DE3012813A1 - Anordnung zur praezisionsmessung von effektivwerten elektrischer groessen - Google Patents

Anordnung zur praezisionsmessung von effektivwerten elektrischer groessen

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DE3012813A1 DE19803012813 DE3012813A DE3012813A1 DE 3012813 A1 DE3012813 A1 DE 3012813A1 DE 19803012813 DE19803012813 DE 19803012813 DE 3012813 A DE3012813 A DE 3012813A DE 3012813 A1 DE3012813 A1 DE 3012813A1
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Description

  • Anordnung zur Präzisionsmessung von Effektivwerten
  • elektrischer Größen Die erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur elektronischen Messung von Effektivwerten elektrischer Spannungen und Ströme bei weitgehender Unabhängigkeit von der Freqjueflz und der Kurvenform des jeweiligen Meßsignals. Sie bezweckt eine wesentliche Reduzierung der Meßfehler gegenüber vergleichbaren Verfahren, ohne dabei den erforderlichen elektronischen Aufwand in unzulässiger Weise zu erhöhen. Sie erlaubt weiter in einer vorteilhaften Ausführung eine direkte Digitalisierung des Ideijwertes ohne den Zwischenschritt einer Zeit- oder Frequenzverschlüsselung.
  • Die gebräuchlichsten Wechselstrom- und Wechselspannungsmeßeinrichtungen ermitteln den Effektivwert auf dem Umweg über den Gleichrichtwert der auf relativ einfache Weise meßbar ist. Bei solchen Geräten ist der Formfaktor einer bestimmten Kurvenform, meist der Sinusform, einkalibriert, und Messungen sind nur bei dieser Kurvenform zulässig. Bei Verzerrungen oder gänzlich anderen Kurvenformen treten r,leist unzulässig große Meßfehler auf.
  • Für Präzisionsmessungen sind diese Verfahren in der Regel nicht geeignet.
  • Andere Geräte und Verfahren erlauben die direkte Messung des "echten" Effektivwertes entsprechend der Definition: Bekannte mechanische Verfahren sind im Dreheisen- und im elektrostatisehen Meßwerk verwirklicht. Mechanische Geräte sind aber wegen der relativ geringen Skalenlänge und der dementsprechend zu geringen Auf lösung für Präzisionsmessungen nicht geeignet. Hinzu kommen beim Dreheisen-Meßwerk die starke Frequenzabhängigkeit oberhalb einiger 100 Hz und beim elektrostatischen Meßwerk die äußerst geringe Enpfindlichkeit, die nur bei der Messung hoher Spannungen über 100 V ausreicht.
  • Die meisten elektronischen Effektivwert-Mcßgercwte enthalten analoge Recheneinrichtungen, die entsprechend der Definition (2) die Quadrierung> die Mittelwertbildung und die Radizierung ausführen. Zwar sind analoge nichtlineare Operationen wie die uadrierung grundsatzlich mit hoher Genauigkeit möglich; der erforderliche Aufwand, um die Fehler wesentlich unter die 1 Xo - Grenze zu senken, wird aber so groß, daß diese Verfahren nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich einsetzbar sind.
  • Als Alternative ist vorgeschlagen worden, die nichtlinearen Operationen digital auszuführen. Die dabei grundsätzlich erreichbare höhere C1enauigkeit muß aber durch eine erheblich niedrigere Frequenzgrenze erkauft werden: Soll beispielsweise bei einer symmetrischen Rechteckspannung der Meßfehler nicht größer als 1 %o sein, sind mindestens 600 Abtastungen des Meßsignals je Periode erforderliche Bei derzeit realistischen Umsetz- und Rechenzeiten von z.B. insgesamt 314s bedeutet dies eine obere Frequenzgrenze von rund 550 Hz.
  • jeher genaue wechselspannungs- und Wechselstrornmessungen mit Meßfehlern von (J,1 (,Go und darunter werden zur Zeit fast ausschließlich mit Kompensationseinrichtungen durchgeführt, bei denen die thermische Wirkung der Meßgröße, die unmittelbar ein Maß für den Effektivwert ist, mit der Wirkung einer dosierbaren Vergleichsgröße auf dasselbe Objekt verglichen wird.
