DE3143669C2 - Schaltung zum Messen des Effektivwertes einer Wechselspannung - Google Patents

Abstract

Zum schnellen und genauen Messen des Effektivwertes einer Wechselspannung wird ein aus Halbleiterbauelementen aufgebauter Effektivwertgleichrichter (4) vorgesehen, bei dem zwischen dem Effektivwert der Eingangsspannung und dem Mittelwert der Ausgangsspannung ein überwiegend quadratischer Zusammenhang besteht, wobei dieser Mittelwert der Ausgangsspannung digital gemessen und in einem Mikroprozessor (21) ausgewertet wird, derart, daß vorher durch Anliegen von mindestens zwei Referenzwechselspannungen U ↓0, U ↓1, U ↓2 anstelle der zu messenden Eingangswechselspannung entsprechende Mittelwerte der Ausgangsspannung gewonnen werden, aus denen im Mikroprozessor (21) die Kennlinienkoeffizienten des Effektivwertgleichrichters (4) errechnet und gespeichert werden, aus denen dann anschließend beim Anlegen der eigentlichen zu messenden Eingangswechselspannung unter Berücksichtigung dieser gespeicherten Kennlinienkoeffizienten der tatsächliche Effektivwert dieser Eingangswechselspannung berechnet und angezeigt wird.

Description

^- cU*+±- dU^b+ If eil*...,

ZZO

gilt, wobei die Größe der Kennlinienkoeffizienten so gewählt ist, daß der Zusammenhang überwiegend quadratisch ist, dadurch gekennzeichnet, π daß eine mit dem Ausgang des Effektivwertgleichrichters (4, 5, 6) verbundene Einrichtung (8, 9) zum digitalen Messen des Mittelwertes (ϊζ) der Ausgangsspannung vorgesehen ist, die mit einem Mikroprozessor (21) verbunden ist, daß eine Referenzsp^anungsquelle (10 bis 18,22) vorgesehen ist zum Erzeugen von mindestens zwei Referenzspannungen (Uo, Ui, U2), die über eine Steuerschaltung (1, 19) anstelle der zu messenden Eingangswechselspannung abwechselnd an den Eingang des 2i Effektivwertgleichrichters (4, 5, 6) anschaltbar sind und aus denen im Mikroprozessor (21) aus den hierbei auftretenden Mittelwerten (öä) der Ausgangsspannung die Kennlinienkoeffizienten (Ujo, b, c, d, e) errechnet und gespeichert werden, und daß im Mikroprozessor (21) aus dem sich bei angelegter zu messender Eiiigangswechselspannung (u_s) ergebenden digitalen Mittelwert (U^) uaer Berücksichtigung dieser gespeicherten Krnnlinienkoeffizienten nach obiger Beziehung der Effefctivwv t U berechnet und J5 angezeigt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1 mit einem Gegentakt-Effektivwertgleichrichter, dessen

Gleichrichterelemente durch den als Gleichrichter geschalteten Kanal eines Feldeffekttransistors gebil- -»o det sind und bei dem zwischen dem Effektivwert U einer sinusförmigen Eingangsspannung und dem Mittelwert üä seiner Ausgangsspannung die vereinfachte Beziehung

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Referenzwechselspannung (Uo, Ui) zyklisch anstelle der zu messenden Eingangswechselspannung angeschaltet werden und daraus fortlaufend korrigierte Kennlinienkoeffizienten (U₁₁O und b) im Mikroprozessor (21) berechnet und gespeichert werden.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß d^:e Referenzwechselspannungen (U₀, Uu Ui) jeweils Rechteck-Wechselspannungen entsprechend vorbestimmter genauer Amplitude sind.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzwechselspannungen (Uo, Uu Ut) von entsprechenden hochstabilen Referenzgleichspannungen einer hochstabilen Gleichspannungsquelle (10) abgeleitet sind und die der zweiten und dritten Referenzwechselspannung (Ui, U2) entsprechenden Referenzgleichspannungen über einen weiteren Umschalter (7, 13) anstelle der Ausgangsspannung des Effektivwertgleichrichters (4, 5, 6) an die Einrichtung (8, 9) zum digitalen Messen der Ausgangsspannung anschaltbar sind.

besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Referenzspannungsquelle (10 bis 18, 22) eine erste Referenzwechselspannung Null (Uo) sowie eine y\ zweite und dritte unterschiedlich große Referenzwechselspannung (Ui, U7) erzeugbar sind, und durch Anlegen der ersten Referenzwechselspannung Null (Uo) im Mikroprozessor (21) der erste Kennlinienkoeffizient (u,o) bestimmt und gespeichert wird, anschließend dann durch Anlegen der zweiten und dritten Referenzwechselspannung (Ui, i/2) die zugehörigen beiden digitalen Mittelwerte der Ausgangsspannung bestimmt und daraus nach obiger Beziehung im Mikroprozessor (21) die beiden eo anderen Kennlinienkoeffizienten (buna c)errechnet und gespeichert werden.

3. Schaltung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (10 bis 18, 22) über die Steuerschaltung (1, 19) tn zyklisch anstelle der zu messenden Eingangswechselspannung (u,) an den Eingang des Effektivwertglcichrichters (4,5,6) anschaltbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Messen des Effektivwertes einer Wechselspannung laut Oberbegriff des Hauptansprudis.

Zum Messen des Effektivwertes U einer Wechselspannung werden bisher stets Schaltungen benutzt, die zwei getrennte Gleichrichterkreise mit quadratischer Ausgangs-Eingangs-Kennlinie, meist thermische Gleichrichterelemente, aufweisen, wobei dem einen Gleichrichterkreis eine Referer.zwechselspannung zugeführt wird, die durch einen Regelkreis so lange geändert wird, bis beide Gleichrichterkreise gleiche Ausgangsspannungen ergeben. Der tffektivwert der Referenzwechselspannung ist dann im Idealfall gleich dem Effektivwert der zu messenden Wechselspannung, die am anderen Gleichrichterkreis anliegt und die unmittelbar an einer linearen Skala zur Anzeige gebracht wird. Diese bisher üblichen Effektivwert-GJeichrichterschaltungen besitzen den Nachteil, daß der Regelkreis relativ langsam einschwingt und die Einschwingzeit von der angelegten Eingangsmeßspannung abhängt, selbit wenn als Gleichrichterelemente jeweils Feldeffekttransistoren benutzt werden, deren Kanal als Gleichrichter geschaltet ist (nach DE-AS 23 29 579). Die erreichbare Genauigkeit ist, bedingt durch die Drift des Gleichspannungsverstärkers und die Abweichung der beiden Gleichrichterkennlinien zueinander, auf etwa 0,3% beschränkt.

Es ist an sich bekannt, bei Effektivwert-Gleichrichterschaltungen vergleichbarer Art den eigentlichen Gleichrichterelementen zusätzlich Kompensationsschaltelemente zuzuordnen, durch welche die quadratische Charakteristik verbessert werden kann (US-PS 34 88 592). Diese Kömpensätiönsschälteleffiente können durch Anlegen entsprechender Eichspannungen abgeglichen und optimiert werden. Die Möglichkeiten einer Verbesserung der Meßgenauigkeit durch derartige Kompensationsmaßnahmen sind begrenzt, durch Kompensation können niemals alle Fehlerfaktoren berücksichtigt werden. Solche Kompensationsmaßnahmen sind außerdem sehr kompliziert und erfordern teure

Abgleicharbeiten. Mit dieser bekannten Kompensationsmaßnahme kann die Meßgenauigkeit allenfalls auf eine Größenordnung verbessert werden, wie sie allein schon mit modernen Gleichrichterelementen der eingangs erwähnten Art erreichbar ist, eine wesentliche Steigerung darüberhinaus ist mit Kompensationsmaßnahmen nur begrenzt möglich.

Es ist Aufgabe der Ei findung, eine Schaltung zum Messen des Effektivwertes einer Wechselspannung zu schaffen, die in einem breiten Frequenzbereich die "' schnelle und genaue Effektivwertmessung ermöglicht

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteranspriichen. '⁵

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß für ein Halbleiter-Gleichrichterelement zwischen Eingangsspannung u_e und Ausgangsspannung U₃ folgende allgemeine Beziehung besteht:

21» gen kleiner als 0,4 Volt gilt:
cU^A < 0,01 bll-

Dieser Koeffizient kann also als konstant vorausgesetzt werden und es genügt, ihn nur einmalig zu bestimmen. Er kann u. U. auch ganz vernachlässigt werden, so daß nur die beiden Koeffizienten u_ao und b durch zwei Referenzspannungsmessungen bestimmt werden müssen. u₃o ist zeitabhängig und temperaturabhängig, b im wesentlichen nur temperaturabhängig. Es ist deshalb zweckmäßig, einen diese Koeffizienten oder beide zyklisch wiederholt durch entsprechende Referenzspannungsmessungen zu bestimmen, um die Schaltung möglichst stabil und temperaturunabhängig zu machen.

Die Referenzspannungsmessung erfolgt vorzugsweise durch Anlegen von symmetrischen Rechteck-Wechselspannungen

Uc= ± U

+ du^b _r + eiP_r...

