DE3704221A1 - Schaltungsanordnung zur potentialfreien gleichstrommessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur potential­ freien Gleichstrommessung, insbesondere zur Reststrommessung hochkapazitiver Elektrolytkondensatoren.

Aus der DE 29 03 893 A1 ist ein Verfahren zur Reststrommessung von Elektrolytkondensatoren bekannt, für dessen Durchführung nur kurze Zeit beansprucht wird. Voraussetzung für eine aussa­ gekräftige Messung ist hierbei eine niedrige Zeitkonstante = RC im Meßkreis. Ist die Bedingung der niedrigen Zeitkonstan­ te nicht erfüllt, führen geringste Änderungen im Meßkreis zu Einschwingvorgängen, die länger sind, als die zur Verfügung stehende Meßzeit. Da der Kathodenanschluß der Prüflinge in der Regel gemeinsames Potential hat, muß die Auswerteschaltung mit der zugehörigen Stromversorgung "schwimmend" aufgebaut sein, was im praktischen Betrieb bei Kurzschlüssen der Prüflinge bzw. bei Durchschlägen, während die Prüflinge auf die Auswerteschal­ tung geschaltet sind, zu Störungen führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur potentialfreien Gleichstrommessung, insbesondere zur Reststrom­ messung hochkapazitiver Elektrolytkondensatoren anzugeben, die eine vollständige Isolation zwischen Lade- und Auswerteschaltung aufweist und bei der eine Begrenzung der in die Auswerteschal­ tung eingekoppelten Energie vorliegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie ei­ nen Ringbandkern mit weitestgehend rechteckförmiger Hysterese aufweist, der eine Primär- und eine Sekundärwicklung besitzt, daß der Meßstrom an die Primärwicklung gelegt ist, daß die Se­ kundärwicklung mit einem dreieckförmigen Wechselstrom beauf­ schlagt wird, und daß sie eine Auswerteschaltung aufweist, die das Tastverhältnis einer Rechteckspannung bewertet, die durch Spannungsimpulse erzeugt wird, die bei Änderung der Polarität des Kerns in den Wicklungen induziert werden.

Der Gegenstand der Erfindung und seine Vorteile werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer bekannten Meßeinrichtung,

Fig. 2 die Hysterese eines Ringbandkerns,

Fig. 3 den Strom/Spannungsverlauf in Primär- und Sekundärwick­ lung bei Meßstrom = 0,

Fig. 4 den Strom/Spannungsverlauf in Primär- und Sekundärwick­ lung bei von 0 verschiedenem Meßstrom und

Fig. 5 die Schaltungsanordnung eines Reststrommeßverstärkers.

In der Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau bekannter Meßeinrich­ tungen dargestellt. Die Prüflinge C _{x 1} bis C _xn werden in einer Ladeschaltung L über Strombegrenzungen SB ₁ bis SB _n durch eine Meßspannung U _Meß aufgeladen. Die Meßspannung U _Meß richtet sich nach der Nennspannung der Prüflinge C _{x 1} bis C _xn und be­ trägt 3 bis 450 V =. Die Strombegrenzung garantiert z.B. einen Mindestwiderstand R _min = 1 Ohm und einen Maximalstrom I _max = 0,2 A. Die Ladeschaltung L weist ferner Umschalter S ₁ bis S _n auf, die die Prüflinge wahlweise auf die Ladeschaltung L bzw. die Auswerteschaltung A legt. Der Meßkreis erfordert mög­ lichst niedrige ohmsche und induktive Widerstände, um eine niedrige Zeitkonstante zu gewährleisten. Ist die Bedingung der niedrigen Zeitkonstante nicht erfüllt, führen geringste Änderun­ gen im Meßkreis (U _Meß, Prüfling, Kontaktwiderstand usw.) zu Einschwingvorgängen, die länger sind, als die zur Verfügung stehende Meßzeit. Die Eingangsstufe der Auswerteschaltung A ist mit einem Differenzverstärker V beschaltet, der als I/U- Wandler dient. Da der Katodenanschluß der Prüflinge C _{x 1} bis C _xn gemeinsames Potential aufweist, ist die Auswerteschaltung A mit der zugehörigen Stromversorgung "schwimmend" aufgebaut. Dies führt, wie bereits erwähnt, dazu, daß im praktischen Be­ trieb, während die Prüflinge auf die Auswerteschaltung A ge­ schaltet sind, bei Kurzschlüssen der Prüflinge bzw. bei Durch­ schlägen Störungen auftreten.

Der Meßbereich für die Restströme kann mit dem veränderbaren Widerstand R _r z.B. im Bereich 1 µA bis 10 mA eingestellt werden. Am Ausgang der Auswerteschaltung A liegt eine Ausgangsspannung U _A die ein Maß für den Reststrom darstellt.