  • Zu diesem Zwecke werden die Meßgröße und die Vergleichsgröße über einen Schalter abwechselnd einem thermischen Umformer, zum Beispiel einem Thermoumformer, zugeführt. Bei gleichen Wirkungen verschwinden Schwankungen der Ausgangsgröße des thermischen Umformers beim Umschalten, und die Vergleichsgröße, zum Beispiel eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom, ist identisch mit dem Effektivwert der Wechselgröße. Auf diese Weise wird das Meßproblem auf die Aufgabe, eine Gleichgröße zu messen, reduziert.
  • Soll mit solchen Geräten ein weiter Meßbereich erfaßt werden, so ist es zusätzlich erforderlich, durch einen Vorverstärker oder einen Abschwächer (lie Größe der zu vert,leichenden Signale an den thermischen Umformer anzupassen, so daß dieser in einem Arbeitsbereìch ausreichender Empfindlichkeit betrieben wird.
  • Die Arbeit mit solchen manuell arbeitenden Geräten ist umständlich und zeitraubend. Eine Automatisierung der Abgleichvorgänge ist zwar grundsätzlich möglich, es ist aber sehr aufwendig, die miteinander vermaschten und nichtlinearen Regelkreise so zu beherrschen, daß unter allen Betriebsbedingungen ein stabiles Verhalten gewährleistet ist.
  • as erfindungsgemäße Verfahren hat daher die Aufgabe, eine nach dem thermischen Kompensationsprinzip automatisch arbeitende Meßeinrichtung zu schaffen, bei der trotz der gegenüber verleichbaren Einrichtungen erheblich erhöhten Genauigkeit der erforderliche Aufwand in angemessenen Grenzen gehalten werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vergleichsgröße eine konstante Referenzgröße ist und daß die Meßgröße in einer Eingangsstufe zum Beispiel nach Maßgabe einer von einem Nullindikator und einem Regler erzeugten Stellgröße in einem solchen Verhältnis verstärkt oder gedampft wird, daß mit der Umschaltung des thermischen Umformers korr.elierte Schwankungen seines Ausgangssignals verschwinden. In diesem abgeglichenen Zustand ist die Stellgröße ein direktes Maß für die Meßgröße und kann zur Anzeige oder Ausgabe des Meßergebnisses herangezogen werden. Der Regelmechanismus erfüllt im vorliegenden Fall also gleichzeitig zwei Aufgaben: Er führt einerseits den für die Messung erforderlichen Abgleich herbei, und er hält andererseits gleichzeitig den thermischen Umformer unabhängig von der Meßgröße in einem festen Arbeitspunkt.
  • Der Arbeitspunkt des thermischen Umformers ist bestimmt durch den Wert der Referenzgrdße. Diese, zum Beispiel ein Referenz-Gleichstrom, wird zweckmäßig so gewählt, daß der thermische Umformer im Arbeitsbereich seiner maximalen Empfindlichkeit betrieben wird.
  • Weitere Einzelmerkmale sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen erläutert und in den Unteransprüchen definiert.
  • Die Zeichnungen stellen folgendes dar: Fig. 1 eine für das Meßverfahren geeignete Gesamtanordnung als Blockschaltbild; Fig. 2 eine beispielsweise Ausführung der Umschalteinrichtung des thermischen Umformers; Fig. 3 ein Beispiel für eine analoge Eingangsstufe der Meßeinrichtung; Fig. 4 ein Beispiel für eine Eingangsstufe, in der das Meßsignal durch eine digitale Stellgröße dividiert wird; Fig. 5 ein Beispiel für die Ausführung eines erfindungsgemäß geeigneten Nullindikators; Fig. 6a ein Diagramm, in dem das Ausgangssignal des thermischen Umformers bei fortschreitenden Abgleich als Funktion der Zeit dargestellt ist; Fig. 6b ein Spannungs-Seit-Diagramm des verstärkten l.dechselanteils des in Fig. 6a dargestellten Signals; Fig. 6c ein Spannungs-Zeit-Diagramm der Ausgangsspannung des Nullindikators für den in den Figuren 6a und 6b dargestellten Fall; Fig. 6d den zeitlichen Verlauf der Stellgröße für den in den Figuren 6a bis 6c dargestellten Fall.
