DE3329726C1

DE3329726C1 - Capacitance and loss-factor measuring bridge

Info

Publication number: DE3329726C1
Application number: DE19833329726
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Zürich Osvath; Sebastian Dipl.-El.-Ing. Schneisingen Widmer
Original assignee: Tettex Ag Zuerich; TETTEX AG
Current assignee: Haefely Test Ag Basel Ch
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1984-10-25
Also published as: CH656719A5

Abstract

Capacitance and loss-factor measuring bridge, having a differential current transformer which has a first primary winding in a bridge arm having the capacitance to be measured and a second primary winding in a bridge arm having a reference capacitor. When the magnetic fluxes generated by the first primary winding and by the second primary winding cancel each other out, there is a zero indication via an indicator winding on the secondary side. To balance the measuring bridge, the number of effective windings of the second primary winding is changed. A setting resolution, and consequently measuring accuracy, which is finer than that which can be achieved with a turn of the second primary winding is achieved by two further primary windings (N3, N4) of the differential current transformer (DW) by these two additional primary windings each being preceded by an attenuating element ( alpha , beta ), which is fed a current which in the one case is proportional in terms of magnitude and phase to the current flowing through the second primary winding (N2), in the other case is proportional in terms of magnitude and is shifted by 90 DEG in terms of phase. <IMAGE>

Description

Bei einer derartigen Meßbrücke mit einem Differenz- stromwandler induzieren dessen beide Primärwicklungen in den beiden Brückenzweigen im Kern des Differenzstromwandlers entgegengesetzt gerichtete magnetische Flüsse, deren Differenz einen in der Indikatorwicklung induzierten Strom hervorruft Zu einer Null-Anzeige des Nullindikators kommt es, wenn die von diesen beiden Primärwicklungen hervorgerufenen magnetischen Flüsse gleich groß sind. Dann ist die Meßbrücke abgeglichen. In such a measuring bridge with a differential Power converter induce its two primary windings in the two bridge branches in the core of the Differential current transformer oppositely directed magnetic fluxes, their difference causes a current induced in the indicator winding. To a zero reading the zero indicator occurs when the two primary windings caused magnetic fluxes are equal. Then the measuring bridge is adjusted.

Mit derartigen Meßbrücken lassen sich Kapazitäten verschiedenster Art, beispielsweise Kondensatoren, kapazitätsbehaftete Transformatorwicklungen, Generator- oder Motorwicklungen, kapazitätsbehaftete Leitungen usw. hinsichtlich Kapazitätswert und Verlustfaktor tan dessen. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Strakstrom- und Hochspannungstechnik. With such measuring bridges, capacities of the most varied Type, e.g. capacitors, transformer windings with capacitance, Generator or motor windings, capacitive lines, etc. with regard to Capacity value and loss factor tan its. A preferred area of application is Electric current and high voltage technology.

Um eine ausreichend hohe Meßgenauigkeit zu erhalten, wäre in demjenigen Brückenzweig, der den Vergleichs- bzw. Normalenkondensator enthält, eine Wicklung mit einer sehr großen Anzahl von Windungen erforderlich. Um beispielsweise eine Meßgenauigkeit in der Größenordnung von 10-5 zu erhalten, wie sie für den genannten Einsatzzweck erwünscht ist, benötigte man in diesem Brückenzweig eine Wicklung mit 100 000 Windungen. Denn die einzelne Windung ist dabei die kleinste Einheit, wenn man diese Wicklung so ausbildet, daß ihre Windungszahl mit der Feinheit einer einzigen Wicklung einstellbar ist Bei herkömmlichen Meßbrücken wird ein Teil der Windungen durch induktive oder resistive Teiler simuliert, um die Dimensionen der Wicklungen und den Fehlereinfluß bedingt durch den Wicklungswiderstand in vernünftigen Grenzen zu halten. In order to obtain a sufficiently high measurement accuracy, would be in that Bridge arm that contains the comparison or normal capacitor, a winding with a very large number of turns is required. For example, to get a Measurement accuracy on the order of 10-5 to be obtained, as for the said If the intended use is desired, a winding was required in this branch of the bridge 100,000 turns. Because the single turn is the smallest unit if one trains this winding so that its number of turns with the fineness of a single one Winding is adjustable With conventional measuring bridges, part of the windings simulated by inductive or resistive dividers to adjust the dimensions of the windings and the influence of errors due to the winding resistance within reasonable limits to keep.

