromwandler nach Hohle entsteht an dem Abgriff eines ersten Schleifdrahtes
eine zu der Sekundärspannung Un des Normalwandlers gleichphasige Spannung (1 + F)
UN, wobei der Spannungs- bzw.
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Stromfehler F durch die Schleifdrahteinstellung gegeben ist.
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Zu der so abgegriffenen Spannung wird eine um 90° phasenversetzt aus
der Sekundärspannung Un des Normalwandlers abgleitete Spannung addiert, deren Größe
durch den Abgriff an einem zweiten Schleifdraht bestimmt ist. Die elektrische Mitte
dieses zweiten Schleifdrahtes ist unmittelbar mit dem Abgriff an dem erstgenannten
Schleifdraht verbunden.
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Der Abgriff an dem zweiten Schleifdraht liefert dann die 90°-Komponente
der Fehlerspannung; bei Gleicheit mit der Sekundärspannung Ux des zu prüfenden Meßwandlers
gestatten die hierfür erforderlichen Schleifdrahteinstellungen positive und negative
Spannungs-Stromfehler und Phasenfehler zu ermitteln. Bei der bekannten Schaltung
erfolgt die Erzeugung der von der Sekundärspannung des Normalwandlers abgegriffenen
900 phasenversetzten Spannung unter Anwendung eines Lufttransformators. Hierdurch
wird nicht der tg # nach Formel 2.) gemessen, sondern der angenäherte Wert:
Durch das Hauptpatent DT-PS 2 005 850 ist eine Schaltung zur Messung
der Kapazität und des Verlustfaktors verlustbehafteter Kondensatoren bekanntgeworden,
bei der der zu messende verlustbehaftete Kondensator einen ersten Brückenzweig und
ein ohmscher Widerstand den zweiten Brückenzweig des einen Brückenarmes einer Wechselstrommeßbrücke
bilden und eine verlustfreie Kapazität und eine einen ersten Schleifdrahtabgriff
aufweisende Widerstandsanordnung die beiden Brückenzweige des anderen Brückenarmes
bilden, wobei die sich von dem ersten Schleifdrahtabgriff zu dem Zusammenschlußpunkt
des zu messenden verlustbehafteten Kondensators mit dem den zweiten Brückenzweig
bildenden Widerstand erstreckende Brückenausgangsdiagonale einen Nullindikator enthält.
Die Brückenausgangsdiagonale enthält dabei einen Integrationsverstärker, dessen
Eingangsspannung an dem ersten Schleifdrahtabgriff abgegriffen ist und dessen Ausgangsspannung
einen zweiten Schleifdrahtwiderstand mit Schleifdrahtabgriff speist; die an dem
ersten Schleifdrahtabgriff abgegriffene Spannung und die an dem zweiten Schleifdrahtabgriff
abgegriffene Spannung bilden die Eingangsspannungen eines Differenzoperationsverstärkers,
an dessen Ausgangsklemme das Nullinstrument der Brückenausgangsdiagonale angeschlossen
ist.
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Der bei dieser bekannten Schaltung vorgesehene Integrationsverstärker
erfüllt die Aufgabe, eine um 900 verschobene, an dem zweiten Schleifdrahtabgriff
abgegriffene Wechselspannung zu erzeugen, die sich zu der an dem ersten Schleifdrahtabgriff
auftretenden, nicht phasenverschobenen Spannung addiert. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß der richtige tg S gemessen wird. Der Integrationsverstärker erfüllt
die Funktion, die bei der bekannten Stromwandlerprüfschaltung nach Hohle der die
zweite Schleifdrahtanordnung speisende
Lufttransformator erfüllt.
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Der genannte Lufttransformator der Prüfschaltung nach Hohle erfüllt
aber zugleich die Aufgabe, eine Verbindung der elektrischen Mitte der zweiten Schleifdrahtanordnung
mit dem Abgriff der ersten Schleifdrahtanordnung zu ermöglichen.
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Bei der bekannten Meßschaltung gemäß DT-PS 2 005 850 liegen die eine
Eingangsklemme und die zweite Ausgangsklemme des Integrationsverstärkers sowie die
eine Klemme des zweiten Schleifdrahtwiderstandes auf Grundpotential, was bei den
den Gegenstand des Hauptpatentes bildenden Kapazitätsmessungen nicht weiter störend
ist, störend aber bei Meßwandlerprüfeinrichtungen wäre, die es gestatten müssen,
sowohl positive als auch negative Phasenfehler zu messen.
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Es sind sogenannte Isolierverstärker bekanntgeworden, die auf dem
Prinzip von Optokopplern beruhende Operationsverstärker sind. Der Operationsverstärker
besitzt einen internen Lichtmodulator, der Spannungseingangssignale in analoge Helligkeitsänderungen
umsetzt. Das Licht gelangt über eine isolierende Lichtstrecke zu einem Lichtdetektor,
der das Licht wieder in proportionale elektrische Signale zurückverwandelt und verstärkt.
