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Meßgerät für Kondensatoren
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Die Erfindung bezieht sich auf ein MeBgerät für Kondensatoren, bei
dem mit einer Schaltungsanordnung, die Komparatoren, eine Logikschaltung, einen
Impulszähler und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, beim Aufladen bzw. Entladen des
Prüflings über einen Meßwiderstand das Zeitintervall zwischen zwei Spannungsschwellen,
die von einem Spannungsteiler vorgegeben werden, der parallel zum Prüfling an einer
stabilisierten Meßspannung liegt, als eine dem Meßwert des Prüflings entsprechende
Größe bestimmt und angezeigt wird.
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Auf dem Markt wird eine Vielzahl derartiger Kapazitätsmaßgeräte angeboten.
Es sind meist kleine, handliche, batteriebetriebene Geräte, mit denen die Kapazität
von Kondensatoren gemessen werden kann, indem entweder durch Aufladen oder Entladen
des Prüflings über einen Meßwiderstand oder mit konstantem Strom und Auszählen der
zwischen zwei Spannungspegeln verstrichenen Zeit bei entsprechender Dimensionierung
die zwischen den zwei Spannungspegeln auftretenden Zählimpulse der gesuchten Kapazität
direkt proportional sind.
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Diese recht einfachen Meßverfahren arbeiten jedoch nur genau, wenn
der Isolationswiderstand des zu messenden Kondensators erheblich größer als der
MeBwiderstand ist, da sonst der Isolationswiderstand die Ladezeit verlängert und
damit einen größeren Kapazitätswert vortäuscht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, den Isolationswiderstand
eines zu messenden Kondensators im Verlauf eines Meßzyklus daraufhin zu untersuchen,
ob ein bestimmter Isolationswiderstand als Vielfaches eines Meßwiderstandes beim
Prüfling eingehalten oder unterschritten wird. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung
wird gemäß der Erfindung eine Schaltungsanordnung für ein solches MeBgerät mit folgenden
kennzeichnenden Merkmalen vorgeschlagen
ein aus vier Widerständen
gebildeter Spannungsteiler mit den Schaltschwellen für den ersten Komparator am
ersten Widerstand, für den zweiten Komparator an der Reihenschaltung des ersten,
zweiten und dritten Widerstandes und einer dritten Schaltschwelle an der Reihenschaltung
des ersten und zweiten Widerstandes, ein Umschalter, der beim Ansprechen des zweiten
Komparators betätigt wird und mit dem der aus dem betreffenden Meßwiderstand und
dem Prüfling gebildeten Reihen schaltung über einen Spannungsfolger zunächst die
stabilisierte Meßspannung und hernach die auf die schaltschwelle des zweiten Komparators
abgesenkte Spannung zuge führt wird, und ein dritter Komparator9 der anspricht,
wenn die Ladespannung am Prüfling auf einen Wert absinkt, der dem Teilverhältnis
vom betroffenden Meßwiderstand und dem Isolationswiderstand des Prüflings entspricht.
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Dies bedeutet, nachdem der Kapazitätswert eines zu messenden Kondensators
in an sich bekannter Weise bestimmt ist und angezeigt werden kann, liegt am Prüfling
eine Spannung: U(Cx) = U(K2) # ######## Da U(K3) < U(K2) ist, ergibt sich bei
U(Cx) > U(K3), daß der Isolationswiderstand des Prüflings den gewünschten Anforderungen
entspricht, bzw.
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bei U ( Cx ) # U U (K 3 ), daß der Isolationswiderstand des Prüflings
nicht in Ordnung ist. Dieses qualitative Ergebnis ist in jeder Beziehung ausreichend,
da ein Kondensator, der den geforderten Isolationswiderstand nicht aufweist, ohnehin
nicht mehr verwendbar ist, und deshalb eine quantitative Angabe des Isolationswiderstandes
unterbleiben kann0 Wie bereits weiter oben schon erwähnt ist, wird bei nicht ausreichendem
isolationswiderstand aber auch ein größerer Kapazitätswart vorgetäuscht. Auch dieser
Tatbastand
läBt sich bei der erfidnungsgemäßen Losung nicht nur
feststellen, sondern auch auswerten.
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Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung wird dementsprechend
beim Ansprechen des dritten Komparators lediglich ein Signal ausgelöst. Dabei handelt
es sich bevorzugt um ein optisches Signal, z. B.
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ein Blinkzeichen. Weiterhin kann dann auch bei der Anzeige des Kapazitätswertes
das Zeichen " n " erscheinen, um auf den prinzipbedingt zu grß gemessenen Kapazitätswert
und den mangelhaften Isolationswiderstand des Prüflings aufmerksam zu machen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch
dargestellt. Dabei zeigen: Fig. 1: ein Prinzpschaltbild einer Schaltungsanordnung
eines Kapazitäts-Meßgerätes, Fig. 2: ein Spannungs-Zeit-Diagramm.
