DE2737201C3 - Meßgerät mit Ziffernanzeige und Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät mit aulomatiicher Bereichswahl und Analog-Digital-Umsetzern zur Ziffern-Anzeige von mindestens zwei charakteristik lchen Parametern einer Spannung und zur bildlichen Darstellung ihrer Wechselspannungskomponcnte an einem Kathodenstrahloszillographen mit erdfreiem Eingang, in dessen Schirm auch die Ziffernwertc •ingeblendet werden.

Während Gleichspannungen durch nur zwei Parame ler, nämlich Größe und Polarität, bestimml sind, ist dies feei Wechsclspannungen im allgemeinen nicht der Fall. Nur bei exaktem Sinusverlauf ist die Wechselspannung durch Amplitude, Phase Und Frequenz eindeutig definiert, da andere charakteristische Parameter, wie Spitzenwert, Effektivweft und Mittelwert des Betrages (= Gleichrichtwert fläch DIN 40 110) in fester mathematischer Beziehung zur Amplitude stehen. Zur vollständigen Erfassung Von Spannungen deren zeillicher Verlauf von der Siriusform abweicht, ist eine Fourieranalyse notwendig, die zeitraubend und aufwendig ist. Einfacher und für viele Zwecke ausreichend ist es, die jeweils interessierenden Parameter mit geeigneten Meßinstrumenten zu messen und den zeitlichen Verlauf mit Hilfe eines Oszillographen sichtbar zu machen, auf dessen Schirm die Periode und bei Vorhandensein eines Bezugszeitpunktes auch die Phase abgelesen werden können.
Ein Beispiel ist die Bestimmung der Parameter einer

ίο aus dem Wechselstromnetz durch Phasenanschnittsteuerung gewonnenen, gleichgerichteten Spannung. Bei dieser Mischgröße sind z. B. von Interesse: der arithmetische Mittelwert, der Scheiteiwert und der Anschnittwinkel. Um diese Größen mit geeigneter

'5 Genauigkeit messen zu können, sind notwendig:

1. ein Mittelwertmeßgerät,

2. ein Scheitelspannungsmeßgerät,

3. ein Oszillograph.

Die ersten beiden Geräte werden im allgemeinen unterschiedliche Meßbereiche benötigen, wenn beide Größen möglichst genau gemessen werden sollen.

Kin zweites Beispiel ist die Überprüfung des niederfrequenten Teiles eines Fernsehapparates. Hier sind vom Hersteller Grenzwerte für die Gleichspannung und für die Differenz zwischen dem größten und kleinsten Wert einer Mischspannung — mit der Kurzbezeichnung Schwingungsbreite nnch DIN 40 110 — an verschiedenen Stellen des Signalflusses vorgeschrieben. Es ist außerdem zweckmäßig, den zeitlichen

JO Verlauf der Spannungen, deren Wechelstromanteile nicht sinusförmig sind, mit Hilfe eines Kathodenstrahloszillographen zu beobachten. Die Spannungen sind erdfrei. Damit scheiden die meisten einfachen Oszillographen aus, da deren Eingang nicht trdfrei ist.

*"· Andererseits leisten auch die einfachsten Oszillographen in anderer Hinsicht mehr als für die gestellte Aufgabe benötigt wird.

Die Lösung der Aufgabe mit drei separaten Geräten hat demnach die Nachteile, daß der Oszillograph einen

ίο überflüssig hohen Kostenanteil dc^ panzen Meßsystems darstellt, daß viel Platz benötigt wird, daß drei Meßleitungspaare und meistens auch drei Netzanschlußleitungen benötigt werden, was ebenfalls Platz beansprucht und Unübersichtlichkeit des Meßaufbaus

·»"' bedingt, daß für Messungen z. B. in einem Fernsehappa rat derselbe Pun» ι des Signalflusses mit drei Taslköpfen abgetastet werden müßte, wenn man. was wünschenswert ist, gleichzeitig messen will, und <Jaß es schließlich nicht möglich ist, den Schirm der Kathodenstrahlröhre

'·" und die auf beiden Geräten, vorzugsweise in Ziffernform, erscheinenden Meßwerte in einem relativ kleinen Gesichtsfeld zu beobachten.

Im Katalog der Firma Tektronix. USA, »Tektronix Pioducts 1976« werden z. B. auf Seite 59 Kathoden

·'' Strahloszillographen beschrieben, für die ein Einschub vorgesehen ist. der als ein Mehrbcreichs-Digitalvoltme ler fur Gleich und Wechselspannungcn ausgeführt ist und bei dem die gemessenen Werte in Ziffern auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erschienen. Um

^h" erdfrei messen zu können, wird für den V-TeM ein kostspieliger Differenzeinschub angeboten. Diese Oszillographen sind leuer Und als Ausstattung eines mobilen Servicetechnikers zu schwer. Nachteilig ist ferner, daß in jedem Einschub der Meßbereich gesondert eingestellt

^hl> werden muß.