Die letztgenannte Stufe ist stark gegengekoppelt, um stabile Eigenschaften zu gewährleisten.
Es ist zu verweisen auf die Veröffentlichung in der Zeitschrift Elektronik-Industrie,
3-1974, S. 47.
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Die Anwendung eines derartigen auf dem Prinzip des Optokopplers beruhenden
und daher isolierenden Operationsverstärkers bei einer Meßwandlerprüfschaltung gestattet,
als Integrationsverstärker angewendet, die Erzeugung einer 900 phasenverschobenen
Komponente, die symmetrisch
zur Bezugsspannung der Anordnung liegt,
und die daher an dem zugeordneten Schleifdrahtabgriff sowohl zur Kompensation positiver
als auch negativer Phasenfehler abgegriffen werden kann.
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Eine Einrichtung zur Ermittlung des Übersetzungsfehlers und des Fehlwinkels
eines zu prüfenden Stromwandlers oder Spannungswandlers nach dem Kompensationsverfahren
durch Vergleich mit einem Normalwandler, bei dem aus dem Sekundärkreis des Normalwandlers
eine phasengleiche und über eine die Phase um 900 drehende Vorrichtung eine dazu
um 900 versetzte Spannung abgeleitet werden die entsprechende Schleifdrahtanordnungen
mit Schleifdrahtabgriffen speisen, unter Anwendung eines Integrations-Operations-Verstärkers
als um 900 die Phase drehenden Mittels gemäß DT-PS 2 005 850 kennzeichnet sich gemäß
der Erfindung dadurch, daß der integrierende Integrationsverstärker 3 ein Isolierverstärker
mit Optokopplung ist, dessen eine Eingangsklemme auf Bezugspotential und dessen
andere Eingangsklemme mit dem ersten Schleifdrahtabgriff 6 verbunden ist und an
dessen Ausgangsklemmen die mit ihrer elektrischen Mitte auf Bezugspotential liegende
Schleifdrahtanordnung angeschlossen ist und daß die an den beiden Abgriffen 6, 7
der beiden Schleifdrahtanordnungen abgegriffenen Spannungen als Eingangsspannungen
einem subtrahierenden Operationsverstärker 5 zugeführt-werden, dessen Ausgangsklemme
die Kompensationsspannung entnommen wird.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
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In der Figur bezeichnet 1 den Normalwandler, an dessen Sekundärwicklung
eine Widerstandsanordnung 2 bestehend aus den beiden
gleichen Widerständen
R und dem dazwischen angeordneten Schleifdraht SF angeschlossen ist. Die an dem
Abgriff 6 des Schleifdrahtes SF abgegriffene Spannung wird der einen Eingangsklemme
des Ausgangsoperationsverstärkers 5 zugeführt, der durch Anwendung eines ohmschen
Gegenkopplungswiderstandes als subtrahierender Operationsverstärker wirkt. Die Ausgangsspannung
U2 bildet die Kompensationsspannung für die durchzuführende Messung.
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Mit 3 ist ein optoelektronischer Verstärker bezeichnet, dessen eine
Eingangsklemme, ebenso wie die eine Klemme der zuvor erwähnten Widerstand sanordnung
2 auf Bezugspotential gehalten ist. Die andere Eingangsklemme ist ebenfalls mit
dem Schleifdrahtabgriff 6 verbunden.
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Der Lichtmodulatorteil 3a ist, zur Erzielung der angestrebten Integrationswirkung,
kapazitiv gegengekoppelt.
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Die Ausgangsklemmen des Lichtdetektorteiles 3b des optoelektronischen
Verstärkers sind an die zweite Schleifdrahtanordnung 4 angeschlossen, deren elektrische
Mitte, unter Anwendung von Symmetrie-Widerständen auf Grundpotential gehalten wird.
Die von dem Schleifdrahtabgriff entnommene Spannung wird der zweiten Klemme des
als Differenzverstärker wirkenden Operationsverstärkers 5 zugeführt.
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Dadurch , daß der integrierende Verstärker 3 als isolierender Operationsverstärker
ausgebildet ist und die elektrische Mitte der zweiten Schleifdrahtanordnung 4 auf
Grundpotential gehalten werden kann, können sowohl positive als auch negative Phasenfehler
beherrscht werden. Hierdurch wird die an sch mögliche, aber ungünstige Zwischenschaltung
eines Trenntransformators
vermieden. Es ist selbstverständlich
auch möglich, den integrierenden optoelektronischen Verstärker in einen üblichen
integrierenden Verstärker und einen optoelektronischen Trennverstärker aufzuteilen.
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Patentanspruch: