DE4124596A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung von resistanzen, insbesondere von isolationswiderstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung dieser Art sind aus der DE-OS 32 13 866 bekannt.

Zur Überwachung von Fernmeldekabeln wird eine Isolations­ messung von bestimmten Prüfadern vorgenommen. Probleme treten durch Fremdspannungen auf, die das Meßergebnis verfälschen, bzw. unbrauchbar machen.

In der DE-OS 27 33 155 ist ein Ohm-Meter beschrieben, das zwei Spannungsspeichereinrichtungen enthält.

Bei der ersten Messung wird der Wert der unbekannten Spannung über dem Meßobjekt festgestellt und gespeichert. Bei der zweiten Messung wird Strom eingespeist und die Spannung über dem Meßobjekt gemessen und gespeichert. Die mittels einer Spannungsvergleichsschaltung ermittelte Spannungsdifferenz ist proportional der Resistanz des Meßobjektes.

Bei dieser Lösung wird zur Hochohmwiderstandsmessung eine Konstanstromquelle verwendet. Diese hat den Nachteil, daß bei niedrigen Isolationswiderständen sich eine niedrige Meßspannung ergibt, was einen geringen Störspannungsabstand bewirkt.

Die zwei Meßphasen, mit und ohne angeschalteten Meßstrom, bewirken ein unsymmetrisches Meßverfahren und verursachen unterschiedliche Meßfehler (Messung einer niedrigen und einer hohen Spannung). Außerdem ist es bei diesem Meßver­ fahren schwierig, dem Meßobjekt (Isolationsmeßader) in beiden Meßphasen den gleichen Abschlußwiderstand anzubie­ ten. Durch unterschiedliche Verhältnisse während der Meßphasen werden auch die Fremdspannungen am Prüfling unterschiedlich gedämpft.

In der DE-OS 32 13 866 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Wertes des ohmschen Widerstandes eines Meßobjekts dargestellt. Bei dieser Losung werden nacheinander eine Meßgleichspannung mit niedrigem Spannungswert U01 und eine Meßgleichspannung mit höherem Spannungswert U02 über einen Vorwiderstand RV an das Meßobjekt angeschaltet. Durch Messung und Auswertung der gemessenen Spannungen mit einem Spannungsmesser mit Innenwiderstand Rw und einer Auswerteschaltung werden bei Gewährleistung einer hohen Meßgenauigkeit die Einflüsse der Störspannungen eliminiert. Das Verfahren ist vor allem für Messungen an Fernsprechleitungen vorgesehen.

Dieses Verfahren und die dazu angegebene Schaltung sind nicht geeignet zur Messung von Hochohmwiderständen, da der Spannungsmesser Um parallel zum Vorwiderstand Rv und zu den Meßgleichspannungen U01/U02 geschaltet ist. Wenn Rx < Rm ist, fließt durch den Spannungsmesser ein höherer Strom als durch den zu messenden Widerstand. Die Messung mit der niedrigen Meßspannung erzeugt auch einen geringen Fremdspannungsabstand und wird damit ungenau.

Die bekannten, in der Praxis eingesetzten Meßverfahren unterdrücken im allgemeinen nur Störwechselspannungen. Sie kompensieren keine Störgleichspannungen.

Es ist weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Isolations­ prüfung verlegter Energieversorgungs-Kunststoffkabel (DE- OS 37 00 647) mit einer Hochspannungs-Gleichspannungsquelle und einem eingangsseitigen Schalter bekannt, mit dem das Meßobjekt an positive Spannung gelegt wird und mit einem Meßgerät im Stromkreis zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Meßobjekt zur Feststellung eines Durchschlags.

Wesentliche Merkmale sind eine Drosselspule, die über unterschiedlich gepolte Dioden und Umschalter mit dem Meßobjekt verbunden sind sowie ein Einschalter zwischen dem Pluspol einer Meßspannungsquelle und dem Meßobjekt. Die Schalter werden durch eine Synchroneinrichtung im 0,1 Hz- Takt geschaltet. In dieser Lösung erfolgt keine Messung des Isolationswiderstandes, sondern nur eine Durchschlags­ prüfung unter Berücksichtigung der Kabelreaktanz. Störspannungen bleiben völlig unberücksichtigt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß es zwar einerseits bekannt ist mit unterschiedlichen konstanten Meßspannungen zu arbeiten und andererseits Umpolungen eines Prüfstromes, daß aber keine Hinweise für hinreichend genaue Messungen bei gleichzeitiger Kompensation von Störspannungen und Reaktanzauswirkungen fehlen.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Meßverfahren zu schaffen, mit dem eine genaue Resistanzmessung ohne Beeinträchtigungen durch gleichzeitig vorhandene Störspannungen und Reaktanzen ermöglicht wird und zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtungen anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 ersichtlich.

Durch das nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft naher beschriebene Verfahren und die Vorrichtung können sowohl Störwechselspannungen als auch Störgleichspannungen unterdrückt werden, wenn diese relativ beständig anliegen.