Aus der DE-OS 2508 033 ist eine Kapazitäts- und Verlustfaktormeßeinrichtung mit selbsttätiger Abgleichung bekannt, bei der zum Prüfling und zum Vergleichsnormal je ein Stromwandler in Serie geschaltet ist und an jedem dieser Stromwandler sekundärseitig Bürden angeschlossen sind, mittels welchen die durch den Prüfling bzw. das Vergleichsnormal fließenden Ströme in proportionale Spannungen umgewandelt werden. Die Bürdenspannungen werden mit Hilfe von Komparatorschaltungen, welche die Übersetzungsverhältnisse von Primärstrom zu Bürdenspannung steuern, mit Hilfe des jeweiligen Bürden-Widerstandsnetzwerks soweit aneinander angenähert, daß die restliche Differenz zwischen der Prüflingsbürden-Spannung und der Vergleichsnormal-Bürdenspannung nach Betrag und Phasenlage von einem selbsttätig abgleichenden komplexen Kompensator ermittelt werden kann. Die Ausgangswerte des Komparators werden zusammen mit der Information der zur Annäherung der beiden Bürdenspannungen notwendigen Stellung der Komparatoren in einer Rechenstufe ausgewertet Mit deren Hilfe wird dann der Kapazitätswert und der Verlustfaktorwert des Prüflings angezeigt Diese Meßeinrichtung weist jedoch keinen Differenzstromwandler auf und arbeitet nach einem gänzlich anderen Meßprinzip als die einleitend beschriebene Meßbrücke. Das heißt, die relativ einfache Null-Indikatormöglichkeit besteht nicht Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßbrücke der eingangs angegebenen Art so zu verbessern, daß sie, unter Ermöglichung eines raschen und zuverlässigen automatischen Abgleichs, eine hohe Meßgenauigkeit bei Verwendung einer Spule vergleichsweise kleiner Windungszahl in dem Vergleichskondensator-Brükkenzweig erlaubt Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben und kann den Unteransprüchen gemäß vorteilhaft weitergebildet werden. From DE-OS 2508 033 a capacity and loss factor measuring device is known with automatic adjustment, in the case of the test item and the reference standard a current transformer is connected in series and on each of these current transformers on the secondary side Loads are connected, by means of which the test object or the comparison standard flowing currents can be converted into proportional voltages. The burden voltages are with the help of comparator circuits, which the gear ratios Control from primary current to burden voltage with the help of the respective burden-resistor network so approximated to each other that the remaining difference between the test object burden voltage and the comparison normal burden voltage according to amount and phase position from one automatically compensating complex compensator can be determined. The output values of the Comparators are used together with the information to approximate the two burden voltages necessary position of the comparators evaluated in a computing stage The capacitance value and the loss factor value of the test object are then displayed with the help of this However, this measuring device does not have a differential current transformer and works according to a completely different measuring principle than the measuring bridge described in the introduction. That is, the relatively simple zero indicator possibility does not exist in the invention the object is to improve a measuring bridge of the type specified at the outset in such a way that that they, while enabling a quick and reliable automatic comparison, high measurement accuracy when using a coil with a comparatively small number of turns allowed in the comparison capacitor bridge branch The solution to this problem is specified in claim 1 and can advantageously be further developed according to the subclaims will.

Bei der erfindungsgemäßen Meßbrücke reicht im Vergleichskondensator-Brückenzweig eine Primärwicklung des Differenzstromwandlers mit relativ kleiner Windungszahl aus, mit der eine Grobabstimmung vorgenommen werden kann. Mit Hilfe der dritten Primärwicklung des Differenzstromwandlers kann nun in den Kern des Differenzstromwandlers ein magnetischer Fluß eingespeist werden, der einen wählbaren Bruchteil desjenigen magnetischen Flusses aufweist, der von der im Vergleichskondensator-Brückenzweig liegenden Primärwicklung des Differenzstromwandlers verursacht wird. Je nach dem relativen Wicklungssinn dieser dritten Primärwicklung wird der von ihr erzeugte magnetische Fluß zu dem von der zweiten Primärwicklung erzeugten Fluß addiert oder von diesem subtrahiert Dabei dimensioniert man die dritte Primärwicklung derart, daß der von ihr erzeugte Magnetfluß je nach Einstellung des Abschwächgliedes die gleiche Wirkung hat, als würde der zweiten Primärwicklung eine Windung oder ein einstellbarer Bruchteil einer solchen Windung hinzugefügt bzw. davon weggenommen. In the case of the measuring bridge according to the invention, the comparative capacitor bridge branch is sufficient a primary winding of the differential current transformer with a relatively small number of turns with which a rough adjustment can be made. With the help of the third The primary winding of the differential current transformer can now go into the core of the differential current transformer a magnetic flux can be fed in, which is a selectable fraction of that having magnetic flux from the comparison capacitor bridge arm lying primary winding of the differential current transformer is caused. Depending on the relative direction of winding of this third primary winding is that generated by it magnetic flux added to the flux generated by the second primary winding or subtracted from this The third primary winding is dimensioned in such a way that that the magnetic flux generated by it, depending on the setting of the attenuator has the same effect as if the second primary winding were one turn or one adjustable fraction of such a turn added or removed from it.

