DE1791225B1

DE1791225B1 - ARRANGEMENT FOR MEASURING AN AC VOLTAGE

Info

Publication number: DE1791225B1
Application number: DE19671791225
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Sentralinstitutt for Industriell Forskning
Current assignee: Sentralinstitutt for Industriell Forskning
Priority date: 1967-01-20
Filing date: 1967-01-20
Publication date: 1971-08-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der einer Umsetzungsvorrichtung eingangsseitig zugeführten Wechselspannung, wobei die Umsetzungsvorrichtung Wechsel- und Gleichspannungen mit einem gleichen Umsetzungsfaktor umsetzt, durch ein elektrisches Kontrollsignal einstellbar ist und ihre Ausgangsspannung nach Gleichrichtung in einer Gleichrichtervorrichtung einem Vergleichskreis nim Vergleichen mit einem Referenzsignal zugeführt wird, wobei das resultierende Differenzsignal einem Verstärker mit großer Verstärkung zugeführt wird, der das Kontrollsignal zur Einstellung des Umsetzungsfaktors abgibt, so daß das Differenzsignal annähernd Null wird. The invention relates to an arrangement for measuring a conversion device AC voltage supplied on the input side, the conversion device alternating and converts DC voltages with the same conversion factor through an electrical Control signal is adjustable and its output voltage after rectification in a rectifier device a comparison circuit nim comparison with a reference signal is fed, the resulting difference signal to an amplifier with large Gain is fed to the control signal for setting the conversion factor emits so that the difference signal is approximately zero.

Derartige Me#kreise sind in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Die üblichsten Kreise dieser Art sind mechanisch gesteuert und umfassen mechanisch bewegliche Teile wie zwei mit Motor-angetriebene Potentiometer auf ein.'er- gemeinsamen Welle mit demselben Teilungsverhältnis in jeder Stellung. Dem einen Potentiometer wird ein unbekanntes Wechselspannungssignal und dem anderen ein bekanntes Gleichspannungssignal zugeführt. Der Motor wird im Verhältnis zu einer Referenzspannung geregelt, bis zwischen Eingangssignal und Referenzsignal Gleichgewicht erreicht ist. Eingestelltes Teilungsverhältnis oder eingestellter Wert des Umsetzungsfaktors, Verstärkung oder Widerstand können dann mit Hilfe des anderen Potentiometers, dem das bekannte Gleichspannungssignal zugeführt wird, als elektrisches Signal abgelesen werden. Such measuring circuits are known in various configurations. The most common circuits of this type are mechanically controlled and include mechanical moving parts like two motor-driven potentiometers on a.'er- common Shaft with the same division ratio in every position. One potentiometer one unknown AC voltage signal and the other a known DC voltage signal fed. The motor is regulated in relation to a reference voltage until equilibrium has been reached between the input signal and the reference signal. Discontinued Division ratio or set value of the conversion factor, gain or Resistance can then with the help of the other potentiometer, which the known DC voltage signal is supplied, can be read as an electrical signal.

Die mechanisch beweglichen Teile eines solchen Kreises machen diesen kompliziert, setzen seine Betriebssicherheit stark heräb und sind sehr xplatzaufwendig. Die Anwendung von zwei Potentiometern ergibt außerdem verhältnismäßig große Unsicherheiten während der Messung. The mechanically moving parts of such a circle make this one complicated, reduce its operational reliability and are very space-consuming. The use of two potentiometers also results in relatively large uncertainties during the measurement.