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Die Schaltungsanordnung ( Fig. 1 ) weist eine Anzeigeeinrichtung und
eine Logikschaltung auf, die als Blöcke dargestellt sind und auf die nicht näher
eingegangen zu werden braucht, da sie weitestgehend bei marktüblichen Geräten Verwendung
finden. An der stabilisierten Meßspannung UM liegt ein aus vier Widerständen R1,
R2, R3 und R4 bestehender Spannungsteiler. Sein Spannungsabfall am Widerstand R1
wird einem ersten Komparator K1, an den Widerständen R1 u. R2 u. R3 einem zweiten
Komparator K2 und an den Widerständen R1 u. R2 einem dritten Komparator K3 zugeführt.
Die anderen Eingänge der drei Komparatoren K1, K2 und K3 sind miteinander verbunden
und an den einen Pol des Prüflings Cx gelegt. Der andere Pol des Prüflings Cx ist
dem FuBpunkt der stabilisierten Spannung UM verbunden, an dem auch das untere Ende
des Spannungsteilers liegt. Ein Schalter S führt in seiner oberen Stellung die Meßspannung
UM über einen Spannungsfolger V auf Meßbereichsschalter S 1-3 bis S 8 mit nachgeschalteten
MeBwiderständen RM 1-3 bis RMS. In seiner unteren Stellung gelangt über den Schalter
S die an den Spannungsteilerwiderständen R1 u. R2 u. R3 auftretende Schwellenspannung
für den Komparator K2 über den Spannungsfolger V nunmehr auf die Meßbereichsschalter
S 1-3 bis S 8 mit den nachgeschalteten Meßwiderständen RM 1-3 bis RMB. Der jeweils
eingeschaltete
Meßwiderstand RM1-3,..., oder RMB und der Isolationwiderstand
Risol des Prüflings Cx bilden einen Spannungsteiler, dessen Spannungsabfall mit
dem Spannungsabfall an den Spannungsteilerwiderständen R1 u. R2 mit Hilfe des dritten
Komparators K3 verglichen wird. Beim Unterschreiten der Spannung am Isolationswiderstand
Risol des Prüfligs Cx spricht der Komparator K3 en, In der Logikschaltung wird dadurch
ein Signal ausgelöst, das in der Anzeigeinrichtung auf einen mangelhaften Isolationswiderstand
Risol des Prüflings Cx hinweist.
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Zu Beginn der Messung steht der Schalter 5 in der gezeichneten Stellung.
Der Spannungsfolger V legt damit die stabilisierte Meß spannung UM an die Reihenschaltung
des vom Jeweiligen Meßbereich abhängigen Schalter S 1-3 bis 5 8 mit dem dazugehörigen
Meßwiderstand RM 1-3 bis RMB und den ( zuvor entladenen ) Prüfling Cx Wie Fig. 2
zeigt, lädt sich der Prüfling Cx unter der annhame, daß der isolationswiderstand
Risol = # ist, nach einer e - Funktion auf, Wird die erste mit dem Widerstand R1
des Spannungsteilers R1 bis R4 festegelegte Spannung erreicht, spricht der Komparator
K1 an und gibt innerhalb der Logikschaltung eine Torschaltung frei, so daß nun Zählimpulse
in einen Zähler gelangen. Wird im Zuge der weiteren Aufladung die zweite von den
Widerständen R1 u. R2 u. R3 des Spannungsteilers R1 bis R4 festgelegte Spannungsschwelle
erreicht wird durch den zweiten Komparator K2 die Torschaltung gesperrt und damit
der Zählvorgang gestoppt.
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Bei geeigneter Dimensionierung ist die Anzahl der Zählimpulse dem
gesuchten Kapazitätswert direkt proportional Mit Ansprechen des Komparators K2 wird
der Schalter S in die untere Lage gebracht. Der Spannungsfolger V senkt dadurch,
wie in Fig. 2 gezeigt, die an der Reihenschaltung des betroffenden Widerstandes
RM und des Pruflings Cx anliegende Spannung auf das Niveau der Schaltschwelle des
Komparators K2 ab. Die Aufladung des Prüflings Cx wird dadurch abgebrochen und die
Ladespannung hat einen waagerechten Verlauf.
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sorfen der Isolationswinderstand des prüflings Risol = # ist. Da in
der prexis jedoch Risol < # ist, sinkt die Spannung am Prüfling Cx nach einer
e-Funktion auf den Endwert ab, der dem Teilerverhältnis von RM und Risol entspricht0
Wird beispielsweise verlangt, daB der
Isoaltionswiderstand den 100-fachen
Wert des Meßwiderstandes RM nicht unterschreiten soll, damit die Meßgenauigkeit
nicht schlechter als 1% wird, darf die Spannung am Prüfling Cx nicht unter 99% absinken.
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Dies wird mit dem Komparator K3 überwacht. dessen Vergleichsspannung
an den Widerständen R1 und R2 des Spannungsteilers R1 bis R4 um 1% niedriger als
diejenige des Komparators K2 liegt. In Fig. 2 ist dargestellt, daB in der restlichen
Zeit tE t t2 des Meßzyklus bereits zum Zeitpunkt tisol die Spannung am Prüfling
Cx die 99%-Schwelle unterschreitet. Bei einer Ausführungsform der Erfindung blinken
Doppelpunkte in einer Flüssigkristallanzeige auf und weisen auf einen mangelhaften
Isoaltionswiderstand und damit auch verfälschten ( größer gemessenen ) Kapazitätswert
des Prüflings Cx hin.