DD239878A1 - Schaltungsanordnung zum messen eines vorwaehlbaren scheitelwertes elektrischer spannungen - Google Patents

Abstract

Die Schaltungsanordnung zum Messen eines vorwaehlbaren Scheitelwertes elektrischer Spannungen bezieht sich auf Elektrotechnik und Messtechnik. Ihr Ziel ist das genaue Messen eines beliebigen vorwaehlbaren Scheitelwertes einer oszillierenden elektrischen Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgaengen und seine Darstellung in leicht und exakt entnehmbarer und zur automatischen Weiterverarbeitung geeigneter Form. Die Aufgabe besteht darin, Voraussetzungen zu schaffen fuer die automatische Erfassung der Ladung eines Speicherkondensators zu einem vorwaehlbaren Zeitpunkt vor einer merklichen Entladung und zur Verarbeitung des Messwertes zu einer Anzeige sowie zur digitalen Speicherung und Weiterverarbeitung in peripheren Messwert-Verarbeitungssystemen. Die Loesung besteht in einer Schaltungsanordnung mit Scheitelwertspeicher, Operationsverstaerker als Spannungsfolger, Analog-Digital-Wandler und parallel dazu einem Komparator zur Erzeugung von Impulsen, Impulszaehler und einem Flipflop, das den Analog-Digital-Wandler und einen Transistor zur Steuerung der Aufnahmebereitschaft des Scheitelwertspeichers in Bereitschaft versetzt. Sie ist ueberall anwendbar, wo Schwingungen als analoge elektrische Spannungen darstellbar sind. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Elektrotechnik. Ihre Anwendung ist vorgesehen zum Messen beliebiger Scheitelwerte aufschwingender oder abklingender oszillierender elektrischer Spannungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen, insbesondere in automatischen Meßsystemen unter Anwendung einer zentralen Triggerung. Sie läßt sich auch bei der Erfassung beliebiger Amplituden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen anderer physikalischer Größen benutzen, wenn diese in analoge elektrische Spannungen umgewandelt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Bestimmung einzelner Scheitelwerte werden bisher Oszilloskope oder Schleifenoszillographen verwendet. Diese erfordern ein visuelles Ablesen der Meßwerte mit den bekannten subjektiven Einflüssen auf die Genauigkeit der Auswertung. Außerdem bringt deren Anwendung neben hohem Geräteaufwand und Belastung des Ablesenden noch die Einschränkung mit sich, daß keine Werte ausgegeben und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden können. Damit ist eine Automatisierung des Meßprozesses nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist das genaue Messen eines beliebigen vorwählbaren Scheitelwertes einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen und seine Darstellung in leicht und exakt entnehmbarer und zur automatischen Weiterverarbeitung geeigneter Form.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Voraussetzungen zur automatischen Erfassung der Ladung des Speicherkondensators zu einem vorwählbaren Zeitpunkt und bevor sich dieser merklich entladen hat sowie zur Verarbeitung des Meßwertes zu einer digitalen Anzeige, Speicherung und Weiterverarbeitung in peripheren Meßwert-Verarbeitungssystemen zu schaffen.

Gelöst wird die Aufgabe mittels einer Schaltungsanordnung mit einem Scheitelwertspeicher, einem Operationsverstärker mit hochohmigen Eingang als Spannungsfolger zum Operationsverstärker, einem Komparator, der bei jedem Über.- bzw. Unterschreiten eines fest vorgegebenen Spannungswertes durch die auszuwertende Spannung einen Impuls erzeugt, einem dem Komparator nachgeschalteten Impulszähler, der nach einer vorwählbaren Impulszahl umschaltet, einem dem Impulszähler nachgeschalteten Flipflop, einem vom Flipflop gesteuerten Analog-Digital-Wandler, der an den Operationsverstärker angeschlossen ist und einem vom Flipflop gesteuerten Transistor zur Steuerung der Aufnahmebereitschaft des Scheitelwertspeichers. Es kann zweckmäßig sein, daß die Impulsbildung am Ausgang des Komparatörs infolge des Absinken der auszuwertenden Spannung erfolgt. Aber auch die Impulsbildung des Komparatörs infolge des Po'aritätswechsels der auszuwertenden Spannungkann Vorteile bringen

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:

Der Scheitelwertspeicher wird vorerst durch den Transistor kurzgeschlossen. Parallel dazu vergleicht der Komparator laufend das Eingangssignal mit einem fest vorgegebenen Wert und erzeugt bei einem Abfall des Eingangssignals gegenüber dem ' vorgegebenen Wert oder bei Polaritätswechsel des Eingangssignals'je ein Rechtecksignal mit definierten Pegelverhältnissen. Diese Rechtecksignale werden vom Impulszähler gezählt. Dieser ist so eingestellt, daß er nach Erreichen des vorletzten Impulses der vorgewählten Impulszahl beim nächsten Nulldurchgang das Flipflop setzt. Dadurch erhält der Transistor am Scheitelwertspeicher sein Sperrsignal, so daß der Scheitelwertspeicher speichern kann. Das Eingangssignal wird nun von dem Spannungsfolger dem Scheitelwertspeicher entnommen und dem Meßeingang des Analog-Digital-Wandlers zugeführt. Dieser nimmt das am Meßeingang anliegende Speichersignal auf, zeigt es digital an und speichert es bis zum Rückstellen des Flipflops, so daß es zur Weiterverarbeitung in peripheren Meßwert-Verarbeitungssystemen zur Verfügung steht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird am Beispiel eines Meßwertsystems zur Bestimmung eines beliebigen Scheitelwertes von Schaltspannungen in Ergänzung einer Windungsschlußprüfung nach DD-Patentanmeldung WP G 01T265 630/3 erläutert. In dem Windungsschlußprüfgerät wird die zu prüfende Spule mit einer Kapazität zu einem Schwingkreis mit hochfrequenter Eigenschwingung verbunden und durch eine Kugelfunkenstrecke wird die Entladung dieser Kapazität eingeleitet. Dabei entsteht eine Schaltspannung in Form einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung. Von dieser Spannung soll der n-te Scheitelwert erfaßt, ausgewertet und mit entsprechenden Werten anderer gleichartiger Spulen oder mit vorgegebenen Werten verglichen werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der Schaltungsanordnung als Blockschaltbild

ν ,und ,-' :.

Fig. 2 die Signalverläufe.

Die Eingangsspannung Ue gelangt über die Diode VD1 mit ihren positiven Halbwellen auf einen Speicherkpndensator Cs- Ein als Spannungsfolger geschalteter Operationsverstärker N1 entnimmt die Spannung hochohmig am Speicherkondensator Cs und führt sie dem Meßeingang eines Analog-Digital-Wandlers W zu. Dieser ist in seiner Betriebsart steuerbar. Parallel zu diesem Schaltungszweig ist ein einem zweiten Schaltungszweig ein Komparator N 2 mit TTL-gerechtem Ausgang an die Eingangsspannung U_E angeschlossen. Dieser vermittelt die Polaritätswechsel der Eingangsspännung U_E. Die durch die Polaritätswechsel am Komparator N 2 erzeugten Rechteckimpulse der Steuerspannung U_A werden in einem Impulszähler CT gezählt. Dieser ist durch eine an den Ladeeingängen in BCD-kodierter Form anliegende Signalkombination auf den Wert (10-[n-1 ]) voreingestellt. Durch einen Impuls am Ladeeingang, ausgelöst durch ein zentrales Taktsystem, wird die an den Ladeeingängen anliegende Information in den Impulszähler CT übernommen. Wird jetzt durch Triggern die zu messende Schaltspannung an den Speicherkondensator gelegt, bleibt der Transistor VT1, der parallel zum Speicherkondensator Cs geschaltet ist, solange aufgesteuert, bis durch den Komparator N2 (n-1) Impulse in den Impulszäler CT eingegeben sind. Dann erscheint am Übertragungsausgang ein Überlaufsignal, dessen Vorderflanke den Ausgang Q des Flipflops FF1 von H nach L setzt; Dieser Ausgang ist sowohl mit dem Analog-Digital-Wandler wie mit dem Transistor VT1 verbunden. Bis zu dessen Umsteuerung durch das Flipflop FF1 hat der Transistor VT1 den Speicherkondensator C_s an Masse gelegt und damit seine Aufladung verhindert. Mit dem Umsteuern des Transistors VT1 durch das Setzen des Flipflops FF1 wird die Speicherbereitschaft des Speicherkondensators C_s hergestellt. Der nächste positive Scheitelwert der Schaltspannung wird also erfaßt und gespeichert. Im Hinblick auf ein sicheres Schaltverhalten der nachfolgenden Baugruppen ist die Umschaltschwelle des Komparators N 2 so gewählt, daß sich eine etwas geringere Impulsdauer der TTL-gerechten Impulse ergibt als die halbe Periodendauer. Nach einer gewählten Verzögerungszeit von 1 ms, die durch die untere Grenzfrequenz der Meßanordnung bestimmt ist, erfolgt die Steuerung der Betriebsart des Analog-Digital-Wandlers von „fast" auf „hold". Am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers steht das Signal in BCD-kodierter Form zur Verfugung, kann über Dekoder angezeigt und einem Meßwertverarbeitungssystem zugeführt werden. Durch manuelles oder automatisches Umschalten wird das Flipflop FF1, der Impulszähler CT sowie die Betriebsartenschaltung des Analog-Digital-Wandlers in ihren Ausgangszustand zurückversetzt und damit die Bereitschaft für einen neuen Meßvorgang hergestellt. Die erfindungsgemäße Schaltung bringt gegenüber den bekannten Lösungen folgende Vorteile:

Der Meßwert steht sofort zur Verfügung, wird gespeichert und kann abgelesen, aber auch einem peripheren Meßwert Verarbeitungssystem zugeführt werden, z. B. zwecks Ausdruckens der η-ten Scheitelwerte der auftretenden Spannung bei der Prüfung von Hochspannungsspulen dynamoelektrischer Maschinen. Die Auswertung der η-ten Scheitelwerte läßt Rückschlüsse auf den Zustand der Prüflinge zu, die aus dem ersten Scheitelwert nicht so deutlich hervorgehen. Außerdem werden durch die Auswertung der η-ten Scheitelwerte einer Reihe von Prüflingen vom normalen abweichende Prüflinge aufgrund anderer, meist stärkerer, Dämpfung deutlicher erkennbar als beim Vergleich der ersen Scheitelwerte, also auch geringere Abweichungen erkannt.

Dadurch, daß die zu messende Eingangsspannung des Steuersignal auslöst, entfällt der Meßfehler aus der starren Abtastung des Speicherwertes und wird eine wesentliche Erhöhung der Meßgenauigkeit erreicht. Diese wird weiterhin dadurch vergrößert, daß die visuelle Ablesung mit ihren subjektiven Einflüssen durch eine digitale ersetzt ist. Durch die schnelle Erfassung und Speicherung des Meßwertes ist es außerdem möglich, kleine Speicherkapazitäten einzusetzen und somit die Spannungsverläufe mit geringen Spannungsanstiegszeiten noch genau zu erfassen. Die Grenzen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung setzen die Schaltzeiten der Bauelemente. Durch Umpolung der Diode VD1 sowie der Eingänge des Komparators N 2 und Beschaltung des Operationsverstärkers N1 als invertierender Verstärker ist auch die Messung des η-ten Scheitelwertes der anderen Halbwelle möglich.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Schaltungsanordnung zum Messen eines vorwählbaren Scheitelwertes einer abklingenden oszillierenden elektrischen Spannung mit einem Scheitelwertspeicher, gekennzeichnet durch

   — einen Operationsverstärker mit hochohmigen Eingang als Spannungsfolger zum Scheitelwertspeicher,

   — einen Komparator zur Erzeugung von Impulsen nach Erfassen der Scheitelwerte der auszuwertenden Spannung, parallel zum Operationsverstärker,

   — einen dem Komparator nachgeschalteten Impulszähler, nach einer vorwählbaren Impulszahl umschaltend,

   — einen dem Impulszähler nachgeschalteten Flipflop,

   — einen vom Flipflop steuerbaren Analog-Digital-Wandler, angeschlossen an den Operationsverstärker und

   — einen vom Flipflop steuerbaren Transistor parallel zum Scheitelwertspeicher.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsbildung am Ausgang des Komparatörs infolge des Absinkens der auszuwertenden Spannung gegenüber dem Scheitelwert erfolgt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsbildung am Ausgang des Komparatörs infolge des Polaritätswechsels der auszuwertenden Spannung erfolgt.