Aufgabe der Erfindung ist, eine einfache und betriebssichere Meßanordnung der eingangs beschriebenen Art, allein mit elektrischen Komponenten, zu schaffen, die eine schnelle und direkte Messung des unbekannten Signals ermöglicht und eine Kreiherstellung mit Hilfe integrierter Kreistechnik zuläßt. The object of the invention is to provide a simple and reliable measuring arrangement of the type described above, using only electrical components, which enables a quick and direct measurement of the unknown signal and a Circle making with the help of integrated circle technology allows.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Anordnung einerx-zweiten Vergleiqhskreis enthält, dem ein zweites Referenzsignal zum Vergleichen mit der von der Ausgangsspannung der Umsetzungsvorrichtung ausgeschiedenen Gleichspannungskomponente und zur Abgabe eines Differenzsignals zugeführt wird, wobei die Ausgangsgleichspannung des Verstärkers der Eingangsseite der Umsetzungsvorrichtung zugeführt wird und gleichzeitig ein Maß für die der Umsetzungsvorrichtung zugeführte Wechselspannung ist. This object is achieved by the invention in that the arrangement of a x-second Verleiqhskreis contains, which a second reference signal for comparison with the DC voltage component separated from the output voltage of the conversion device and is supplied for outputting a differential signal, the output DC voltage of the amplifier is fed to the input side of the conversion device and at the same time is a measure of the alternating voltage supplied to the conversion device.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin; da# die einfache und kompakte Anordnung mechanisch bewegliche Teile überflüssig macht. Der Wert des unbekannten Signals kann gleichzeitig mit seinem Auftreten gemessen werden. Ferner sind die beiden Potentiometer von einer einzigen Umsetzungsvorrichtung ersetzt worden, so daß dadurch die Meßungenauigkeiten eliminiert sind. The advantages achieved with the invention are in particular; because # the simple and compact arrangement of mechanically moving parts is superfluous power. The value of the unknown signal can be measured simultaneously with its occurrence will. Furthermore, the two potentiometers are from a single conversion device has been replaced, so that the measurement inaccuracies are eliminated.

Die Wechselspannungs- und Gleichspannungssignale von der Umsetzungsvorrichtung werden zweckmäßigerweise mit Hilfe von Hoch und Tiefpaßfiltern getrennt; diese Filter sollen an den Ausgang der Umsetzungsvorrichtung durch einen Entkopplungskreis angeschlossen sein, um sie in einer solchen Weise von der Umsetzungsvorrichtung zu trennen, daß das Teilungsverhältnis für Wechselspannungs- und Gleich spannungssignal dasselbe wird. The AC and DC signals from the converter are expediently separated with the help of high and low pass filters; these filters should be connected to the output of the conversion device through a decoupling circuit be to separate them from the translator in such a way that the Division ratio for AC voltage and DC voltage signal is the same will.

Die Umsetzungsvorrichtung kann in an sich bekannter Weise ein Verstärker oder ein Spannungsteiler sein, dessen einer Zweig einen festen Widerstand und dessen anderer Zweig zwei Klemmen umfaßt, zwischen die ein in Übereinstimmung mit einem zugeführten elektrischen Steuersignal veränderbarer Widerstand geschaltet ist, wobei in vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens der veränderbare Widerstand ein Feldeffekttransistor ist, der mit seinen Senken-und Quellenelektroden zwischen die Klemmen geschaltet ist und dessen Torelektrode das Kontrollsignal aufnimmt. Ein solcher Transistor besitzt innerhalb eines gewissen Bereich es zwischen seinen Senken- und Quellenelektroden einen linearen Widerstand, der durch Änderung der Torspannung variiert werden kann. The conversion device can be an amplifier in a manner known per se or a voltage divider, one branch of which has a fixed resistor and the other branch comprises two terminals, between which one in correspondence with one supplied electrical control signal is connected to a variable resistor, wherein in an advantageous further development of the inventive concept, the variable resistance is a field effect transistor with its drain and source electrodes between the terminals are switched and its gate electrode receives the control signal. Such a transistor has, within a certain range, between its Drain and source electrodes have a linear resistance that is generated by changing the Gate voltage can be varied.

Es ist nicht notwendig, den Zusammenhang zwischen dem Steuersignal und dem Umsetzungsfaktor zu kennen, und der eingestellte Umsetzungsfaktor wird durch direkte Messung mit einem separaten Signal bestimmt; das entweder. durch Frequenz oder Zeit von dem Steuersignal getrennt sein kann. It is not necessary to establish the relationship between the control signal and to know the conversion factor, and the set conversion factor is through direct measurement determined with a separate signal; that either. by frequency or time may be separated from the control signal.

In bevorzugter Weise kann die Gleichrichtervorrichtung ein Effektivwertgleichrichter sein. The rectifier device can preferably be an effective value rectifier be.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild-einer Ausführungsform des Erfindungsgedankens -und-F i g. - Zeine - abgeänderte Afüh.uagsmöglichkeit. The invention is illustrated below with reference to the schematic Exemplary embodiments illustrated in the drawing are explained in more detail. It shows F i g. 1 a block diagram of an embodiment of the inventive concept and FIG. - Zeine - modified delivery option.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird angewendet zur Messung eines zugeführten Wechselspannungssignals durch Umsetzung desselben in ein Gleichspannungssignal, das zu dem Effektivwert des Wechselspannungssignals proportional ist, selbst wenn dieser Wertinnerhalb großer Bereiche variiert. The embodiment according to FIG. 1 is used for measurement a supplied AC voltage signal by converting it into a DC voltage signal, which is proportional to the rms value of the AC voltage signal, even if this value varies within large ranges.