  • In der Fig. 1 ist als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren eine Schaltung mit den für die Funktion wesentlichen Elementen als Blockschaltung dargestellt. Die Meßgröße X(t) wird in einer Eingangsstu£e 1 mit einem Faktor v1 multipliziert, der von einer Stellgröße Z bestimmt ist, und erscheint am Ausgang als Regelgröße X: Die Eingangsstufe 1 ist also ein Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor von der Stellgröße Z abhängt.
  • Durch den nachfolgend im einzelnen erläuterten kegelvorgang wird erreicht, daß der Effektivwert X'eff der Regelgröße X' mit einer aus einer Referenzquelle 2, zum Beispiel einer Referenzstromquelle, entnommenen konstanten Referenzgröße Y identisch ist. Es gilt: X'(t) = v1(z).x(t) (3) X eff = V1(Z)Xeff = Y = sonst. (4) Daraus fol*:t: also: Z = f(Xeff).
  • Im abgeglichenen Zustand besteht somit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Stellgröße Z und dem Effektivwert der Meßgröße X(t). Die Funktion f wird ausschließlich von der Ringangsstufe 1 und der Referenzgröße Y bestimmt.
  • Die Regelgröße X'(t) und die Referenzgröße y werden, wie Fig. 1 weiter zeigt, über einen Umschalter 6 alternativ einem thermischen.Umformer 3 zugeführt. Als thermische Umformer eignen sich zum Beispiel Thermoumformer, Kombinationen aus Glühlampe und Fotowiderstand oder in besonderem Maße wegen ihrer hohen Empfindlichkeit fremdgeheizte Thermistoren. Im thermischen Umformer 3 entsteht eine vom jeweiligen Effektivwert seiner Eingangsgröße eindeutig abhängende Übertemperatur, die ihrerseits in ebenfalls eindeutiger Weise ein elektrisches Alls gangssignal V(t), zum Beispiel eine Ausgarl-rsspannung bestimmt.
  • Dieses hängt somit in eindeutiger Weise mit dem jeweiligen Effektivwert am Eingang des thermischen Umformers zusammen.
  • Zwar ist dieser Zusammenhang mehr oder weniger nichtlinear und außerdem zahlreichen Störeinflüssen, wie dem der Umgebungstemperatur, unterworfen. Da das erfindungsgemäße Verfahren aber ein Abgleichverfahren ist, in dem der thermische umformer nur eine Indikatorfunktion hat, spielen diese lgffekte keine Rolle, solange sich die Eigenschaften des thermischen Umformers nicht während eines Schaltzyklus ändern. Auch Alteflrngsvor gänge im thermischen Umformer 3, die besonders bei der Verwendung eines Thermistors zu erwarten sind, verringern deshalb die Meßgenauigkeit nicht.
  • Der angestrebte Abgleiohzustand ist gemäß Gleichung (4) erreicht, wenn der Effektivwert eff der Regelgröße X'(t) gleich dem Wert der Referenzgröße Y ist. In diesem Zustand sind die Heileistungen im thermischen Umformer 3 in beiden Stellungen des Umschalters 6 identisch, und auch das Ausgang signal V(t) ist in beiden Fällen gleich groß. Das Erreichen des Abgleichzustandes ist also daran zu erkennen, daß mit der Umschaltung korrelierte Schwankungen des Ausgangssignals V(t) verschwinden. Andererseits ergibt sich im nicht abgeglichenen Zustand aus dem Vergleich der den beiden Schalterstellungen zugeordneten Werte des Ausgangssignals V(t) eine Information darüber, in welchem Sinne der Verstärkungsfaktor v1 der Eingangsstufe 1 verändert werden muß, um dem abgeglichenen Zustand näherzukommen. Dieser Mechanismus wird weiter unten an einem Beispiel im einzelnen beschrieben.
  • Die Empfindlichkeit des thermischen Umformers 3 ist in starkem Maße abhängig vom Wert der Eingangsgröße. Für kleine Werte der Eingangsgröße geht sie gegen Null, und in der Regel gibt es einen Arbeitsbereich maximaler Empfindlichkeit, oberhalb dessen die mpfindlichkeit ebenfalls wieder abnimmt. Es ist ein Vorzug des erfindungsgem.ißen Verfahrens, daß der thermisctle Umformer 3 im abgeglichenen Zustand ohne besondere Vorkehrungen unter allen Bedingungen und unabhängig von der Meßgröße stets im selben Arbeitspunkt betrieben wird. Dieser hängt nur vom Wert der Vergleichsgröße Y ab, die vorzugsweise so zu wählen ist, daß der thermische Umformer im Bereich seiner maximalen Empfindlichkeit arbeitet.