Gleiches gilt für die vierte Primärwicklung des Differenzstromwandlers, mittels welcher ebenfalls ein Magnetfluß in dem Kern des Differenzstromwandlers erzeugbar ist, der dem von einer Windung oder nur einem Bruchteil einer Windung der zweiten Primärwicklung erzeugten Magnetfluß entspricht. Da mit dieser vierten Primärwicklung der Verlustwinkel der Kapazität gemessen werden soll, ist dem dieser vierten Primärwicklung zugeordneten Abschwächglied ein 90°-Phasenschieber vorgeschaltet Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, daß in der Maßnahme, eine hinsichtlich der Anzahl der wirksamen Windungen einstellbare Spule dadurch mit einer Genauigkeit einstellen zu können, die nur einem Bruchteil einer Windung dieser Spule entspricht, daß man einen Strom, der dem durch diese Spule fließenden Strom proportional ist, über ein einstellbares Abschwächglied auf eine Hilfsspule gibt, deren Magnetfluß sich zu dem Magnetfluß der Hauptspule addiert oder subtrahiert, eine selbständige, nicht auf die Anwendung in einer Meßbrücke beschränkte Erfindung gesehen wird. The same applies to the fourth primary winding of the residual current transformer, by means of which also a magnetic flux in the core of the differential current transformer can be generated that of a turn or only a fraction of a turn the second primary winding generated magnetic flux corresponds. As with this fourth Primary winding the loss angle of the capacitance is to be measured, is this A 90 ° phase shifter is connected upstream of the fourth primary winding associated attenuator It should be expressly pointed out here that in the measure, a regarding the number of effective turns adjustable coil thereby with an accuracy to be able to set, which corresponds to only a fraction of a turn of this coil, that a current is proportional to the current flowing through this coil, via an adjustable attenuator to an auxiliary coil, whose magnetic flux added to or subtracted from the magnetic flux of the main coil, an independent, The invention is not seen as being restricted to use in a measuring bridge.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßbrücke wird ein Strom, der zu dem durch die zweite Primärwicklung fließenden Strom proportional ist, mit Hilfe eines Übertragers ausgekoppelt, der in Reihe zur zweiten Primärwicklung in den Vergleichskondensator-Brückenzweig geschaltet ist Die Hauptfunktion dieses Übertragers ist die galvanische Trennung zwischen der Hochspannungsseite, zu der die Meßbrücke gehört, und dem Meß-, Steuer- und Einstellteil der Brückenschaltung. Für den Fall, daß der Übertrager nur diesem Zweck der galvanischen Trennung dienen soll, bestimmt man sein Übersetzungsverhältnis vorzugsweise zu 1:1. In a preferred embodiment of the measuring bridge according to the invention becomes a current proportional to the current flowing through the second primary winding is decoupled with the help of a transformer, which is in series with the second primary winding The main function of this is switched into the comparison capacitor bridge arm Transformer is the galvanic separation between the high voltage side to which the measuring bridge belongs, and the measuring, control and setting part of the bridge circuit. In the event that the transformer is only used for this purpose of galvanic isolation should, its gear ratio is preferably set to 1: 1.

Allerdings kann man mit einem anderen Übersetzungsverhältnis gleichzeitig Einfluß auf den Bruchteil des auszukoppelnden Stromes nehmen. However, you can use a different gear ratio at the same time Influence the fraction of the current to be decoupled.

Die beiden Abschwächglieder sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Meßbrücke als einstellbare Spannungsdämpfungsglieder ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist dem Übertrager daher ein Strom/ Spannung-Wandler nachgeschaltet und werden die Ausgangsspannungen der beiden Abschwächglieder auf je einen Spannung/Strom-Wandler gegeben, so daß in die dritte bzw. vierte Primärwicklung des Differenzstromwandlers ein Strom gelangt, der einen Bruchteil des durch die zweite Primärwicklung fließenden Stroms darstellt. The two attenuators are in a preferred embodiment the measuring bridge is designed as an adjustable voltage attenuator. At this Embodiment, the transformer is therefore followed by a current / voltage converter and the output voltages of the two attenuators are each sent to a voltage / current converter given so that in the third or fourth primary winding of the differential current transformer a current arrives which is a fraction of that flowing through the second primary winding Stroms represents.

Um die Meßbrücke für einen großen Meßbereich geeignet zu machen, ist bevorzugterweise die im Prüfkondensator-Brückenzweig enthaltene Primärwicklung des Differenzstromwandlers ebenfalls hinsichtlich ihrer Windungszahl einstellbar. Durch Einstellung der wirksamen Windungszahl dieser ersten Primärwicklung läßt sich der Meßbereich der Meßbrücke wählen. To make the measuring bridge suitable for a large measuring range, is preferably the primary winding contained in the test capacitor bridge arm of the differential current transformer can also be adjusted with regard to the number of turns. By setting the effective number of turns of this first primary winding can select the measuring range of the measuring bridge.

Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßbrücke wird von einem Computer gesteuert und ausgewertet. Dabei sind die einstellbaren Komponenten der Meßbrücke als elektrisch einstellbare Komponenten ausgebildet. So wird beispielsweise die Einstellbarkeit der Windungszahlen der ersten und der zweiten Primärwicklung durch Zu- oder Abschaltung einzelner Windungen oder Windungsgruppen mittels einer entsprechenden Anzahl elektrischer Relais oder genügend leistungsfähiger Halbleiterschalter erreicht. Die Abschwächglieder können als digitalansteuerbare Dämpfungsglieder ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Steuerleitungen zum Steuern der einzelnen einstellbaren Komponenten über einen Steuerbus mit einem Steuerausgang des Computers verbunden. Über diesen Ausgang werden die Einstellungen dann im Zeitmultiplex vorgenommen. The preferred embodiment of the measuring bridge according to the invention is controlled and evaluated by a computer. Here are the adjustable components the measuring bridge is designed as an electrically adjustable component. For example the adjustability of the number of turns of the first and second primary winding by connecting or disconnecting individual turns or groups of turns by means of a corresponding number of electrical relays or sufficiently powerful semiconductor switches achieved. The attenuators can be designed as digitally controllable attenuators be. The control lines for controlling the individual ones are preferably adjustable Components connected to a control output of the computer via a control bus. The settings are then made in time division multiplex via this output.

Durch Anwendung eines geeigneten Iterationsverfahrens kann man erreichen, daß die Meßbrücke vom Computer vollautomatisch auf Abgleich gebracht und somit die Messung der zu messenden Kapazität vollautomatisch durchgeführt wird. Das bevorzugte Iterationsverfahren setzt jedoch eine möglichst lineare Abhängigkeit des von der Indikatorwicklung abgegebenen Stroms von den Brückenströmen voraus. Aus diesem Grund weist der Differenzstromwandler einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßbrücke die sonst übliche magnetische Abschirmung zwischen der Indikatorwicklung und den Primärwicklungen nicht auf. Außerdem wird bei dieser Ausführungsform dafür gesorgt, daß die Indikatorspule mit einer möglichst niedrigen Impedanz belastet wird, vorzugsweise dadurch, daß die Indikatorspule über einen Strom/ Spannung-Wandler, besonders bevorzugt in Form eines entsprechend rückgekoppelten Operationsverstärkers, dessen Eingang für die Indikatorspule eine Lastimpedanz von praktisch 0 Ohm darstellt, an den Nullindikator angeschlossen ist. By using a suitable iteration method, one can achieve that the measuring bridge is automatically adjusted by the computer and thus the Measurement of the capacity to be measured is carried out fully automatically. The preferred one The iteration method, however, sets as linear a dependency as possible on the Indicator winding of the current delivered by the bridge currents ahead. For this reason has the differential current transformer of a preferred embodiment of the invention Measuring bridge the otherwise usual magnetic shielding between the indicator winding and the primary windings. In addition, in this embodiment ensured that the indicator coil is loaded with the lowest possible impedance is, preferably in that the indicator coil via a current / voltage converter, particularly preferred in the form of a correspondingly fed back operational amplifier, whose input for the indicator coil represents a load impedance of practically 0 ohms, is connected to the zero indicator.

Insbesondere zu dem Zweck, bei einem Ausfall oder Fehlverhalten des Computers oder bei Überstrom auf der Primärseite des Differenzstromwandlers eine Überlastung von Komponenten der Meßbrücke zu vermeiden, sind zwei Schutzschütze oder ein Schutzschütz mit zwei Kontakten vorgesehen. Mit einem dieser Schutzschütze ist diejenige Primärwicklung des Differenzstromwandlers überbrückt, die sich in dem Brückenzweig mit dem zu messenden Kondensator befindet Mit dem zweiten Schutzschütz ist die im anderen Brückenzweig befindliche Primärwicklung des Differenzstromwandlers überbrückt bzw. die Reihenschaltung aus dieser Primärwicklung und der Primärspule des Übertragers. Die beiden Schutzschütze sind in Ruhestellung leitend geschaltet. Während des Meßbetriebes erhalten sie von einem im Computer vorgesehenen oder vom Computer gesteuerten Zeitgeber in bestimmten Zeitabständen von vorzugsweise 10 ms Offenhalteimpulse. Solange diese Offenhalteimpulse regelmäßig eintreten, werden die Schütze offengehalten, so daß die Meßbrücke normal funktionieren kann. Im Ausschaltzustand, bei einem Ausfall des Computers oder bei Fehlverhalten des Computers erhalten die Schutzschütze diese Offenhalteimpulse nicht mehr, so daß sie leitend schalten und die genannten Wicklungen kurzschließen. Sowohl der Hochspannungs- als auch der Niederspannungsbereich der Meßbrückenschaltung kann dann nicht mehr mit schädlichen oder gar zerstörerischen Spannungen und/ oder Strömen beaufschlagt werden. In particular for the purpose of failure or malfunction of the Computer or in the event of an overcurrent on the primary side of the residual current transformer Two protective contactors are used to avoid overloading components of the measuring bridge or a protective contactor with two contacts is provided. With one of these protective shooters that primary winding of the differential current transformer is bridged, which is in the bridge branch with the capacitor to be measured is located With the second protective contactor is the primary winding of the differential current transformer located in the other branch of the bridge bridged or the series connection of this primary winding and the primary coil of the transformer. The two protective contactors are switched on in the rest position. During the measuring operation you will receive from or from a computer provided Computer-controlled timer at specific time intervals of preferably 10 ms Hold-open impulses. As long as these hold-open impulses occur regularly the contactors kept open so that the measuring bridge can function normally. When switched off, in the event of a computer failure or malfunction, the Protective contactors no longer protect these hold-open pulses, so that they switch and become conductive short-circuit the windings mentioned. Both the high voltage and the low voltage range the measuring bridge circuit can then no longer deal with harmful or even destructive Voltages and / or currents are applied.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. The invention will now be referenced by way of an embodiment explained in more detail on the drawing.