Man erkennt in F i g. 1 einen elektrischen Kleis, der 5n seinem Eingangskreis eine variable Umsetzungsvorrichtung in Form eines variablen Spannungsteilers umfaßt, welcher seinerseits in:- seinem einen-iZweig zwei Klemmen r1 und r2 und in seinem anderen Zweig einen festen Widerstand R1 umfaßt. Zwischen r1 und r2 ist ein Element R mit einem- hauptsächlich linearen Widerstand geschaltet, der in Übereinstimmung mit einem zugeführten Steuersignal q variiert werden kann. One recognizes in FIG. 1 an electrical Kleis, which is 5n its input circuit comprises a variable conversion device in the form of a variable voltage divider, which in turn in: - its one branch two terminals r1 and r2 and in its other branch includes a fixed resistor R1. There is an element between r1 and r2 R connected with a - mainly linear resistance, which corresponds to can be varied with a supplied control signal q.

Zwischen den Spannungsteiler und einen ersten Vergleichskreis mit zugeführtem Referenzsignal a sind ein Hochpaßfflter H2 und ein -Signalumwandler D, z. B. in Form eines Effektivwertgleichrichters, geschaltet.Between the voltage divider and a first comparison circuit with supplied reference signal a are a high-pass filter H2 and a signal converter D, e.g. B. in the form of an effective value rectifier switched.

Der Vergleichskreis ist mit dem Element R durch einen Verstärker B1 mit hoher Verstärkung zur Verstärkung eines ersten Differenzsignals zwischen dem Ausgangssignal von dem Signalumwandler D und dem Referenzsignal a verbunden. Dieses verstärkte Differenzsignal wird dann als das Kontrollsignal q dem linearen Widerstand R zugeführt, -wodurch der Widerstand mit Hilfe des Signals q variiert wird, bis ein Ab- oder Ausgleich erzielt ist. Ferner umfaßt der Kreis einen Ausgangskreis mit einem Tiefpaßfilter L1, einen zweiten Vergleichskreis, dem ein Referenzsignal b zugeführt wird, und einen zweiten Verstärker B2 zwischen Spannungsteiler und Eingangskreis. Der Verstärker B2 besitzt hohe Verstärkung und verstärkt ein zweites Differenzsignal zwischen dem Ausgangssignal von dem Filter L1 und dem Referenzsignal b. Dem verstärkten Differenzsignal wird ein unbekanntes zugeführtes Wechselspannungssignal X überlagert; es wird dem Effektivwert des unbekannten Signals proportional, für den Fall, daß der Signalumwandler D ein Effektivwertgleichrichter ist. So wird das verstärkte Ungleichheitssignal X1 ein Maß des unbekannten Signals X.The comparison circuit is connected to the element R through an amplifier B1 with high gain for amplifying a first difference signal between the Output signal from the signal converter D and the reference signal a connected. This amplified difference signal is then used as the control signal q the linear resistance R supplied, -which the resistance is varied with the aid of the signal q until an adjustment or equalization has been achieved. The circle also includes an output circle with a low-pass filter L1, a second comparison circuit to which a reference signal b is supplied, and a second amplifier B2 between the voltage divider and the input circuit. The amplifier B2 has a high gain and amplifies a second differential signal between the output signal from the filter L1 and the reference signal b. The reinforced Difference signal is supplied to an unknown AC voltage signal X superimposed; it becomes proportional to the rms value of the unknown signal, for the case that the signal converter D is an effective value rectifier. This is how it will be amplified inequality signal X1 a measure of the unknown signal X.

Das unbekannte Wechselspannungssignal ist dem Spannungsteiler durch einen weiteren Hochpaßfflter H1 zugeführt, und ein weiterer Tiefpaßfilter L2 ist zwischen den zweiten Verstärker B2 und den Widerstand R1 des Spannungsteilers geschaltet. Es ist ein Entkopplungskreis A vorgesehen, um die beiden Filterkreise von dem Spannungsteiler in einer solchen Weise zu trennen, daß das Teilungsverhältnis für Wechsel- und Gleichspannungssignal dasselbe wird. The unknown AC voltage signal is passed through the voltage divider a further high-pass filter H1 is supplied, and a further low-pass filter L2 is connected between the second amplifier B2 and the resistor R1 of the voltage divider. A decoupling circuit A is provided to remove the two filter circuits from the voltage divider to separate in such a way that the division ratio for AC and DC voltage signal will be the same.