In der Fig. 2 ist die Hysterese eines Werkstoffes mit Rechteck­ schleife dargestellt, der sich durch hohe Remanenz B und kleine Koerzitivfeldstärke H auszeichnet. Ringbandkerne mit derartigen Kennlinien werden in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Meßfühler verwendet. Dabei fließt in der Primärwicklung der Meßstrom, während die Sekundärwicklung mit einem dreieckförmigen Wechselstrom beaufschlagt wird.

In der Fig. 3 ist der Strom/Spannungsverlauf in den Wicklungen des Ringbandkernes dargestellt. Jedesmal, wenn durch den Dreiecksstrom der Betrag der Koerzitivfeldstärke ± H _K über­ schritten wird, ändert der Kern die Polarität seiner Magneti­ sierung, wodurch in den Wicklungen jeweils ein kurzer Span­ nungsimpuls entsprechender Polarität induziert wird. In der Fig. 3 sind dabei die Verhältnisse ohne überlagerte Gleichfeld­ stärke, d.h. bei Meßstrom = 0 dargestellt. Die zeitlichen Abstände zwischen positivem und negativem Spannungsimpuls sind jeweils gleichgroß.

In der Fig. 4 sind die Verhältnisse bei positivem Meßstrom dar­ gestellt. Da eine Gleichfeldstärke vorhanden ist, verschiebt sich der zeitliche Abstand zwischen positiven und negativen Spannungsimpulsen. Diese zeitliche Verschiebung ist direkt proportional der vorhanden Gleichfeldstärke. In einer Auswer­ teschaltung wird nun das Tastverhältnis einer Rechteckspannung bewertet, die mit Hilfe der Spannungsimpule erzeugt wird.

In der Fig. 5 ist die Schaltungsanordnung eines Reststrom-Meß­ verstärkers dargestellt, der einen Ringbandkern K mit Primär- Pr und Sekundär-Wicklung Se besitzt. An die Primärwicklung Pr ist der Meßstrom I _Meß gelegt.

Die Schaltungsanordnung besitzt eine erste Teilschaltung I, die im wesentlichen aus zwei hintereinander geschalteten Verstär­ kern V 1, V 2 besteht und an deren Ausgang 1 eine dreieckförmige Wechselspannung erscheint.

Diese Wechselspannung wird über ein RC-Glied einerseits der Sekundärwicklung Se des Ringbandkerns K und andererseits einem weiteren Verstärker V 3 zugeführt. Der andere Pol der Sekundär­ wicklung Se ist mit dem Ausgang des Verstärkers V 3 verbunden, so daß im Punkt 2 die induzierten Spannungsimpulse eingekoppelt werden. Diese werden nun einer weiteren Teilschaltung II zuge­ führt, die wieder im wesentlichen zwei Verstärker V 4, V 5 auf­ weist, und in der eine den Spannungsimpulsen entsprechende Rechteckspannung erzeugt wird, deren Tastverhältnis als Maß für den Reststrom bewertet wird.

Die Ausgangsspannung U _A ist somit proportional dem eingekoppel­ ten Reststrom. Mit dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungs­ beispiel erhält man beispielsweise bei einem Reststrom von 1000 µA eine Ausgangsspannung U _A von 287 mV. Diese Ausgangs­ spannung U _A ist linear abhängig vom Reststrom, so daß z.B. bei Restströmen von 10 mA eine Ausgangsspannung von 2870 mV und bei Restströmen von 100 µA von 28,7 mV erhalten wird.

Der geschilderte Reststromverstärker gewährleistet somit eine vollständige Isolation zwischen Lade- und Auswerteschaltung bei prinzipieller Begrenzung der in die Auswerteschaltung eingekop­ pelten Energie. Wegen der geringen Kosten kann der eigentliche Fühler, der Ringbandkern K ständig im Ladekreis verbleiben, wo­ durch die Notwendigkeit zum Umschalten im Ladekreis entfällt.

Claims (1)

1. Schaltungsanordnung zur potentialfreien Gleichstrommessung, insbesondere zur Reststrommessung hochkapazitiver Elektrolyt­ kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ringbandkern (K) mit weitestgehend rechteckförmi­ ger Hysterese aufweist, der eine Primär- (Pr) und eine Sekun­ därwicklung (Se) besitzt, daß der Meßstrom (I _Meß ) an die Pri­ märwicklung (Pr) gelegt ist, daß die Sekundärwicklung (Se) mit einem dreieckförmigen Wechselstrom beaufschlagt wird, und daß sie eine Auswerteschaltung (II) aufweist, die das Tastverhält­ nis einer Rechteckspannung bewertet, die durch Spannungsimpulse erzeugt wird, die bei Änderung der Polarität des Kerns (K) in den Wicklungen (Pr, Se) induziert werden.