Die in der Figur dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßbrücke weist einen Hochspannungsteil und einen Niederspannungsteil auf. Die Grenze zwischen beiden verläuft an einem Differenzstromwandler DW, der auf einem Kern eine erste Primärwicklung N1, eine zweite Primärwicklung N2, eine dritte Primärwicklung N3 und eine vierte Primärwicklung N4 und eine sekundärseitige Indikatorwicklung Ni aufweist. The embodiment shown in the figure of an inventive The measuring bridge has a high-voltage part and a low-voltage part. The border between the two runs on a differential current transformer DW, which is on a core a first primary winding N1, a second primary winding N2, a third primary winding N3 and a fourth primary winding N4 and a secondary-side indicator winding Ni has.

Die erste Primärwicklung N1 bildet in Reihenschaltung mit der zu prüfenden Kapazität Cx einen ersten Brückenzweig einer Brückenschaltung. Die zweite Primärwicklung N2 bildet in Reihenschaltung mit einem als Standard dienenden Vergleichskondensator CN und der Primärwicklung eines Übertragers CT einen zweiten Brückenzweig der Brückenschaltung. In der Brükkendiagonalen befindet sich ein Testspannungsgenerator UTEST, der eine Wechselspannung beispielsweise der Frequenz 50 Hz, 60 Hz oder auch höher abgibt. The first primary winding N1 is connected in series with the to testing capacitance Cx a first bridge branch of a bridge circuit. The second Primary winding N2 is connected in series with a comparison capacitor serving as a standard CN and the primary winding of a transformer CT a second bridge branch of the bridge circuit. In the bridge diagonal there is a test voltage generator UTEST, which is a AC voltage emits, for example, the frequency 50 Hz, 60 Hz or even higher.

Die erste Primärwicklung N 1 und die zweite Primärwicklung N2 sind hinsichtlich ihrer wirksamen Windungszahl variabel einstellbar. The first primary winding N 1 and the second primary winding N2 are variably adjustable with regard to their effective number of turns.

An die Indikatorspule Ni ist ein Nullindikator NI angeschlossen, der einen Strom/Spannung-Wandler in Form eines rückgekoppelten Operationsverstärkers mit einem Eingangswiderstand von nahezu 0 Ohm umfaßt. A zero indicator NI is connected to the indicator coil Ni, the one current / voltage converter in the form of a feedback operational amplifier with an input resistance of almost 0 ohms included.

Der Ausgang des Nullindikators ist auf einen Eingang eines Analog/Digital-Wandlers geführt, der Teil eines Computers jtC ist oder einem Meßdateneingang dieses Computers µC vorgeschaltet ist.The output of the zero indicator is on an input of an analog / digital converter out, which is part of a computer jtC or a measurement data input of this computer µC is connected upstream.

Der Differenzstromwandler DWweist die bei solchen Meßbrücken sonst übliche magnetische Abschirmung zwischen der sekundärseitigen Indikatorwicklung Ni und den Primärwicklungen N1, N2, N3 und N4 nicht auf. The differential current transformer DW shows the otherwise with such measuring bridges Usual magnetic shielding between the secondary indicator winding Ni and the primary windings N1, N2, N3 and N4 do not appear.