  • In einem automatisch arbeitenden Meßgerät ist es zweckmäßig, den Umschalter 6, gesteuert aus einem Taktgenerator 7, periodisch zu betätigen. Dies geschieht vorzugsweise mit einer Frequenz, deren Periodendauer in der Größerdnung der thermischen Zeitkonstante des thermischen Umformers 3 liegt. Eine zu hohe chaltfrequenz vermindert durch die thermische Trägheit die Empfindlichkeit des thermischen Umformers, während durch eine zu niedrige Schaltfrequenz die Abgleichdauer unnötig erhöht und dadurch die Meßrate herabgesetzt wird. Die optimale Schaltfrequenz liegt bei geeigneten Umformern in der Regel in der Größenorc'nung 1 Hz.
  • Als schalter 6 sind sowohl mechanische als auch elektronische Schalter geeignet. Elektronische Schalter haben den Vorzug einer hohen Lebensdauer, und es treten kein Prellen und steine störenden Schaltverzögerungen auf. Andererseits weisen sie aber vergleichsweise hohe Durchlaßwiderstände auf. Um zu verhindern, daß durch SpannungsabfClle an den Schalterwiderständen Fehler entstehen, wird vorgeschlagen, die Eingangsstufe 1 so aus zum legen, daß sie am Ausgang einen eingeprägten Strom ix (Fig. 2) liefert, and die Referenzquelle 2 (Fig. 1) als Referenzstromquelle 21 (Fig. 2) auszubilden, die den Referenzstrom IY erzeugt.
  • Fig.2 zeigt eine für diesen Fall geeignete Stromumschaltvorrichtung. Der Umschalter 6 ist hier durch zwei synchron laufende Umschalter 61 und 62 ersetzt, die so arbeiten, daß jeweils entweder der der Regelgröße entsprechende Strom ix oder der Referenzstrom Iy dem thermischen Umformer 3 zufließt, während der jeweils abgeschaltete Strom in einen Ersatzwiderstand RE abfließt, dessen Wert zweckmäßigerweise dem Eingangswiderstand des thermischen Umformers 3 entspricht.
  • Fig. 3 zeigt eine analoge Eingangsstufe 1, in der mit Hilfe einer analogen Divisionsßchaltung 11 der Quotient X(t)/Uz aus der Meßgröße X(t) und einer analogen Stellspannung UZ gebildet wird: Hierin ist k1 ein dem Dividierer eigener konstanter Faktor.
  • Mit den Gleichungen (3) und (5) folgt daraus das Ergebnis: In diesem Falle ist die Stellspannung Uz dem Effektivwert Xeff der Meßgröße X(t) proportional. Die Stellspannung UZ läßt sich mit einem Gleichspannungs-Meßgerät in bekannter Weise mit hoher Genauigkeit messen. Wird dabei der konstante Faktor Y/k1 einkalibriert, so kann der Zu messende Effektivwert Xeff direkt angezeigt werden.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, als Eingangsstufe einen multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer einzusetzen.
  • Ein solcher Umsetzer wirkt als ein Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor einer digitalen Eingangsgröße entspricht.
  • Hiermit lassen sich wesentlich geringere Übertragungsfehler (< 10-4) erreichen als bei rein analogen nichtlinearen Schaltungen (ca. 10-3). Für das Übertragungsverhalten der Eingangsstufe gilt in diesem Falle mit k2 als konstantem Faktor: X'(t) = Z.k2x(t) .(8) Mit den Gleichungen (3) und (5) ergibt sich daraus: Das Ergebnis ist damit der digitalen Stellgröße Z umgekehrt proportional.
  • Von einer digitalen Recheneinrichtung kann anschließend ohne besondere Schwierigkeit der jeweilige Kehrwert der Stellgröße Z gebildet und nach Einrechnen des konstanten Faktors Y/k2 als Meßergebnis ausgegeben werden. Wird hierfür ein in das Meßgerät integrierter Mikrocomputer eingesetzt, so kann dieser in bekannter Weise zahlreiche andere Aufgaben übernehmen, wie zum Beispiel die Taktsteuerung des Meßvorganges, die Umsetzung des Meßergebnisses in eine für die Anzeige geeignete Form, die Regelung des Abgleichvorganges oder eine regelmäßige Korrektur des Nullpunktiehlers.
