DE3213866A1

DE3213866A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur bestimmung des wertes des ohmschen widerstandes eines messobjekts

Info

Publication number: DE3213866A1
Application number: DE19823213866
Authority: DE
Inventors: Christian 8000 München Schwarz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-18
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1983-10-27

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Wertes
des ohmschen Widerstandes eines Meßobjekts Zusatz zu Patent .. .. ... (Patentanm. P 30 47 862.7) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Wertes des ohmschen Widerstandes eines Meßobjektes unter Verwendung einer Meßspannung, wobei zusätzlich am Meßobjekt eine Stör-Gleichspannung anliegt.
Aus dem Hauptpatent ist bereits bekannt, bei einem Verfahren dieser Art im Meßgerät zwei Meßwiderstände vorzusehen, die wahlweise über einen Schalter derart an das Meßobjekt angeschaltet werden, daß zwei verschiedene Spannungs- oder Strommessungen durchführbar sind. Aus dem Differenzen-Quotienten der gemessenen Strom- oder Spannungswerte läßt sich der ohmsche Widerstand des Meßobjekts ermitteln.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, daß die Meßgenauigkeit bei der Widerstandsmessung in einigen Fällen unzureichend ist, nämlich dann, wenn die gemessenen Werte im unteren Widerstandsbereich liegen. Eine große Genauigkeit ist beim bekannten Verfahren in erster Linie dann erreichbar, wenn die gemessenen Werte in der Nähe des Gesamt-Einkoppelwiderstandes des Meßgerätes - von den Anschlußklemmen aus betrachtet - liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Impedanz eines Meßobjekts zu schaffen, bei dem bei weitgehender Eliminierung von Störeinflüssen eine große Genauigkeit bei der Messung gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art als weitere Ausbildung der in der Hauptanmeldung beschriebenen Erfindung die Meßschaltung zwei einen Zweipol bildende und verschieden große Meßgleichspannungsquellen auf, die über einen Schalter wahlweise an das Meßobjekt anschaltbar sind, daß dabei die jeweiligen Spannungen am Meßobjekt bestimmt werden und daraus der vom Zweipol aus gesehene ohmsche Widerstand des Meßobjektes nach der Beziehung bestimmt wird, wobei Rm der vorgegebene Innenwiderstand eines Spannungsmessers zur Bestimmung der Spannung, Rv ein vorgegebener Vorschaltwiderstand für den Spannungsmesser, Uml der gemessene Spannungswert bei Anschaltung der Meßgleichspannungsquelle mit niederem Spannungswert und Um3 der gemessene stationäre Spannungswert nach Anschalten der Meßgleichspannungsquelle mit höherem Spannungswert ist.
Durch das aufeinanderfolgende Anschalten der beiden Spannungsquellen, die eine äußerst genaue Spannungs- oder Strommessung am Meßobjekt gewährleisten, kann aus dem Differenzen-Quotienten der Meßergebnisse bei den aufeinanderfolgenden Messungen auf einfache Weise der Widerstandswert ermittelt werden, wobei der mittelbare absolute Fehler bei der Widerstandsmessung weitgehend unabhängig vom Wert des gemessenen Widerstandes Rx, insbesondere im unteren Widertstarldsbereich, ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, welche dadurch gekenn- zeichnet ist, daß die Meßgleichspannungsquellen, der Schalter, der Spannungsmesser und eine mit dem Spannungsmesser verbundene Auswerteschaltung zur Bestimmung des Wertes des ohmschen Widerstandes Rx des Meßobjekts Bestandteil eines Meßgerätes sind, das an das Meßobjekt über zwei Anschlußklemmen anschaltbar ist.
Die Erfindung wird anhand der Figur erläutert, wobei Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer Meßschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Figur 2 den Verlauf der durch Spannungsmessungen während der drei Meßphasen ermittelten Spannung am Meßobjekt darstellt.
Beim Prinzipschaltbild nach der Figur 1 besteht das Meßobjekt M0 aus einem Widerstand Rx (Ersatz-Wirkwiderstand) und einer gestrichelt dargestellten Kapazität Cx (Ersatz-Parallelkapazität) und zwei Störspannungsquellen USG (Ersatz-Störwechselspannungsquelle). Ein Meßgerät MG zur Bestimmung des Wertes des ohmschen Widerstandes Rx des Meßobjekts M0 enthält zwei Meßgleichspannungsquellen Uol und Uo2, die wahlweise über einen Schalter SL und einen Vorschaltwiderstand Rv an die eine Anschlußklemme K1 des Meßgerätes MG und mit ihren anderen Anschlüssen direkt an die andere Anschlußklemme K2 des Meßgerätes MG angeschaltet werden können. Das Meßgerät MG enthält ferner einen Spannungsmesser UM, der zwischen die Klemmen K1 und K2 geschaltet ist; der Spannungsmesser UM weist einen vorgegebenen Innenwiderstand Rm auf. Die beiden Spannungsquellen Uol und Uo2 weisen unterschiedliche Spannungswerte auf, wobei eine Spannungsquelle auch die Spannung 0 Volt aufweisen kann. Vorteilhaft ist, wenn die Differenz der von den Meßgleichspannungsquellen Uol und Uo2 abgegebenen Spannungen relativ groß ist, was eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet.
