DE3339496C1

DE3339496C1 - Zusatzschaltung zu einem Meßwandler

Info

Publication number: DE3339496C1
Application number: DE19833339496
Authority: DE
Inventors: Mathis Dipl.-El.-Ing. ETH Baar Halder
Original assignee: Landis and Gyr AG; LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG; Landis and Gyr AG
Priority date: 1983-10-10
Filing date: 1983-10-31
Publication date: 1985-04-11
Also published as: CH660798A5

Description

Beschreibung
Ein umschaltbarer Meßwandler 1 besteht aus einem eigentlichen Meßwandler 2, nachfolgend nur mehr kurz Meßwandler 2 genannt, und mehreren Schaltkontakten.
Der Meßwandler 2 besitzt eine mehrere Anzapfungen aufweisende Primärwicklung 2a und eine Sekundärwicklung 2b. In der Zeichnung wurde die Anwesenheit von drei Anzapfungen A. B und C angenommen, denen jeweils einer der in diesem Fall drei Schaltkontakte 3a.
4a und 5a des umschaltbaren Meßwandlers 1 zugeordnet ist. Die Primärwicklung 2a ist somit umschaltbar zwecks Spannungsanpassung an den Pegel einer zu messenden Eingangsspannung um, wobei jeweils nur einer der Schaltkontakte 3a, 4a oder 5a geschlossen ist.
Die Schaltkontakte 3a, 4a und 5a gehören zu je einem Schalter, der jeweils noch einen Hilfsschaltkontakt 3b, 4b oder 5b besitzt. Die Ansteuerung der Schalter 3a: 3b.
4a; 4b und 5a; Sb ist an sich bekannt und daher nicht dargestellt. Alle Schalt- und Hilfsschaltkontakte 3a. 3b.
4a, 4b, 5a und 5b sind normale anspruchslose elektromechanische oder elektronische Schaltkontakte.
Jede Anzapfung A, B und C ist einerseits über ihren zugehörigen Hilfsschaltkontakt 3b, 4b oder 5b mit dem ersten Pol K des Eingangs einer Rückkopplungsschaltung 6 und andererseits über seinen zugehörigen Schaltkontakt 3a, 4a oder Sa mit dem ersten Pol M des Ausgangs der Rückkopplungsschaltung 6 verbunden. Diese besteht mindestens aus einem Transformator, besser jedoch aus einem Eingangstransformator 7. der direkt oder über einen Verstärker 8 mit einem Ausgangstransformator 9 in Kaskade geschaltet ist. Beide Transformatoren 7 und 9 besitzen je eine Primär- und je eine Sekundärwicklung. Die Primärwicklung des Eingangstransformators 7 bildet den Eingang KL und die Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 9 den Ausgang MN der Rückkopplungsschaltung 6. Die zweiten Pole L und Ndieses Eingangs bzw. Ausgangs sind miteinander und mit dem ersten Pol der zu messenden Eingangsspannung Uj verbunden, während der zweite Pol der zu messenden Eingangsspannung ui auf den Spannungsbezugspunkt D der Primärwicklung 2a des Meßwandlers 2 geführt ist. Der Anschluß der Sekundärwicklung des Au.sgallgstrallsformators 9 erfolgt derart, daß die Ausg.ll1g.sspannung u, der Rückkopplungsschaltung 6 mit der zu messenden Eingangsspannung ui derart verknüpft ist, daß diese um den Wert der Ausgangsspannung u< vergrößert wird.
Funktionsbeschreibung Die zu messende Eingangsspannung ui liegt - verstärkt um die von der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugte Ausgangsspannung u0 - über einen einzigen geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a und der dazugehörigen Anzapfung A, B oder C der Primärwicklung 2a am Eingang des Meßwandlers 2. Bei Abwesenheit der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugt der Primärstrom des Meßwandlers 2 über den geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a einen nicht vernächlässigbar kleinen Spannungsabfall, der als Ungenauigkeit die Messung des Meßwandlers 2 verfälscht. Bei Vorhandensein der Rückkopplungsschaltung 6 entsteht noch eine zusätzliche Ungenauigkeit durch den Spannungsabfall, der durch die zu messende Eingangsspannung ui in der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugt wird. Die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung 6 besteht mindestens aus dem dem Eingang K;L über den einzigen geschlossenen Hilfskonakt 3b, 4b oder 5b zugeführten Spannungsabfall über den geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a. Besser jedoch ist es, daß, wie in der F i g. 1 dargestellt, diese Eingangsspannung noch zusätzlich den in der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung 6 erzeugten Spannungsabfall enthält und somit aus der Summe beider Spannungsabfälle besteht, da in diesem Fall diese Summe, die ja die Meßungenauigkeit verursacht, voll kompensiert wird. Die Einangsspannung der Rückkopplungsschaltung 6 wird im Eingangstransformator 7, im Verstärker 8 und im Ausgangstransformator 9 spannungsmäßig verstärkt und anschließend mit der richtigen Polarität als Ausgangsspannung u0 im Hauptmeßkreis wieder eingekoppelt. so daß der bzw. beide die Meßungenauigkeit verursachenden Spannungsabfälle kompensiert werden. Der Eingangs- und der Ausgangstransformator 7 und 9 dienen zusätzlich noch der galvanischen Trennung zwischen dem Hauptmeßkreis und dem Verstärker 8. Bei einer galvanisch entkoppelten Speisung des Verstärkers 8 kann ein Transformator oder können beidc Transformatoren entfallen.
Da der Eingangswiderstand des Verstärkers 8 sehr groß, das heißt theoretisch unendlich ist, fließt praktisch kein Strom in der Primärwicklung des Eingangstransformators 7 und damit auch nicht in dem einzigen geschlossenen Hilfsschaltkontakt 3b, 4b oder 5b. In diesem Hilfsschaltkontakt entsteht somit kein Spannungsabfall, so daß der volle Spannungsabfall über dem einzigen geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a bzw. der volle Spannungsabfall über der aus der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung 6 und dem einzigen geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a bestehenden Reihenschaltung am Eingang K;L der Rückkopplungsschaltung 6 ansteht. Der Wert der Eingangs- oder der Ausgangsspannung der letzteren ist ein Maß für den verbleibenden Restfehler. Diese Spannungen können daher zur Fehlertoleranz-Überwachung verwendet werden und - falls ein gewisser Pegel überschritten wird - eine Alarmmeldung auslösen.
Der Verstärker 8 ist ein beliebiger, mit oder ohne Rückkopplung versehener Verstärker, der z. B. als bekannter invertierender oder nichtinvertierender Verstärker mittels eines Operationsverstärkers geh;ut ist. Die Rückkopplung, falls vorhanden, kann z. B. mit Hilfe einer zusätzlichen nicht dargestellten dritten Spule des Ausgangstransformators 9 realisiert werden, wobei entweder die Ansteuerung des Verstärkers 8 über die dritte Spule erfolgt oder die dritte Spule als Rückkopplungsimpedanz zwischen dem Ausgang und einem Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist. Im letzten Fall bildet der andere Eingang des Operationsverstärkers den Eingang des Verstärkers 8.
Zahlenbeispiel Der Übergangswiderstand des geschlossenen Schaltkontaktes 3a, 4a oder 5a sei 300 mR, der Primärstrom des Meßwandlers 2 200 mA und die zu messende Eingangsspannung ui 60 V.
Der Spannungsabfall ux über dem geschlossenen Schaltkontakt 3a, 4a oder 5a beträgt: 0,3 0,2=0,06 V.
Ohne Kompensation ist der relative Meßfehler 0,06 V/60 V=0,1%.
Mit einer Kompensation gilt für den Restfehler du.
gemäß dem bekannten Rückkopplungsgesetz, folgende Gleichung: mit Nl, N2, N3 und N4 stellen dabei jeweils die Windungszahlen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Eingangstransformators 7 und des Ausgangstransformators 9 dar. Vist die Spannungsverstärkung des Verstärkers 8.
Der relative Meßfehler mit vorhandener Kompensation ist somit nur mehr 60 ti V/60 V=10-4 °/0.
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Claims