An die Sekundärwicklung des Übertragers CTist ein Strom/Spannung-Wandler angeschlossen, an dessen Ausgang einerseits der Eingang eines ersten digital einstellbaren Dämpfungsgliedes α und andererseits der Eingang eines 90° -Phasenschiebers PS angeschlossen ist. An den Ausgang des Phasenschiebers PS ist der Eingang eines zweiten digitalsteuerbaren Dämpfungsgliedes ß angeschlossen. Sowohl dem ersten als auch dem zweiten Dämpfungsglied a bzw. ß ist ein Spannung/Strom-Wandler zugeordnet. Die Ausgänge dieser beiden Spannung/Strom-Wandler sind an die dritte Primärwicklung N4 bzw. die vierte Primärwicklung N3 des Differenzstromwandlers DWangeschlossen. A current / voltage converter is connected to the secondary winding of the transformer CT connected, at the output of which on the one hand the input of a first digitally adjustable Attenuator α and on the other hand the input of a 90 ° phase shifter PS is connected. At the output of the phase shifter PS is the input of one second digitally controllable attenuator ß connected. Both the first and A voltage / current converter is also assigned to the second attenuator a or β. The outputs of these two voltage / current converters are to the third primary winding N4 or the fourth primary winding N3 of the differential current transformer DW connected.

Der Ausgang des Phasenschiebers PS ist außerdem auf einen Referenzspannungseingang des Analog/Digital-Wandlers A/D geführt Zwischen den Verbindungspunkt A zwischen der zu messenden Kapazität CX und der ersten Primärwicklung N1 und den unteren Verbindungspunkt V zwischen der Brückendiagonale und den beiden Brücken- zweigen ist ein erstes Schutzschütz Si geschaltet Ein zweites Schutzschütz S2 befindet sich zwischen diesem Verbindungspunkt V und einem Verbindungspunkt B zwischen dem Vergleichskondensator CNund der zweiten Primärwicklung N2. Beide Schütze S1 und S2 oder alternativ ein Schütz mit zwei Kontakten sind in Ruhestellung leitend geschaltet, d. h., überbrücken die erste Primärwicklung N1 bzw. die Reihenschaltung aus der zweiten Primärwicklung N2 und der Primärspule des Übertragers CT. Beide Scutzschütze S1 und S2 können dadurch offen, d.h., in nicht-leitenden Zustand gehalten werden, daß ihnen in bestimmten Zeitintervallen von vorzugsweise 10 ms Offenhalteimpulse zugeführt werden. The output of the phase shifter PS is also connected to a reference voltage input of the analog / digital converter A / D guided between the connection point A between the capacitance to be measured CX and the first primary winding N1 and the lower connection point V between the bridge diagonal and the two bridge branches a first protective contactor Si is connected. A second protective contactor S2 is located between this connection point V and a connection point B between the comparison capacitor CN and the second primary winding N2. Both contactors S1 and S2 or alternatively one Contactors with two contacts are switched on in the rest position, i. i.e., bridge the first primary winding N1 or the series connection of the second primary winding N2 and the primary coil of the transformer CT. Both protection contactors S1 and S2 can thereby open, i.e., kept in a non-conductive state, that they are in certain Time intervals of preferably 10 ms hold-open pulses are supplied.

Die vier Steuerleitungen für die Einstellung der Windungszahl der ersten Primärwicklung N1, die Einstellung der Windungszahl der zweiten Primärwicklung N2 und die Einstellung der beiden Dämpfungsglieder α und ß sind mit einem Steurebus SB verbunden, der zu einem Steuerausgang STA des Computers µC führt. The four control lines for setting the number of turns of the first primary winding N1, setting the number of turns of the second primary winding N2 and the setting of the two attenuators α and ß are with one Steurebus SB connected, which leads to a control output STA of the computer µC.

An den Computer µC sind außerdem ein Tastenfeld TF, ein Anzeigeterminal AT und beispielsweise ein Drucker oder eine Datenverarbeitungsanlage angeschlossen. A keyboard TF, a display terminal, is also attached to the computer µC AT and, for example, a printer or a data processing system connected.

Ein Meßvorgang mit der beschriebenen Meßbrücke läuft folgendermaßen ab: Durch das Einschalten der Meßanlage veranlaßt der Computer µC einen Zeitgeber zur Abgabe der Offenhalteimpulse an die beiden Schutzschütze S1 und S2. A measuring process with the measuring bridge described runs as follows from: When the measuring system is switched on, the computer µC initiates a timer to deliver the hold-open impulses to the two protective contactors S1 and S2.

Diese öffnen daraufhin in den nicht-leitenden Zustand, so daß die Meßbrückenschaltung meßbereit ist. Dann wird anhand einer ersten Messung festgestellt, ob die Windungszahl der Primärwicklung N 1 auf einen für die jeweilige Messung geeigneten Meßbereich eingestellt ist Nach der Auswahl eines geeigneten Meßbereichs wird dann nach einem vorgegebenen Programm ein bestimmtes Iterationsverfahren zur Nullpunktbestimmung, d. h. zum Abgleich der Brücke, durchgeführt Die Meßbrücke ist dann abgestimmt, wenn das Ausgangssignal des Nullindikators NI auf null gebracht worden ist.These then open into the non-conductive state, so that the Measuring bridge circuit is ready to measure. A first measurement is then used to determine whether the number of turns of the primary winding N 1 is suitable for the respective measurement Measuring range is set. After selecting a suitable measuring range, a specific iteration method for determining the zero point according to a specified program, d. H. for balancing the bridge, carried out The measuring bridge is then adjusted when the output of the zero indicator NI has been brought to zero.