Im gleichen Katalog der Firma Tektronix Products wird auf Seite 107 ein Zweikanal-Oszillograph beschrieben, der ebenfalls did Messung erdfreier Spannungen

gestattet und verhältnismäßig leicht ist. Er enthält allerdings keine digitale Anzeige der gemessenen Spannungswerte. Auch bei ihm muß der Meßbereich von Hand eingestellt werden. Auch seine Verwendung erfordert die erwähnte Notwendigkeit für zwei weitere Geräte.

Zur Vermeidung der beschriebenen Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit nur einem Gerät und mit weitgehender Bedienungsautomalik mehrere Parameter einer Spannung, insbesondere einer to Mischspannung gleichzeitig zu messen und ihre Werte digital darzustellen und den Verlauf der Wechselspannungsfcomponente abzubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der von der Spannung LJ bewirkte Signalfluß von einem Meßeingang aus in die der Zahl der zu bestimmenden Parameter gleichen Zahl von Kanälen aufgespalten wird, die voneinander unabhängig arbeiten und die Schaltungsgruppen enthalten, deren Ausgangsspannungen die durch den in jedem Kanal /j bestimmenden Parameter definierte Funktionen der Eingangsspannungen sind und an die Eingänge vuii in jedem Kanal vorgesehenen Analog-Digital-Umsetzern gelegt werden, und daß eine der Weehselsp.innungskomponente der Spannung Ll analoge Spannung dem im Gerät eingebauten Kathodenstrahlos/illographen zugeführt wird. Dieser Oszillograph hat nur begrenzte Aufgaben zu erfüllen und kann daher einfach ausgeführt werden.

Die Schaltungsanordnung eines Meßgerätes entspre- so chend der Erfindung ist aus dem Blockschaltbild der Fig. 1 ersichtlich, die Fig. 2 und J /eigen Details der Schaltung in bevorzugten Ausführungen. In einem nicht dargestellten Gehäuse sind eine Kathodenstrahlröhre 5 und alle zu ihrem Betrieb als Oszillograph unbedingt notwendigen, bekannten und nicht gezeigten Baugruppen vorgesehen. Von dem Eingangsklemmenpaar l.das zum Anschluß der zu messenden Spannung Ll dient, wird diese beispielsweise zwei Kanälen 2, 3 zugeführt. Jeder Kanal enthält Verarbeitungsbaugruppen. 21, 22 und 31,32, j3. Die Art der Verarbeitung hängt von dem Parameter der Spannung ab, der durch den Analog-Digital-Umsetzer dieses Kanals (23 b/w. 34) angezeigt werden soll.

Im gezeigten Beispiel der Fig. I wird im Kanal 2 die ·»■> Gleichspannurigskomponentc gemessen, was in bekannter Weise durch das Tiefpaßfilter 21 erzielt wird. Auf dieses folgt eine Baugruppe 22, die zur automatischen Bereichsumschaltung dient und die durch den Analog-Digital-Umsetzer 23 über die in den Figuren mit >o »steigend« bzw. mit »fanend« bezeichneten I.ei Hingen gesteuert wird. Im Kanal 3 wird durch das 1 lochpaßfilter 31, das im einfachsten Fall ein Abblickkondcnsator sein kann, die Wechselspannungskomponente der Spannung Ll verarbeitet. Baugruppe 32 ist die zu diesem Kanal 3 Ή gehörende automatische Bereichsumschaltung, die vom zu diesem Kanal gehörenden Analog-Digital-Umsetzer 34 ebenfalls über die Leitungen »steigend« bzw. »fallend« gesteuert wird. In der Baugruppe 33 wird die Spannung entsprechend der Funktion F(H)umgeformt, on die den gewünschten Parameter definiert. Die Spannung am Ausgang von 32 ist in ihrem zeitlichen Verlauf ein unverzerrtes Abbild der Wechselstromkomponente der Eingangsspannung und wird über den Vorverstärker 4 dem V-Kanal des Oszillographen zugeführt. Gemäß dem gezeigten Anschluß des Oszillographen gilt für diesen derselbe Metbereich wie für die ziffernmäliige Darstellung der Wechselspannungskomponente.

Besonders im Falle ausgeprägter Spitzen der Spannung U ist es wünschenswert, neben der Gleichspannungskomponente mehr als einen Parameter der Wechselspannungskomponente zu messen, insbesondere den Gleichrichtwert und die Schv/ingungsbreite. Dies ließe sich im Sinne der Erfindung durch die Aufspaltung in drei Kanäle erreichen. Da diese Aufgabe aber nur fallweise auftritt, werden in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in einem Kanal, im allgemeinen im Wechselspannungskanal, zwei funktionsbildende Baugruppen vorgesenen, in Fig. 2 mit 331 und 332 bezeichnet, von denen durch Betätigung der Schalter 6, 6' jeweils eine solche Spannung dem Analog-Digital-Umsetzer 34 zugeführt wird, die dem gewünschten Parameter der Wechselspannung entspricht.