Der lineare ohmsche Widerstand ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, der mit seinen Quellen- und Senkenelektroden zwischen die Klemmen r1 und r2 geschaltet ist, während die Torelektrode an den Verstärker Bl angeschlossen ist. The linear ohmic resistance is preferably a field effect transistor, which is connected with its source and drain electrodes between terminals r1 and r2 is, while the gate electrode is connected to the amplifier B1.

Die Wirkungsweise des Kreises wird jetzt näher erklärt für den Fall, daß der SignalumwandlerD ein Effektivwertgleichrichter ist: Wenn die Verstärkung in B1 hoch ist, wird das erste Differenzsignal klein oder vernachlässigbar, und der Effektivwert des Wechselspannungssignals Q kann als konstant angesehen werden. Wenn dann das Teilungsverhältnis in dem Spannungsteiler mit oc ; bezeichnet wird, gilt folgende Gleichung: X-o= a. (1) Gleichieitig wird das zweite Differenzsignal mit Hilfe von B2 verstärkt und dem Spannungsteiler zugeführt. Da die Verstärkung in B2 nun hoch ist, wird die Differenz klein, und die Gleichspannungskomponente von dem Spannungsteiler kann als konstant betrachtet werden. Folgende Gleichung gilt: X1 = b. (2) Gleichung (1) eingesetzt in (2) ergibt: X kx. a Dies zeigt, daß zwischen dem Wert des Wechselspannungssignals X und des Ausgangssignals X1 Proportionalität erzielt worden ist. The mode of operation of the circle will now be explained in more detail for the case that the signal converter D is an effective value rectifier: If the gain in B1 is high, the first difference signal becomes small or negligible, and the rms value of the AC voltage signal Q can be viewed as constant. Then if the division ratio in the voltage divider with oc; referred to as, the following equation applies: X-o = a. (1) The second difference signal becomes the same amplified with the help of B2 and fed to the voltage divider. Because the reinforcement in B2 is now high, the difference becomes small and the DC component from the voltage divider can be considered constant. The following equation the following applies: X1 = b. (2) Equation (1) inserted into (2) gives: X kx. a This shows that between the value of the AC voltage signal X and the output signal X1 proportionality has been achieved.

Mittels des beschriebenen Kreises können also Eingang-Wechselspannungssign ale in Ausgang- Gleichspannungssignale derart umgewandelt werden, daß die Gleichspannungssignale beispielsweise dem Effektivwert der Wechselstromsignale gleich sind. Für den Fall, daß andere Signalumwandler als Effektivwertgleichrichter verwendet werden, kann der Schaltkreis auch zur Umwandlung von Wechselstrom- in Gleichstromsignale verwendet werden, die verschiedenen Werten der Wechselstromsignale proportional sind, beispielsweise dem arithmetischen Mittelwert oder dem Spitzenwert einer Wechselspannung, ebenso gut aber auch akustischen Eingangsgeräuschen oder -störungssignalen, falls ein Gerät zur Umwandlung derselben in elektrische Signale Verwendung findet, wie dies nachstehend unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben wird. By means of the circle described can input AC voltage signals all are converted into output DC voltage signals in such a way that the DC voltage signals for example, are equal to the rms value of the alternating current signals. In the case, that other signal converters can be used as r.m.s. value rectifiers the circuit is also used to convert AC to DC signals that are proportional to various values of the AC signals, for example the arithmetic mean or the peak value of an alternating voltage, as well good but also acoustic input noises or interference signals, if a device is used to convert them into electrical signals, as follows with reference to FIG. 2 will be described.

Der elektrische Kreis der F i g. 2 umfaßt einen Eingangskreis, welcher die zu messenden Wechselstromsignale aufnimmt und einen variablen Verstärker 21 umfaßt. Dieser Verstärker kann entsprechend einem ihm zugeführten Steuersignal variiert werden. - Weiter umfaßt der Schaltkreis einen. Hochpaßfilterkreis mit einem Gerät 23 zur Gleichrichtung von Rauschpegeln. The electrical circuit of FIG. 2 includes an input circuit, which receives the AC signals to be measured and a variable amplifier 21 includes. This amplifier can be varied in accordance with a control signal supplied to it will. - Further the circuit includes a. High pass filter circuit with one device 23 for rectifying noise levels.

