DE4324760A1

DE4324760A1 - Schaltungsanordnung zur Prüfung von Wechselstrom-Energiemeßgeräten

Info

Publication number: DE4324760A1
Application number: DE19934324760
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Kahmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-01-26

Description

Stand der Technik

Bei bekannten Einrichtungen zur Prüfung von Wechselstrom-Energiemeßgeräten (nachfolgend Zähler genannt) werden hauptsächlich 2 Verfahren eingesetzt bei denen vorzugsweise die elektrische Leistung und die elektrische Energie nur mittelbar als Prüfgröße auftritt:
Vergleichszählerverfahren /1/
Hierbei wird dem zu prüfenden Zähler (nachfolgend Prüfling genannt) ein als Normal zähler dienender zweiter Zähler spannungsmäßig parallel und strommäßig in Reihe geschaltet. Beide Geräte werden dann mit einem Prüfstrom und einer Prüfspannung beaufschlagt. Aus der Abweichung der Anzeigen beider Zähler kann so der Fehler des Prüflings bestimmt werden.
Kalibriermethode /2, 3/
Hierbei wird der Prüfling an eine Quelle angeschlossen, die eine bekannte elek trische Leistung generiert. Aus der Anzeigeabweichung des Prüflings vom Vorgabe wert kann der Prüflingsfehler bestimmt werden.
Referenzlast (naheliegend)
Eine dritte Möglichkeit besteht darin, mit dem Prüfling die Leistungsaufnahme einer Impedanz zu messen, deren Wirk- und Blindwiderstand genau bekannt sind. Erfolgt die Speisung der Anordnung dabei mit einer bekannten Wechselspannung kann aus der Anzeige des Prüflings dessen Fehler errechnet werden.

Nachteil all dieser Meßverfahren ist, daß entweder Normalmeßgeräte oder Normal wechselleistungen vorhanden sein müssen, um die Prüfungen durchführen zu können. Die Genauigkeit solcher Wechselgrößenmeßmittel wird aber auf Gleichgrößen zurückgeführt /4/. Durch die hierzu erforderlichen, technischen Wechsel-/Gleich stromtransferschritte gibt es Einbußen an Genauigkeit.

/1/ PTB-Prüfregeln Band 6, PTB Braunschweig und Berlin, Braunschweig 1982.
/2/ Braun, A.; Friedl, R.; Roeissle, G.: Kalibrator für Leistungs- und Energiemeßgeräte, Jahresbericht der PTB 1990, S. 133.
/3/ Bergeest, R., e.a.: Entwicklung einer sehr genauen Wechselleistungsquelle für den Leistungsfaktor 1, Jahresbericht der PTB 1988, S. 140.
/4/ Landolt, Börnstein, Madelung: Zahlenwerte und Funktionen der Naturwissen schaften und Technik. Neue Serie (Gruppe 0) Bortfeld, J., Cramer, B. (Hrsg.): Einheiten und Fundamentalkonstanten in Physik und Chemie, Teilband a, R.Bergeest Electric Field, Power and Energy.

Aufgabe

Aus der vorausgehenden Schilderung des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur Prüfung von Zählern vorzuschlagen, bei der ein Prozeßschritt zum Wechselstrom-/Gleichstromtransfer eingespart und als Prüfgröße die elektrische Energie unmittelbar herangezogen werden kann.

Lösung

Die Aufgabe wird entsprechend Anspruch 1 und den Unteransprüchen durch eine Schaltungsanordnung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß in einem zunächst unbelasteten ersten elektrischen Energiespeicher (1) (vorzugs weise einem Kondensator) durch eine Ladeschaltung - bestehend aus einer Quelle (2) mit einem Innenwiderstand (3) und einem Schalter (4) - eine bekannte Energie menge gespeichert und die nach Abschluß der Ladung am Speicher anliegende Spannung durch einen Meßwertspeicher (5) festgehalten wird,
daß dann mittels eines Schalters (6) ein Schwingkreis hergestellt wird, indem ein Anschluß des ersten Energiespeichers an eine Reihenschaltung aus einer elektrischen Impedanz (7, 16) mit einem zweiten Energiespeicher (8) (vorzugsweise einer Induktivität) erfolgt aus deren Klemmenspannung die Prüfspannung und aus deren Klemmenstrom der Prüfstrom abgeleitet wird, wobei gleichzeitig eine Zeitgeber- und Steuereinheit (9) startet, die nach einer gegebenen Zeit den Schwingkreis wieder öffnet und gleichzeitig den Meßwertspeicher (5) veranlaßt, wiederum die am ersten Speicher anliegende Spannung festzuhalten, so daß aus der Differenz der festgehaltenen Spannungen die vom ersten Speicher abgegebene elektrische Energie berechnet werden kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel erläutert.