Da die 'r'chwingungsbreite immer größer als jede der anderen erwähnten Parameter eine Wechselspannung ist — im Falle einer sinusförmigen Spannung ibt sie genau gleich dem Gleichrichtwert mal -τ — und da der Meßbereich auch des Oszillographen automatisch umgeschaltet wird, könnte in bestimmten Fällen das Bild am Schirm unbefriedigend klein erscheinen. Daher wird in einer weiteren Ausführung der Verstärker 4 in Abhängigkeit von der Stellung der Schalter 6. 6' so gesteuert, daß in der entsprechenden Funktionsart, in F i g. 2 in der mit 332 bezeichneten, dit Empfindlichkeit des Oszillographen um einen geeigneten Faktor, ζ. Β dem Faktor 3, erhöht wird.

Bei wiederholt aufeinanderfolgenden Messungen an verschiedenen Meßpunkten, besonders, wenn an diesen annähernd gleiche Spannungen liegen, wie dies beispielsweise beim Abgleich einer Serie von Geräten der Fall ist. wirkt sich eine bei jeder Art automatischer Bereichswahl auftretende Verzögerung störend aus. Diese entsteht dadurch, daß beim Überga.ig vo: einem Meßpunkt /um nächsten die Spannung U am Gera: zuerst auf Null absinkt und folglich sich an diesem der empfindlichste Bereich einstellt und nach dem Anschließen an den nächsten Meßpunkt sich der entsprechende unempfindlichere Bereich wieder einstellt. Die für das Hinunter- und Hinaufregeln benötigte Zeitspanne bildet die erwähnte Verzögerung. Sie wird in einer bevorzug ten Ausführung des Meßgerätes entsprechend der Erfindung dadurch vermieden, daß entsprechend der Fig. 3 die Steuerung der automatischen Bereichsumschaltungsgruppen 22, 32 durch den von Hand zu betätigenden Schalter 8 zwei Betriebsarten eingestellt werden können: In der Stellung »Auto« sind die für fallende Spannungen vo^rgesehenen Leitungen /wischen den /VDUmset/ern 23 b/w. 34 und den der automatischen Bereichswahl dienenden Baugruppen bzw. 32 geschloss: u, in der Stellung »Speicher« sind sie unterbrochen. Dadurch bleibt bei Stellung des Schalter·. 8 auf »Speichen der bestehende Bereich bei fallender Spannung erhal'.en, bei steigender wird selbsttätig auf den unempfindlicheren umgeschaltet. Das ist zum Schütze des Gerätes von Vorteil. In der Stellung »Auto« folgt die Automatik der Bereichsumschaltung der Spannung bei ihrem Fallen, wie bei ihrsm iteigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßgerät mit automatischer Bereichswahl und mit Analog-Digital-Umsetzern zur Ziffernanzeige von mindestens zwei charakteristischen Parametern einer Spannung und zur bildlichen Darstellung ihrer Wechselspanriungskomponente an einem Kathodenstrahloszillographen mit erdfreiem Eingang, in dessen Schirm auch die Ziffernwerte eingeblendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Spannung L/bewirkte Signalfluß von einem Meßeingang (1) aus in die der Zahl der zu bestimmenden Parameter gleichen Zahl von Kanälen (2, 3) aufgespalten wird, die voneinander unabhängig arbeiten und die Schaltungsgruppen (21, 31, 33) enthalten, deren Ausgangsspannung die durch den in jedem Kanal zu bestimmenden Parameter definierte Funktionen der Eingangsspannungen sind und an die Eingänge von in jedem Kanal vorgesehenen Analog-Digital-Umsetzer (23, 24) gelegt weiden, und daß eine der Wechselspannungskornponente der Spannung U analoge Spannung dem im Gerät eingebauten Kathodenstrahloszillographen (5) zugeführt wird.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Kanal zwei unterschiedliche funktionsbildende Schaltungsgmppen (331, 332) vorgesehen sind, und daß mit einem Schalter (6,6') die Ausgangsspannung der einen oder anderen Schaltungsgruppe (331, 332) an den Analog-Digital-Umsetzer (34) gelegt wird.

3. Meßgerät nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters (6,6') die Empfindlichkeil des Kathodenstrahloszillograjhen (S) um einen festen Faktor geändert wird.

4. Meßgerät nach Anspruch 1 oder nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Hand zn betätigender Schalter (8) die für die Steuerung bei fallender Spannung vorgesehenen Leitungen zwischen den A/D-Umsetzern (23 bzw. 34) und den der automatischen Bereichswahl dienenden Baugruppen (22 bzw. 32) in der Stellung »Auto« geschlossen, in der Stellung »Speicher« unterbrochen wird.