Ist #CX der von der ersten Primärwicklung N1 erzeugte Magnatfluß, ICX der durch die Primärwicklung N1 einfließende Strom, nl die jeweils wirksame Windungszahl der PrimärspuleNi, #CN der von den restlichen Primärwindungen N2, N3 und N4 erzeugte Magnetfluß, ICN der durch die zweite Primärspule N2 fließende Strom, K eine Koppelungskonstante, α der Dämpfungsfaktor des Abschwächungsgliedes bzw. Dämpfungsgliedes α, der Dämpfungsfaktor des Dämpfungsgliedes bzw. If #CX is the Magnat flux generated by the first primary winding N1, ICX is the current flowing through the primary winding N1, nl the current that is effective in each case Number of turns of the primary coil Ni, #CN that of the remaining primary turns N2, N3 and N4 generated magnetic flux, ICN the current flowing through the second primary coil N2, K is a coupling constant, α the damping factor of the attenuator or attenuator α, the damping factor of the attenuator or

Abschwächgliedes ß, dann erzeugt der Strom ICX durch die unbekannte Kapazität Cxmit dem Verlustfaktor tan Aden Magnetfluß Ocx=icx11i (1) Der Strom ICN durch den Vergleichskondensator CN erzeugt einen Magnetfluß #CN = ICN x n2 + ICN x K(α x n4 + jß x n3) (2) In den an die Indikatorwicklung Ni angeschlossenen Strom/Spannung-Wandler fließt ein Strom Dabei ist ni die Windungszahl der Indikatorwicklung Ni.Attenuator ß, then the current ICX through the unknown capacitance Cx with the loss factor tan A generates the magnetic flux Ocx = icx11i (1) The current ICN through the comparison capacitor CN generates a magnetic flux #CN = ICN x n2 + ICN x K (α x n4 + jß x n3) (2) A current flows into the current / voltage converter connected to the indicator winding Ni Here, ni is the number of turns of the indicator winding Ni.

Die diesem Strom analoge Ausgangsspannung des Strom/Spannung-Wandlers wird vom Computer µC ausgewertet, der dann auf der Grundlage des gemessenen Wertes die Windungszahl der zweiten Primärwicklung N2 und die Dämpfungsfaktoren a und ß so lange variiert, bis Il mindestens annähernd 0 ist. Die Windungszahlvariation der zweiten Primärwicklung N2 entspricht dabei dem Abgleich des imaginären Teils von #CX und die Einstellung ß entspricht dem reellen Anteil von #CX. The output voltage of the current / voltage converter that is analogous to this current is evaluated by the computer µC, which is then based on the measured value the number of turns of the second primary winding N2 and the damping factors a and ß varies until Il is at least approximately 0. The number of turns variation the second primary winding N2 corresponds to the adjustment of the imaginary part of #CX and the setting ß corresponds to the real part of #CX.

Damit die gewünschte Genauigkeit des Meßgeräts erreicht werden kann, muß die Auflösung, die man mit der zweiten Primärwicklung N2 erreichen kann, mindestens fünf Dekaden sein. Wäre die kleinste Einheit eine Windung, so wäre eine Windungszahl von 100 000 erforderlich, was aus praktischen Gründen nicht realisierbar ist. Auch die bei älteren Meßbrücken gewählte Realisierung dieser Auflösung durch Widerstandsteiler weist erhebliche Nachteile auf. So that the desired accuracy of the measuring device can be achieved, the resolution that can be achieved with the second primary winding N2 must be at least be five decades. If the smallest unit were a turn, then there would be a number of turns of 100,000 is required, which is not feasible for practical reasons. Even the implementation of this resolution by means of resistance dividers, which was chosen for older measuring bridges has significant disadvantages.

Zum Erhalt dieser Auflösung sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung drei Dekaden direkt mit der zweiten Primärwicklung N2 einstellbar (1.. .999). Die beiden anderen Dekaden sind dadurch realisiert, daß der dem Strom ICN betrags- und phasengetreue Strom mit Hilfe des Dämpfungsgliedes α und ein dem Strom ICN betragsgetreuer, aber um 90°-phasenverschobener Strom mit Hilfe des Dämpfungsgliedes ß varllert wird und diese Ströme der dritten bzw. vierten Primärwicklung N4 bzw. N3 des Differenzstromwandlers DW zugeführt werden. Dies entspricht einer Einstellung von Bruchteilen von einer Windung von N2 mit einer Einstellauflösung von # 1 0/00. To obtain this resolution are in a preferred embodiment of the present invention three decades directly to the second primary winding N2 adjustable (1 ... 999). The other two decades are realized in that the current which is accurate in magnitude and phase to the current ICN with the help of the attenuator α and a current which is true to the absolute value of the current ICN but is phase shifted by 90 ° with the help of the attenuator ß is varied and these currents of the third resp. fourth primary winding N4 or N3 of the differential current transformer DW are supplied. This is equivalent to setting fractions of a turn of N2 with one Setting resolution of # 1 0/00.

