DE2618061A1

DE2618061A1 - Automatic measurement of variable parameter RMS value - uses transducer circuit to drive infrared coupling link and output averaging circuit

Info

Publication number: DE2618061A1
Application number: DE19762618061
Authority: DE
Inventors: Horst Drexler; Hinrich Lehning
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1976-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1977-11-10

Abstract

A circuit is used for measuring directly the effective or root mean square value of a time varying parameter, such as voltage or current. An infra-red optical coupling link is used to extract the value. The device has no moving parts, is small and provides electrical isolation between input and output circuits. An input signal representing the variable concerned is fed to two input terminals (7, 8). It is rectified (1), amplified (2) and fed to an infra-red source (4), typically a discharge lamp. An associated power supply (3) allows the source to be set to a linear range. An infra-red sensitive detector (5) and suitable amplifying circuit (6) produce the required signal at an output pair (9, 10).

Description

Verfahren und Kictlaltunfrsanordnung zumMessen des EffektivwertesProcedure and cooling arrangement for measuring the effective value

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Effektivwertes einer elektrischen Gleich- oder Wechselgröße beliebiger Zeitfunktion und eine Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the effective value an electrical constant or alternating variable of any time function and a circuit arrangement to carry out the procedure.

Der Effektivwert ist das Gleichstromäquivalent einer sich zeitlich ändernden Größe und stellt den integralen Mittelwert der quadrierten Momentanwerte der Zeitfunktion, also den quadratischen Mittelwert dar. Der Effektivwert ist eine wesentliche elektrische Meßgröße insbesondere bei der Erzeugung mechanischer Energie, also z.B. bei der Drehmomentbildung in Motoren und bei der umsetzung elektrischer in thermische Energie.The rms value is the direct current equivalent of a time changing size and represents the integral mean of the squared instantaneous values the time function, i.e. the root mean square value. The effective value is a essential electrical measurand, especially when generating mechanical energy, For example, when generating torque in motors and when converting electrical ones in thermal energy.

Es ist bekannt, zum Messen von sich zeitlich ändernden elektrischen Größen wie z.B. Strom und Spannung quadratisch wirkende Meßgeräte zu benutzen, bei denen die Richtung des Zeig.erausschlages von der Stromrichtung unabhangift ist (Moeller, Werr, Grundlagen Derartige Meßgeräte sind z.B. Dreheiseninstrumente, Hitzdrahtinstrumente, Thermoumformer und elektronische Effektivwertmesser, wie RMS-Voltmeter, die aufgrund des verwendeten Meßprinzips und geeigneter konstruktiver Maßnahmen zum Messen von Effektivwerten geeignet sind.It is known for measuring electrical changes over time To use variables such as current and voltage as square measuring devices where the direction of the pointer deflection is independent of the direction of the current (Moeller, Werr, Fundamentals Such measuring devices are e.g. moving iron instruments, Hot wire instruments, thermal converters and electronic rms value meters, such as RMS voltmeters, due to the measuring principle used and suitable constructive measures are suitable for measuring effective values.

Die Nachteile dieser bekannten Einrichtungen zum Messen von Effektivwerten bestehen insbesondere darin, daß sie träge arbeiten, teilweise mit mechanischen Meßwerten ausgerüstet sind oder wie das RMS-Voltmeter (elektrischer Xffektivwertmesser) einen aufwendigen Aufbau haben oder wie das Hitzdrahtinstrument veraltet sind. Ein anderer, allen bekannten Meßeinrichtungen gemeinsamer Nachteil ergibt sich aus einer galvanischen Verbindung zwischen dem vom Meßstrom durchflossenen Teil der Meßeinrichtung und der Meßwertverarbeitung. So wird z.B. beim Thermoumformer die Temperatur eines vom Meßstrom durchflossenen Widerstandsdrahtes mit einem aufgesetzten Thermoelement gemessen.The disadvantages of these known devices for measuring effective values are in particular that they work slowly, sometimes with mechanical Measured values are equipped or like the RMS voltmeter (electrical X rms value meter) have an elaborate structure or, like the hot wire instrument, are out of date. A Another disadvantage common to all known measuring devices results from a galvanic connection between the part of the measuring device through which the measuring current flows and measured value processing. For example, in the case of a thermo converter, the temperature becomes a resistance wire through which the measuring current flows with an attached thermocouple measured.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen von Effektivwerten zu schaffen, die ohne bewegte Bauelemente und trägheitsarm arbeitet und eine galvanische Trennstrecke enthält, die eine sichere Potentialtrennung ermöglicht.The invention is based on the object of a method and a device to measure effective values without moving components and with little inertia works and contains a galvanic isolating distance that ensures safe electrical isolation enables.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein dem Meßsignal proportionales Signal in Strahlungsenergie umgesetzt wird, wobei die Strahlungsintensität dem Effektivwert des Meßsignales proportional ist, und daß die emittierte Strahlungsenergie in ein dem Effektivwert der elektrischen Gleich- oder Wechselgröße äquivalentes elektrisches Signal rucktransformiert wird. Diese Verfahrensschritte werden dadurch realisiert, daß eine Strahlungsquelle das dem Effektivwert der Gleich- oder Wechselgröße proportionale Meßsignal in Strahlungsenergie umsetzt, daß ein Strahlungsmeßfühler die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlungsenergie mißt und in ein äquivalentes elektrisches Signal rücktransformiert.This object is achieved according to the invention in that a measurement signal proportional signal is converted into radiation energy, the radiation intensity the rms value of the measurement signal is proportional, and that the emitted radiant energy into an equivalent to the effective value of the electrical direct or alternating quantity electrical signal is back-transformed. These procedural steps are thereby realizes that a radiation source corresponds to the effective value of the constant or alternating quantity proportional measurement signal converts into radiation energy that a radiation sensor measures the radiant energy emitted by the radiation source and converts it into an equivalent electrical signal transformed back.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, der Strahlungsquelle einen Doppelweggleichrichter zum Gleichrichten von aus Wechselgrößen bestehenden Signalen und einem Leistungsverstärker vorzuschalten und zwischen den Leistungsverstärker und die Strahlungsquelle eine Gleichspannungsquelle zum Einstellen des Arbeitspunktes zu schalten. Als Strahlungsquelle kann eine Licht im sichtbaren oder infraroten Bereich emittierende Anordnung, also z.B. eine Glühlampe und als Strahlungsmeßfühler eine Licht in eine elektrische Größe rücktransformierende Anordnung, wie z.B.It has proven to be advantageous to one of the radiation source Full-wave rectifier for rectifying signals consisting of alternating quantities and a power amplifier upstream and between the power amplifier and the radiation source is a DC voltage source for setting the operating point to switch. A light in the visible or infrared can be used as the radiation source Area emitting arrangement, e.g. an incandescent lamp and a radiation sensor an arrangement that transforms light back into an electrical quantity, e.g.