Patentansprüche: 1. Zusatzschaltung zu einem Meßwandler, dessen Primärwicklung mittels Schaltkontakten umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Rückkopplungs-Schaltung (6) enthält, die derart zwischen einer zu messenden Eingangsspannung (ui) und dem umschaltbaren Meßwandler(1) geschaltet ist, daß die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus dem Spannungsabfall über demjenigen Schaltkontakt (3a, 4a, 5a) besteht, der als einziger geschlossen ist, und daß die Ausgangsspannung (uO) der Rückkopplungsschaltung (6) derart mit der zu messenden Eingangsspannung (ui) verknüpft ist, daß diese um den Wert der Ausgangsspannung (uO) vergrößert ist 2. Zusatzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie pro Schaltkontakt (3a, 4a, 5a) je einen Hilfsschaltkontakt (3b, 4b, 5b) enthält, der jeweils zwischen einer zugehörigen Anzapfung (A, B oder C) der Primärwicklung (2a) und einem gemeinsamen Pol des Eingangs der Rückkopplungsschaltung(6) geschaltet ist.

3. Zusatzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung der Rückkopplungsschaltung (6) noch zusätzlich den durch die zu messende Eingangsspannung (ui) in der Ausgangsimpedanz der Rückkopplungsschaltung (6) erzeugten Spannungsabfall enthält.

4. Zusatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus einem Transformator(7 oder 9) besteht.

5. Zusatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus einem Eingangstransformator (7) und einem Ausgangstransformator (9) besteht, die beide in Kaskade geschaltet sind.

6. Zusatzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangstransformator (7) über einen Verstärker (8) mit dem Ausgangstransformator (9) in Kaskade geschaltet ist.

7. Zusatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (6) mindestens aus einem Verstärker (8) besteht.

8. Zusatzschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (8) mit einem Eingangstransformator (7) oder einem Ausgangstransformator (9) in Kaskade geschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzschaltung zu einem Meßwandler, dessen Primärwicklung mittels Schaltkontakten umschaltbar ist Sie dient der Erhöhung der Meßgenauigkeit des Meßwandlers.

Es ist bereits bekannt (Höft in »Elektrische Kontakte«, Seiten 118-121), zur Verkleinerung des Spannungsabfalls in geschlossenen Schaltkontakten und damit zur Verbesserung der Meßgenauigkeit von umschaltbaren Meßwandlern mehrere parallelgeschaltete tcurc Goldkontakte zu verwenden und so den Übergangswiderstand der geschlossenen Schaltkontakte zu reduzieren.

Es ist ebenfalls bekannt (Tietze und Schenk in »Advanced Electronic Circuits« 1978, Seiten 442-445). zur Verkleinerung des Spannungsabfalls in den geschlossenen Schaltkontakten Spannungsfolger einzusetzen. deren Ausgänge auf Anzapfung der Primärwicklung geführt sind. Die Schaltkontakte sind dann an die hochohmigen Eingänge der Spannungsfolger angeschlossen. so daß nur mehr ein kleiner, praktisch vernachlässigbarer Strom in den Schaltkontakten fließt. Dies bedingt eine Vielzahl von Spannungsfolgern mit hoher Ausgangsspannung und großem Leistungsverbrauch sowie mit nicht vernachlässigbarer »Offset«-Spannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. eine Schaltung der eingangs genannten Gattung zur Kompensation des Spannungsabfalls in den Schaltkontakten zu schaffen, die ohne teure Goldkontakte und ohne hohe Leistung verbrauchende Spannungsfolger auskommt und eine Fehlertoleranz-Überwachung und nachfolgende Alarmmeldung ermöglicht.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen der Erfindung beansprucht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild eines umschaltbaren Meßwandlers mit kompensiertem Spannungsabfall.