- Leerseite -- blank page -

Claims

Claims: 1. Capacity and loss factor measuring bridge, with a differential current transformer (DW), with a first bridge branch, which is a series connection from the capacitance to be measured (Cx) and a first primary winding (N1) of the differential current transformer (DW) has, with a second bridge branch, which is a series connection of a Comparative capacitance (CN) and a variable with regard to the number of turns, second primary winding (N2) of the differential current transformer (DW), with a Test voltage source (UTEST), which is connected to the bridge diagonal, and with a secondary indicator winding (Ni) of the differential current transformer (DW), the is connected to a zero indicator (NI), characterized in that the differential current transformer (DW) is provided with a third primary winding (N4), which is adjustable via a first Attenuator (α) is fed with a current that corresponds to the second Primary winding (N2) flowing current (ICN) is proportional and an adjustable Represents a fraction of this current (ICN), and that the residual current transformer (DW) is provided with a fourth primary winding (N3) which is connected in series from a 90 ° phase shifter (PS) and a second, adjustable attenuator (ß) is fed with a current equal to that flowing through the second primary winding (N2) Current (ICN) is proportional and an adjustable fraction rotated by 90 ° of this current (ICN).

2. measuring bridge according to claim 1, characterized in that in the second bridge arm in series with the second primary winding (N2) the primary coil of a transformer (CT) is connected, the secondary winding of which is the input of the first Attenuator (a) and the input of the second attenuator (ß) upstream Phase shifter (PS) feeds.

3. measuring bridge according to claim 2, characterized in that the transformer (CT) has a gear ratio of 1: 1.

4. measuring bridge according to claim 2 or 3, characterized in that the first (α) and the second (ß) attenuator as stress attenuators are designed, each of which is followed by a voltage / current converter, and that the transformer (CT) is followed by a current / voltage converter (CV), the output of which with the input of the first attenuator (a) and also with the input of the dem second attenuator (ß) upstream phase shifter (PS) is connected.

5. measuring bridge according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the first primary winding (N1) of the differential current transformer (DW) with regard to the Number of turns is adjustable.

6. measuring bridge according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the second primary winding (N2) and possibly also the first primary winding (N1) as well as the first (α) and the second (ß) attenuator by electrical Control are changeable.

7. measuring bridge according to claim 6, characterized in that when assigned a voltage / current converter to the first (a) and / or to the second (ß) attenuator this voltage / current converter can also be changed by electrical control.

8. measuring bridge according to claim 6 or 7, characterized in that the setting of the changeable components by electrical control from one Computer (MC) can be controlled to which the output signal via an analog / digital converter (A / D) the zero indicator (NI) and a reference voltage from the output of the phase shifter (PS) (UREF) are ZU-feasible and with the an iteration process an automatic Bridge adjustment and thus an automatic measurement of the capacity to be measured can be carried out is.

9. measuring bridge according to claim 8, characterized in that the control lines for the electrical control of the second (N2) and the first (N1) primary winding and the first (a) and the second (β) attenuator for the purpose of multiplexing are connected to a control output of the computer (µP) via a control bus (SB).

10. measuring bridge according to claim 8 or 9, characterized in that the first primary winding (N 1) through a first protective contactor (51) and the second Primary winding (N2) or the series connection of the second primary winding (N2) and the primary coil of the transformer (CT) bridged by a second protective contactor (52) and that a timer provided in the computer (µC) or controlled by it at short intervals of preferably 10 ms hold-open impulses to the protective contactors (51, S2) supplies, in the absence of these hold-open pulses in the short-circuiting Skip switching status.

11. Measuring bridge according to ClaimlO, characterized in that a single one Contactor with two contacts is provided.

12. Measuring bridge according to one of claims 1 to 11, characterized in that that the differential current transformer (DW) without magnetic shielding between the indicator winding (Ni) and the primary windings (N 1, N2, N3, N4) is formed.

13. Measuring bridge according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the zero indicator (NI) connected to the output of the indicator winding (Ni) has very low input impedance.

14. Measuring bridge according to claim 13, characterized in that the dem Zero indicator (NI) associated current / voltage converter has an input impedance of is close to zero ohms.

15. Measuring bridge according to one of claims 1 to 14, characterized in that that at the output of the indicator winding (Ni) a zero indicator with amount and Phase shift evaluation connected to a reference voltage (Uret) and the evaluation result can be displayed.

The invention relates to a capacitance and loss factor measuring bridge according to the preamble of claim 1.

Such a measuring bridge is known from CH-PS 5 18554. One A very similar measuring bridge is described in US Pat. No. 3,579,101.