Physikalische Grundlage der Erfindung ist der Sachverhalt, daß die in einem Konden sator gespeicherte elektrische Energie (w) gleich der Hälfte seines Kapazitätswertes (0,5 C) multipliziert mit dem Quadrat der an ihm anliegenden Spannung (U) (W=0,5 CU²) ist. Beschaltet man einen geladenen Kondensator mit der Reihenschal tung aus einem ohmschen Widerstand und einer Induktivität, setzt eine gedämpfte Schwingung ein. Wird der Schwingkreis aufgetrennt, setzt die Schwingung aus. Die dann am Kondensator zu messende Gleichspannung ist niedriger als beim Schließen des Kreises. Aus der Spannungsdifferenz läßt sich die vom Kondensator abgegebene Energie berechnen. Wird der Kreis in einem Moment aufgetrennt, in dem der fließende Strom einen Nulldurchgang hat, ist in der Induktivität keine Energie ge speichert. Die bis zu diesem Zeitpunkt von dem Kondensator abgegebene Energie kann demnach nur von dem Widerstand aufgenommen worden sein. Wird also mit einem zu prüfenden Energiemeßgerät die Energieaufnahme des Widerstandes gemessen, kann durch Vergleich der Anzeige mit dem berechneten Wert der abgegebenen Kondensatorleistung der Meßfehler des Prüflings genau bestimmt werden.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung, mit der die Prozeßschritte durchgeführt werden können. Zunächst ist der Schalter 4 nach rechts und der Schalter 6 nach links geschaltet. Die Quelle 2 gibt eine bekannte Spannung ab und lädt über einen Ladewiderstand 3 den Kondensator 1 auf diese Spannung auf. Anschließend schaltet die Steuereinheit 9 den Schalter 4 nach links und den Schalter 6 nach rechts (Situation in Fig. 1). Die Schwingung setzt ein, die Entladung des Kondensators 1 beginnt, der Widerstand 7 nimmt Energie auf. Der fließende Strom wird über einen rückwirkungsfreien Stromverstärker 15 und die Spannung über einen rückwir kungsfreien Spannungsverstärker 14 ausgekoppelt. Auf diese Weise kann der Prüfling mit den Prüfgrößen beaufschlagt werden, ohne daß er den Energieumsatz beeinflußt. Die Induktivität 16 dient dazu, u. U. auch bei Leistungsfaktoren verschieden von 1 messen zu können. Die Zeit, in der sich der Kondensator 1 entlädt, wird genutzt um mit der Quelle einen zweiten Kondensator 11 aufzuladen, der eine genauso große Kapazität wie der Kondensator 1 hat. Die Steuereinheit überwacht währenddessen über eine Messung mit einem Shunt 10 den Zeitverlauf des im Schwingkreis fließenden Stromes. Tritt nach einer vorgegeben Zeit ein Nulldurchgang auf, wird durch Steuerung der Schalter der Schwingkreis geöffnet, die Kondensator spannung mittels des Meßwertspeichers 5 festgehalten, sofort mit der Neuladung des Kondensators 1 begonnen und der Schwingkreis jetzt durch Anschluß des Kondensators 11 aufgebaut. Diese Schaltvorgänge können praktisch gleichzeitig ablaufen, so daß insgesamt der Energiefluß in den Widerstand nur kurzzeitig unterbrochen wird. Die Genauigkeit der Energievorgabe wird durch das Umschalten theoretisch nicht beeinflußt. Aus der bekannten Ladespannung und den durch die Meßwertspeicher 12 und 5 alternierend festgehaltenen Spannungswerten kann die insgesamt abgegebene Energie genau bestimmt werden.

Wenn die im Schwingkreis verwendeten Bauteile praktisch ohne parasitäre Kompo nenten sind, gehen in die Genauigkeit der Energievorgabe nur die Kapazitätswerte und die gemessenen bzw. die als bekannt angenommene Gleichspannung ein. Die übrigen Parameter beeinflussen lediglich die Schwingfrequenz und das Entladungs verhalten.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Prüfung von Wechselstrom-Energiemeßgeräten auf der Grundlage der Vorgabe einer bekannten Referenzenergie, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem zunächst unbelasteten ersten elektrischen Energiespeicher (1) (vorzugs weise einem Kondensator) durch eine Ladeschaltung - bestehend aus einer Quelle (2) mit einem Innenwiderstand (3) und einem Schalter (4) - eine bekannte Energie menge gespeichert und die nach Abschluß der Ladung am Speicher anliegende Spannung durch einen Meßwertspeicher (5) festgehalten wird,
daß dann mittels eines Schalters (6) ein Schwingkreis hergestellt wird, indem ein Anschluß des ersten Energiespeichers an eine Reihenschaltung aus einer elektrischen Impedanz (7, 16) mit einem zweiten Energiespeicher (8) (vorzugsweise einer Induktivität) erfolgt, aus deren Klemmenspannung die Prüfspannung und aus deren Klemmenstrom der Prüfstrom abgeleitet wird, wobei gleichzeitig eine Zeitgeber- und Steuereinheit (9) startet, die nach einer gegebenen Zeit den Schwingkreis wieder öffnet und gleichzeitig den Meßwertspeicher (5) veranlaßt, wiederum die am ersten Speicher anliegende Spannung festzuhalten, so daß aus der Differenz der festgehaltenen Spannungen die vom ersten Speicher abgegebene elektrische Energie berechnet werden kann.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der erste Energiespeicher (1) sich im Schwingkreis entlädt, ein dritter Energiespeicher (11) durch die Ladeschaltung aufgeladen wird und mittels eines Doppelschalters (4, 6) dann in der Weise hin- und hergeschaltet wird, daß immer ein Speicher aufgeladen wird, während sich der andere Speicher im Schwingkreis entlädt, so daß eine praktisch kontinuierliche Energieabgabe an den Widerstand erfolgt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit mittels eines Strommeßwiderstandes (10) so geführt wird, daß Betätigungen der Schalter nur während Nulldurchgängen des Stromes erfolgen.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle eine Spannungsquelle mit genau bekanntem Nennwert ist, so daß der Prozeßschritt der Speicherspannungsmessung vor Beginn der Entladung entfallen kann.