eine Fotodiode, ein Fotowiderstand oder ein Fototransistor verwendet werden.a photodiode, photoresistor or phototransistor is used will.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung einer Strahlungsquelle und eines Strahlungsmeßfühlers zum Übertragen des Meßwertes von der Meßstelle zur Meßwertverarbeitung, also eine optoelektronische Kopplung, eine absolute galvanische Trennung erreicht wird, die rUckwirkungsfrei und trägheitsarm arbeitet, nur geringen technischen Aufwand erfordert und wenig Raum beansprucht.The advantages achieved with the invention are in particular: that through the use of a radiation source and a radiation sensor for Transfer of the measured value from the measuring point to the measured value processing, i.e. an optoelectronic Coupling, an absolute galvanic separation is achieved, which is free of interaction and works with little inertia, requires little technical effort and little Takes up space.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.

Zum Messen und Weiterverarbeiten von Effektivwerten von Strom und Spannung einer schnell regelbaren Gleichstromversorgung wird ein der Meßgröße proportionales Signal auf die Eingangsklemmen 7, 8 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gegeben und zum Gleichrichten von Wechselspannungen einem Doppelweggleichrichter 1 zugeführt. Über einen dem Doppelweggleichrichter 1 nachgeschalteten Leistungsverstärker 2 gelangt das Meßsignal auf eine Strahlungsquelle 4, die aus einer Glühlampe besteht, die Licht im Infrarotbereich emittiert. Die Intensität des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes ist dem Effektivwert des Meßsignales proportional. Eine zwischen den Leistungsverstärker 2 und die Strahlungsquelle 4 geschaltete Gleichspannungsquelle 3 ermöglicht das Einstellen des Arbeitspunktes der Strahlungsquelle 4 in einen Bereich mit proportionalem Zusammenhang zwischen angelegter Spannung und Intensität der emittierten Strahlung. Die von der Strahlungsquelle 4 emittierte Strahlung wird von einem räumlich getrennten Strahlungsmeßfühler , der z.B. ein Fotowiderstand, eine Fotodiode oder ein Fototransistor sein kann, aufgenommen und in eine äquivalente Spannung, Spannungs änderung oder Strom änderung umgesetzt und über einen nachgeschalteten Meßumformer 6 an die Ausgangsklemmen 9, 10 geführt.For measuring and processing rms values of current and The voltage of a rapidly controllable direct current supply is proportional to the measured variable Signal given to the input terminals 7, 8 of the circuit arrangement according to the invention and fed to a full-wave rectifier 1 for rectifying alternating voltages. Via a power amplifier 2 connected downstream of the full wave rectifier 1 the measurement signal to a radiation source 4, which consists of an incandescent lamp, the Emits light in the infrared range. The intensity of the emitted by the light emitting diode Light is proportional to the effective value of the measurement signal. One between the power amplifiers 2 and the radiation source 4 connected DC voltage source 3 enables this To adjust of the operating point of the radiation source 4 in a range with a proportional relationship between applied voltage and intensity of the emitted radiation. The one from the Radiation source 4 emitted radiation is from a spatially separated radiation sensor , which can be e.g. a photoresistor, a photodiode or a phototransistor, recorded and converted into an equivalent voltage, voltage change or current change implemented and via a downstream measuring transducer 6 to the output terminals 9, 10 led.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims: Method for measuring the effective value of an electrical Constant or alternating variable of any time function, characterized in that a the signal proportional to the signal is converted into radiant energy, the Radiation intensity is proportional to the effective value of the measuring signal, and that the emitted radiant energy in an equivalent to the rms value of the electrical equiva- or alternating quantity equivalent electrical signal is back-transformed.

2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that a radiation source t4) the rms value of the Converts the measurement signal proportional to the constant or alternating quantity into radiant energy, that a radiation sensor (5) the radiation energy emitted by the radiation source (4) measures and transforms it back into an equivalent electrical signal.

3. Circuit arrangement nanh claim 2, characterized in that the radiation source (4) a full wave rectifier (1) for rectifying from Alternating quantities of existing signals and a power amplifier (2) are connected upstream is, and that between the power amplifier (2) and the radiation source (4) a DC voltage source (3) is connected to set the operating point.