  • In Fig. 4 ist ein weiteres besonders-rvorteilhaftes Beispiel für eine Eingangsstufe 1 dargestellt. Hier erfolgt durch die Verwendung eines multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzers 12 im Gegenkopplungszweig eines Operationsverstärkers 13 eine Division der analogen Meßgröße X(t) durch die digitale Stellgröße Z. Es gilt in jedem Augenblick: Mit den Gleichungen (3); und (5) folgt daraus das Ergebnis: Xeff = Y . (11) Die digitale Stellgröße Z ist somit dem Effektivwert Xeff der Neßgröße X(t) direkt proportional, und eine digitale Umrechnung erübrigt sich.
  • In Fig.1 ist dem thermischen Umformer 3 ein Nullindikator 4 nachgeschaltet. Dieser stellt im Prinzip einen vom Takt£enerator 7 gesteuerten Gleichrichter dar. Wie nachfolgend in einzelnen erläutert wird, ist die Spannung u2 am Ausgang des Nullindikators 4 ein Maß für Schwankungen des Ausganssignals V(t) des thermischen Umformers 3, die mit dem Schaltvorgang.
  • des Umscnalters 6 korreliert sind. Gleichzeitig ist die Polarität der Spannung u2 ein Merkmal dafür, ob der Effektivwert X'eff der Regelgröße X'(t) noch zu groß oder zu klein ist.
  • Die Spannung u2 ist somit ein Maß für die Größe und die Richtung der Regelabweichung.
  • In Fig. 5 ist ein Beispiel für die Ausführung eines erfindungsgemäß Geeigneten Nullindikators 4 als Blockschaltbild dargestellt. Über einen Bandpass 41, der Frequenzteile oberhalb und unterhalb der Schaltfrequenz dämpft und dadurch zum Beispiel Netzstörungen unterdrückt, gelangt das Ausgangssignal V(t) des thermischen Umformers 3 zu einem Verstärker 42. Der Verstärkungsfaktor v2 bestimmt die Empfindlichkeit des Nullindikators und sollte so groß gewählt werden, daß der Regelkreis gerade noch stabil arbeitet. Die Spannung u1 am Ausgang des Verstarkers 42 wi.ld 42 wird schließlich einerAbtast-Halte-Schaltung (sample-hold, S/H) 43 zugeführt.
  • Die Arbeitsweise des Nullindikators sei anhand der Figuren 6a bis 6c erläutert: In Fig. 6a ist der zeitliche Verlauf des Ausgangissignals V des thermischen Umformers 3 dargestellt. Zu den Zeitpunkten ti, t3, t5 ... wird jeweils die Regelgröße X' «'(t) zu den Zeitpunkten t2, t4, t6 ... jeweils die Referenzgröße Y (Fig. 1) eingeschaltet. Für den Fall X'eff < Y ergibt srh der dargestellte wellenförmige Verlauf. Die Schwankungen werden umso geringer, je weiter der Abgleich fortschreitet, bis schließlich im abgeglichenen Zustand der konstante Wert V am Aus-0 gang des thermischen Umformers erreicht ist. Das Signal (t) durchläuft, wie in Fig. 5 dargestellt ist, den Bandpass 41 und den Verstärker 42, an dessen Ausgang es als reine Wechselspannung u1 (Fig. 6b) erscheint. Die Amplitude dieser Spannung ist ein Maß für die jeweilige Regelabweichung. Durch zwan£släufig auftretende Phasendrehungen ersch.einen die Maxima und Minima um die Zeitintervalle dt gegenüber den Schaltzeitpunkten t1, t2 ... verzögert. Durch eine entsprechende Impulsverzögerung im Taktgenerator 7 (Fig. 5) kann erreicht werden, daß zu den richtigen Zeitpunkten ti', t3' ... die Fxtremwerte durch die nachgeschaltete Abtast-Halte-Schaltung 43 abgetastet und bis zur nächsten Abtastung gespeichert werden. Im dargestellten Beispiel werden die Maxima der Spannung u1 abgetastet, und es entsteht am Ausgang des Nullindikators 4 eine ständig positive Spannung u2, die sich mit fortschreitendem Abgleich verringert (Fig. 6c).