Das Grundprinzip wird durch Fig. 1 dargestellt. Der Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung dient die Fig. 2 und Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Messung in Form eines Blockschaltbildes. Dabei ist U1 = konstant die Meßspannung. Bei Us = 0 (Störspannung) berechnet sich Riso nach der Gleichung (1).

Riso = U1/Um · Rm wenn Riso Rm (1)

Damit ist der Spannungsabfall Um über dem Meßwiderstand umgekehrt proportional zu Riso:

Um = U1 · Rm/Riso wenn Riso Rm (2)

Bei Us≠0 (Störgleichspannung wirkt) entsteht ein Meßfehler, da diese Spannung sich zu U1 addiert:

Um = (U1 + Us) · Rm/Riso (3)

Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird das Meßobjekt Riso, wie in Fig. 2 dargestellt, mittels einer Polaritäts Wechselschaltung während des Meßvorganges wechselweise an eine positive oder eine negative Meßspannung gelegt. Mittels einer Abtast- und Halteschaltung wird sowohl der Meßwert der positiven als auch der Meßwert der negativen Meßphase gespeichert. Durch eine sich anschließende mathematische Operation wird die Störgleichspannung kompensiert.

Das zeigt auch die nachstehende Betrachtung:

positive Meßphase
Um = (  U1 + Us) · Rm/Riso

negative Meßphase
Um = (-U1 + Us) · Rm/Riso

Werden die mit dem Faktor 1/2 behafteten Meßergebnisse voneinander subtrahiert, enfällt Us:

Um = (Um - Um)/2 = (-U1 + Us) · Rm/Riso

Damit erhält man wieder die Gleichung (2), und die anliegende Störgleichspannung wird theoretisch voll kompensiert.

Die praktische Realisierung dieses Prinzips wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Fig. 3 näher erläutert.

Der Transverter 1 arbeitet vollkommen galvanisch getrennt von der Versorgungsspannung und stellt die konstante Meßspannung U1 bereit. Die Polaritätswechselschaltung 2a; 2b, ist ebenfalls galvanisch getrennt zur Steuerung 3 und legt die verschiedenen Meßspannungen an. Die Abtast­ und Halteschaltung 4 speichert den entsprechenden Meßwert in der positiven bzw. negativen Meßphase nach einer bestimmten Zeit, da sich das zu messende Kabel erst auf die Meßspannung aufladen muß. Der aktive Tiefpaß 2. Ordnung 5 realisiert im Zusammenhang mit der Abtast- und Halteschal­ tung 4 eine ausreichende Störwechselspannungsunterdrückung.

Die Subtraktionsschaltung 6 verwirklicht die oben beschrie­ bene Störgleichspannungskompensation. Die Steuerung 3 sorgt für das zeitliche Zusammenspiel aller entsprechenden Baugruppen. Vor dem Meßspannungsbegriff Um zum nicht darge­ stellten Spannungsmesser kann vorteilhaft noch ein Nullpunktregler 7 mit einer Möglichkeit zur Einstellung des Kurvenanstiegs angeordnet sein.

Claims (4)

1. Verfahren zur Messung von Resistanzen, insbesondere von Isolationswiderständen, die als Meßobjekte mit Störspannungen und Reaktanzen behaftet sind, mittels Spannungsmessungen an einem Widerstand, wechselweiser Anschaltung von Meßspannungsquellen an das Meßobjekt und Ermittlung der Differenz zwischen zwei aufeinan­ derfolgende Spannungsmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßspannungsquelle jeweils für eine von der Reaktanz abhängige Zeit in einer positiven Polarität mit der Reihenschaltung von Meßobjekt und Meßwiderstand verbunden und gleichzeitig ein positiver Meßwert gespeichert wird, daß die Meßspannungsquelle danach umgepolt und gleichzeitig ein negativer Meßwert gespeichert wird, was sich im mehrfachen Wechsel wiederholt, während die gleichzeitig gespeicherten Meßwerte ständig voneinander subtrahiert und die Differenz, erforderlichenfalls verstärkt und korrigiert, dem Spannungsmesser zugeführt werden, derart, daß die Störspannung nach der Beziehung Um = (Um - Um)/2 = (-U1 + Us) · Rm/RisoUm = U1 · Rm/Risokompensiert wird.

2. Vorrichtung zur Messung von Resistanzen, insbesondere von Isolationswiderständen mit einem Spannungsmesser, zwei Speichern und einer Umschalteinrichtung sowie einer Meßspannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung aus einer Polaritätswechsel­ schaltung in der Verbindung vom Meßobjekt über die Meßspannungsquelle zum Meßwiderstand und einem Umschalter im Zuge der Verbindung vom Meßwiderstand zu den Speichern an den Eingängen einer Subtrahierstufe vor dem Spannungsmesser sowie einer gemeinsamen Steuerung besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßspannungsquelle ein galvanisch getrennter Transverter und als Speicher Abtast- und Halteschal­ tungen eingesetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung vom Meßwiderstand zu den Speichern vor dem Umschalter ein aktiver Tiefpaß und zwischen Subtrahierstufe und Spannungsmesser ein Nullpunktregler eingeschaltet sind.