Der Hochpaßfilterkreis weist ferner einen Hochpaßfilter 22 vor dem Gerät 23 auf und ist zwischen den variablen Verstärker 21 und einen ein Vergleichssignal K1 empfangenden Vergleichskreis geschaltet.The high-pass filter circuit also has a high-pass filter 22 before Device 23 and is between the variable amplifier 21 and a comparison signal K1 receiving comparison circuit switched.

Ein Verstärker 24 mit hoher Verstärkung ist zur Verstärkung eines ersten Differenzsignals und Zuführung desselben als Einstellsignal in den Verstärker 21 zwischen diesen Vergleichskreis und den variablen Verstärker 21 geschaltet. - Außerdem umfaßt der Schaltkreis einen Ausgangskreis mit einem Tiefpaßfilterkreis, welcher einen zwischen Verstärker 21 und einen ein Vergleichssignal K2 empfangenden Vergleichskreis geschalteten Tiefpaßfilter 25 aufweist. - Schließlich befindet sich zwischen dem Vergleichskreis des Signals K2 und dem Eingang des Verstärkers 21 ein Verstärker 26 mit hoher Verstärkung.A high gain amplifier 24 is for amplifying one first difference signal and supplying the same as an adjustment signal to the amplifier 21 is connected between this comparison circuit and the variable amplifier 21. - In addition, the circuit comprises an output circuit with a low-pass filter circuit, which one between amplifier 21 and one receiving a comparison signal K2 Has comparison circuit switched low-pass filter 25. - Finally there is between the comparison circuit of the signal K2 and the input of the amplifier 21 High gain amplifier 26.

Das im Gerät 23 umgewandelte Wechselstromsignal des variablen Verstärkers 21 wird mit dem Signal K1 verglichen. The AC signal of the variable amplifier converted in the device 23 21 is compared with the signal K1.

Die Differenz stellt über den Verstärker 24 den variablen Verstärker 21 derart ein, daß beispielsweise der in db gemessene Wert des Rauschens des Wechselstrom-Ausgangssignals des Verstärkers 21 konstant wird. Das Gleichstromsignal des Verstärkers 21 wird durch den Tiefpaßfilter 25 mit dem Signal K2 verglichen und in dem Verstärker 26 derart verstärkt, daß das Gleichstrom-Ausgangssignal des Verstärkers 21 konstant wird. Auf diese Weise wird ein Gleichstromsignal Y proportional einem unbekannten, der Vorrichtung zugeführten Wechselstromsignal. The difference represents the variable amplifier via the amplifier 24 21 such that, for example, the value of the noise measured in db of the AC output signal of the amplifier 21 becomes constant. The DC signal of the amplifier 21 becomes compared by the low-pass filter 25 with the signal K2 and in the amplifier 26 is amplified so that the DC output of the amplifier 21 becomes constant will. In this way a direct current signal Y becomes proportional to an unknown, AC signal supplied to the device.

Claims

Claims: 1. Arrangement for measuring a conversion device AC voltage supplied on the input side, the conversion device alternating and converts DC voltages with the same conversion factor through an electrical Control signal is adjustable and its output voltage after rectification in a rectifier device and a comparison circuit for comparison with a reference signal is fed, the resulting difference signal to an amplifier with large Gain is fed to the control signal for setting the conversion factor emits, so that the difference signal is approximately zero, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the arrangement contains a second comparison circuit, the a second reference signal for comparison with that of the output voltage of the Conversion device separated DC voltage component and for the delivery of a Difference signal is supplied, the output DC voltage of the amplifier is fed to the input side of the conversion device and at the same time Measure for the AC voltage supplied to the conversion device.

2. Arrangement according to claim 1, wherein the conversion device is a Is a voltage divider, one branch of which has a fixed resistor and the other Branch comprises two clamps, between which one is fed in accordance with one electrical control signal variable resistor is connected, characterized in that that the variable resistor is a field effect transistor, which with its sinking and source electrodes is connected between the terminals and its Gate electrode picks up the control signal.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the rectifying device is an effective value rectifier