Zur Auswertung der mit dem Spannungsmesser UM gemessenen Werte unter Einbeziehung der vorgegebenen Werte der Widerstände Rv und Rm ist an den Spannungsmesser UM eine Aus- wer te schaltung AW angeschlossen, mit der der gesuchte ohmsche Widerstandswert Rx ermittelt werden kann.
In der Figur 2 ist der Spannungsverlauf der mit dem Spannungsmesser UM gemessenen Spannung Um(t) über der Zeit t aufgetragen. Während der Zeit T1 wird beispielsweise die Spannungsquelle Uol über den Schalter SL an das Meßobjekt M0 angelegt, so daß sich hier der konstante Spannungsverlauf Uml am Spannungsmesser UM einstellt. Am Beginn der Zeitspanne T2 wird der Schalter SL betätigt, so daß die Spannungsquelle Uo2 mit dem größeren Spannungswert an das Meßobjekt M0 angeschaltet wird. Bedingt durch die Kapazität Cx steigt die gemessene Spannung Um(t) am Spannungsmesser UM nach einer e-Funktion an und erreicht nach einer Zeitspanne T2 ihren eingeschwungenen Zustand. Die Zeitspanne T2 ist so gewählt, daß auf jeden Fall am Ende dieser Zeitspanne die Spannung am Spannungsmesser UM auf einen stationären Wert eingeschwungen ist. In der an die Zeitspanne T2 sich anschließenden Zeitspanne T3 wird die Messung des konstanten Spannungswertes, der sich ergibt, wenn die Spannungsquelle Uo2 am Meßobjekt M0 anliegt, vorgenommen.
Während der ersten Zeitspanne T1 ergibt sich die Spannung Uml am Meßgerät Um wie folgt: wobei die Terme Rx # Rm und Rv # Rm die aus der Parallelschaltung dieser Widerstände ermittelten Widerstandswerte darstellen. Die Spannungsmessung während der Zeitspanne T2 - unmittelbar nach dem Umschaltzeitpunkt tsl - verläuft nach folgender Gleichung: Es ist darüber hinaus auch noch folgende Darstellung dieses Spannungsverlaufs unter Zuhilfenahme der in der Zeitspanne T3 nach dem Umschaltzeitpunkt ts2 gemessenen Spannung Um3 möglich: Die in der Gleichung (3) enthaltene Ladezeitkonstante # ergibt sich aus: # =Rp . Cx Cx (4) wobei der Widerstand Rp einen zur Ersatz-Parallelkapazität Cx parallel liegenden Ersatz-Wirkwiderstand darstellt, der sich aus folgender Gleichung ergibt: 1/Rp = 1/Rx + 1/Rm + l/Rv (5) Der zeitliche Mittelwert Um2' des Spannungsverlaufs Um2 kann wie folgt ermittelt werden: Der während der Zeitspanne T3 gemessene Spannungsverlauf Um3 läßt sich in der gleichen Weise wie der Spannungsverlauf in der Zeitspanne T1 darstellen: Die Ermittlung des unbekannten ohmschen Widerstands Rx des Meßobjekts M0 kann mit den Ergebnissen der ersten und der dritten Spannungsmessung (Zeitspanne Ti und Zeitspanne T2) durchgeführt werden. Hierbei wird durch Differenz- bildung der Spannungswerte der Einfluß der Störspannungsquelle eliminiert: Die Durchführung der zur Lösung der Gleichung (8) notwendigen Rechenoperationen werden mit Hilfe der Auswerteschaltung AW durchgeführt, die an ihrem Eingang mit den vom Spannungsmeßgerät UM ermittelten Werten beaufschlagt wird.
Die Auswerteschaltung AW kann beispielsweise mit einem Mikrocomputer realisiert werden, der mit einem Rechenprogramm zur Lösung der Gleichung (8) versehen ist.
2 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Bestimmung des Wertes des ohmschen Widerstandes eines Meßobjektes unter Verwendung einer Meßspannung, wobei zusätzlich am Meßobjekt eine Stör-Gleichspannung anliegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Meßschaltung zwei verschieden große Meßgleichspannungsquellen (Uol, Uo2) aufweist, die über einen Schalter (SL) wahlweise an das Meßobjekt (MO) anschaltbar sind, daß dabei die jeweiligen Spannungen (Uml, Um2, Um3) am Meßobjekt (MO) bestimmt werden und daraus der ohmsche Widerstand Rx des Meßobjektes (MO) nach der Beziehung bestimmt wird, wobei Rm der vorgegebene Innenwiderstand eines Spannungsmessers (UM) zur Bestimmung der Spannung (Uml, Um3), Rv ein vorgegebener Vorschaltwiderstand für den Spannungsmesser (UM), Uml der gemessene Spannungswert bei Anschaltung der Meßgleichspannungsquelle mit niederem Spannungswert (Uol) und Um3 der gemessene stationäre Spannungswert nach Anschalten der Meßgleichspannungsquelle mit höherem Spannungswert (Uo2) ist.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Meßgleichspannungsquellen (Uol, Uo2), der Schalter (SL), der Spannungsmesser (UM) und eine mit dem Spannungsmesser (UM) verbundene Auswerteschaltung (AW) zur Bestimmung des Wertes des ohmschen Widerstandes Rx des Meßobjekts (M0) Bestandteil eines Meßgerätes (MG) sind, das an das Meßobjekt (MO) über zwei Anschlußklemmen (K1, K2) anschaltbar ist.