  • Ist der Effektivwert X'eff der Regelgröße xtCt) größer als die Referenzgröße Y, so ist die Ausgangsspannung u1 des Verstärkers 42 gegenüber dem in Fig. 6b dargestellten: Beispiel um 1800 phasenverschoben. In diesem Falle werden die Minima abgetastet, und die Ausgangsspannung u2 des Nullindikators 4 ist negativ.
  • Im abgeglichenen Zustand (X'eff = Y) der Meßeinrichtung ist die Spannung u1 im Idealfall ständig Null. Mögliche Störunen, die durch Netzeinstreuungen oder einen Restanteil des Meßsignals auftreten können, sind nicht mit den Schalt- und Abtastsignalen korreliert. Die Spannung u2 am Ausgang des Nullindikators 4 ist also ebenfalls ständig Null, oder sie schwankt geringzügig um den Nullwert herum. Der nachgeschaltete Regler läßt sich so auslegen, daß er unregelmäßige Schwankungen mittelt und dadurch praktisch vollständig unterdrückt.
  • Der Regler 5 (Fig. 1) muß so beschaffen sein, daß die Regelgröße X'(t) über eine Beeinflussung des Faktors v1 der Eingangsstufe 1 im jeweils richtigen Sinne verankert wird. Im dargestellten Beispiel, in dem Xteff zu klein ist, entsteht eine positive Spannung u2 am Nullindikator-Ausgang, wodurch die Stellgröße Z (Fig. 6d) vergrößert wird. Hat die Eingangsstufe 1 eine multiplizierende Funktion entsprechend Gleichung (11), wird dadurch X'eff wie erforderlich, vergrößert.
  • Als Regler 5 ist besonders ein integrierender Regler (I-Regler, PI-Relej) geeignet, der jede auftretende Regelabweichung vollständig ausregelt. Es kann sich dabei um einen analogen Integrierer handeln, dem bei Bedarf ein Analog-digital-Umsetzer nachgeschaltet ist. Der Integrationsvorgang kann aber auch im digitalen Bereich durch einen Zählvorgang realisiert sein.
  • Fig. 6d zeigt das Verhalten eines I-Reglers.
  • Eine andere vorteilhafte Lösung stellt die Anwendung eines diskreten Reglers dar, der nach Maßgabe der der jeweiligen Regelabweichung entsprechenden Spannung u2 die Stellgröße Z in sprüngen um geeignete Intervalle #Z verändert. Die optimalen Werte für jZ lassen sich empirisch ermitteln und in einem Speicher ablegen. Diese Art der Regelung ist besonders dann geeignet, wenn ohnehin mit digitalen Si£rnalen gearbeitet wird und ein Mikrocomputer Anwendung findet. Sie ermöglicht eine besonders anpassungsfähige Konzeption der gesamten Meßeinrichtung und führt bei geeigneter Auslegung zu besonders kurzen Regelzeiten und damit besonders hohen Meßraten.
  • Die Eingangsstufe 1 der Meßeinrichtung (Fig. 1) hat erfindungsgemäß ein multiplizierendes Verhalten. Dies führt dazu, daß eine Änderung der Stellgröße Z um einen Betrag Z sich llmso stärker auf die Regelgröße X'(t) und dj. nachfolgende Regelstrecke auswirkt, je größer das Meßsignal ist. Damit sind die Kreisverstärkung und das dynamische Verhalten des Regelkreises von der Meßgröße abhängig. Um diese Abh.HAngsgkieit zu reduzieren, kann vorgesehen sein, die Verstärkung v2 des Verstärkers 42 im Nullindikator (Fig. 5) durch die Stellgröße Z so zu beeinflussen, daß die Kreisverstärkung im abgeglichenen Zustand des Regelkreises unabhängig von der Meßgröße XCt) ist. Diese Möglichkeit ist in den Figuren 1 und 5 gestrichelt angedeutet.
  • Leerseite

Claims (14)

  1. Pat entansprilche Anordnung zur Präzisionsmessung von Effektivwerten elektrischer Größen, in der eine Vergleichsgröße abwechselnd mit der Meßgröße auf einen thermischen Umformer wirkt, wobei das Verhältnis beider Größen so lange verändert wird, bis ihre thermischen Wirkungen gleich sind, dadurch svekennzeichnet, daß die Vergleichsgröße eine konstante Referenzgröße (Y) ist und daß die Meßgröße (X(t)) in einer Eingangsstufe (1) in einem solchen Verhältnis verstärkt oder gedämpft wird, daß mit der Umschaltung des thermischen Umformers (3) korrelierte Schwankungen seines Ausgangssignals (V(t)) verschwinden.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzröße (y) so bemessen ist, daß der thermische Umformer (3) im Arbeitsbereich seiner maximalen Empfindlichkeit betrieben wird.
  3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daiS die Umschaltung des thermischen Umformers (3) periodisch erfolgt mit einer Frequenz, deren Periodendauer in der Größenordnung seiner thermischen Zeitkonstante liegt.
  4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe (1) an ihrem Ausgang einen eingeprägten Strom (ix) liefert, der abwechselnd mit einet Referenzstrom (Iy) über Umschalter (61, 62) dem thermischen Umformer (3) zufließt, während der jeweils abgaeschaltete Strom in einen Ersatzwiderstand (RE) abfließt.
  5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe (1) eine analoge Divisionsschaltung (11) ist, die den Quotienten (Y./Uz) aus der Meßgröße (X(t)) undeiner Stelispannung (U) bildet.
  6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeinet, daß die Eingangsstufe (1) ein multiplizierender Digital-Analog-Umsetzer ist, der das Produkt (XkZ) aus der analogen Meßgröße (x(t)) und der digitalen Stellgröße (z) bildet.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Recheneinrichtung den jeweiligen Kehrwert der Stellgröße (Z) bildet.
  8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe (1) ein dividierender Digital- Analog-Umsetzer ist, der den Quotienten (X/Z) aus der analogen Meßgröße (X(t)) und der digitalen Stellgröße (Z) bildet.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dividierende Digital-Analog-Umsetzer aus einem Operationsverstärker (13) besteht, der über einen multiplizierenden Digital-Analoe;-Umsetzer (12) gegengekoppelt ist.
  10. 10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (V(t)) des thermischen Umformers (3) einem Nullindikator (4) zugeführt wird, in dem periodisch jeweils einmal pro Umschaltzyklus ein Augenblickswert, vorzugsweise ein Extremwert, seines Wechselanteils abgetastet und anschließend bis zuni Zeitpunkt der nächsten Abtastung gespeichert wird.
  11. 11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (V(t) des thermischen Umformers (3) im Nullindikator (4) mit Hilfe eines selektiven Wechselspannungsverstärkers (41,42) vorverstärkt wird.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor (v?) des Wechselspannungsverstärkers (42) in an sich bekannter Weise durch die Stellgröße (7£) bzw. die Stellspannung (UZ) in dem Sinne beeinflußt wird, .laoS die Kreisverstärkung im abgeglichenen Zustand des Regelkreises unabhonbix von der Meßgröße (X(t)) ist.
  13. 13. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch ekennzeichnet, daß die Spannung (u2).am Ausgang des Nullindikators (4) einem integrierenden Regler (5) zugeführt wirdf dessen Ausgangssignal die Stellgröße (Z) bzw. die Stellspannu.ag (Uz) ist.
  14. 14. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (u2) am Ausgang des Nullindikators (4) einem diskreten Regler (5) zugeführt wird, dessen Ausgangsgrößen nach Maßgabe des jeweiligen wertes der Spannung (u2) einem Festwertspeicher entnommen werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0545394A1 (de) * 1991-12-02 1993-06-09 Deutsche Zaehler-Gesellschaft AC/DC Transfer-Technik für elektrische Wechselgrössen

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19652698C2 (de) * 1996-12-18 2000-04-13 Horst Germer Verfahren und Vorrichtung zur Präzisionsmessung zeitveränderlicher elektrischer Signale

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD95057A1 (de) * 1972-02-28 1973-01-12

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD95057A1 (de) * 1972-02-28 1973-01-12

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Instruments & Control Systems, Januar 1963, Seiten 79 bis 81 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0545394A1 (de) * 1991-12-02 1993-06-09 Deutsche Zaehler-Gesellschaft AC/DC Transfer-Technik für elektrische Wechselgrössen

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