Für sinusförmige Eingangsspannungen
z/_r = -/2i/sin<af,

(I)

(2)

bei denen U der Effektivwert ist, gilt für den Mittelwert ~ü~_a der Ausgangsspannung die Beziehung:

% = u_a0 + bU² + 4- ei/⁴ + 4r ^dlJi + IT ^eU* ■■■ ^!n 2 2 8

(3)

Der Mittelwert der Ausgangsspannung kann durch bekannte digitale Meßschaltungen als Digitalwert ⁵» gemessen werden und daraus kann also nach der Formel (3) der Effektivwert U errechnet werden, wenn die Kennlinienwerte u_ao, b, c, c/usw. bekannt sind. Nach der Erfindung werden diese Kennlinienwerte durch eine vorangehende Referenzspannungsmessung über das Halbleiter-Gleichrichterelement wiederum digital gemessen und in einem Mikroprozessor gespeichert, durch den dann anschließend beim digitalen Messen der angelegten Wechselspannung nach obiger Beziehung der Effektivwert errechnet und digital angezeigt wird. Zur Bestimmung der Kennliniendaten ist es nur nötig, entsprechend viele unterschiedliche Referenzspannungen anzulegen, um entsprechend viel unterschiedliche Gleichungen zu erhalten, aus denen dann die 'Kennliniendaten errechnet werden können. '"

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, als Halbleiter-Effektivwert-Gleichrichter eine aus Feldeffekttransistoren aufgebaute Schaltung zu verwenden, wie sie in der DE-AS 23 29 579 beschrieben ist. Für diese spezielle Effektivwertgleichrichterschaltung gilt näm- '' lieh bei Einhaltung bestimmter Aussteuerungsgrenzen wiederum für sinusförmige Eingangsspannungen für den Mittelwert der Ausgangsspannung die vereinfachte Gleichung:

60

H- = «,₃n + 6t/² + yc£/⁴ (4)

Für solche Gleichrichterelemente müssen also nur drei Kennliniendaten o_ao. b und c durch entsprechende Referenzspannungsmessungen bestimmt werden, wobei ⁶^ der Koeffizieni c. der die Abweichung von der quadratischen Kennlinie erfaßt, relativ klein ist und für Abschnürspannungen vjn 1 bis 1,5 Volt und Spannunwobei U wiederum der Effektiv>,.crt ist. Für solche Rechteck-Wechselspannungen gut für den Mittelwert der Ausgangsspannung des Effektivwertgleichrichters die vereinfachte Formel

Für die Referenzspannungsrnessung wird deshalb vorzugsweise diese vereinfachte Beziehung berücksichtigt, d. h. durch Verwendung von Rechteck-Referenzspannungen können nach dieser vereinfachten Beziehung (7) auf einfache Weise die Kennlinienkoeffizienten errechnet und gespeichert werden. Da auch für ein Gleichrichterelement mit der vereinfachten Beziehung nach Formel (4) noch drei Koeffizienten zu bestimmen sind, müssen auch drei Referenzspannungsmessungen durchgeführt werden. Die erste Referenzspannungsmessung erfolgt vorzugsweise mit der Referenzspannung Null, da hierdurch sofort der Koeffizient u_ao erhalten wird, der dann in den Mikroprozessor eingespeichert wird. Bei der zweiten Referenzspannungsmessung wird der Effektivwert U der Rechteckwechselspannung etwa so groß gewählt wie für Vollausschlag der zu messenden Eingangsspannung nötig ist, d. h. es wird ein möglichst großer Referenzspannungswert gewählt, um diese Messung möglichst genau zu machen. Für die dritte Referenzspannungsmessung wird der Effektivwert der Rechteckwechselspannung etwas kleiner oder größer als bei der zweiten Referenzspannungsmessung gewählt; besonders vorteilhaft ist es, das Verhältnis der dritten Referenzspannung zur zweiten Referenzspannung auf —= festzule-

Vi

gen. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Beziehung zur Berechnung des Koeffizienten c. Da der Koeffizient c die Messung relativ schwach beeinflußt, genügt es, diese Größe nur einmal zu bestimmen, beispielsweise durch den Aufruf eines speziellen Service-Prograrr.ms. Die anderen beiden Koeffizienten u„o und b sind hingegen stark temperaturabhängig und werden, wie gesagt, vorzugsweise zyklisch erfaßt, beispielsweise alle IO Sekunden, Wie aus Gleichung (7) ersichtlich ist, genügen für diese zyklischen Bestimmungen bei bekanntem Koeffizienten c jeweils zwei Messungen, um über zwei Gleichungen die beiden Unbekannten u,,_n und b zu bestimmen. Zweckmäßigerweise wird hierzu die erwähnte Nullspannungsmessung und die Messung mit einer Vollaiisschlag ergebenden Referenzspannung gewählt.

Aus Gleichung (4) und (7) ergibt sich. daß über ilen Koeffizienten c auch für ein mit Feldeffekttransistoren aufgebautes Effektivwertglcichrichtcrelement für Eingangsspannungen mit gleichem Effektiv-wert, jedoch unterschiedlicher Kurvenform, etwas unterschiedliche Ausgangsspannungswerte entstehen. Streng genommen müßte für jede Kurvenform eine andere Auswertcgieichung benutzt werden. Da im allgemeinen jedoch nur für sinusförmige Ausgangsspannungen eine hohe Meßgenauigkeit gefordert ist. ist es ausreichend, bei der Rechnung nur nach der Beziehung (4) zu verfahren. Die Referenzspannunj;smessung kann nach Gleichung (7) mit symmetrischen Rechteck-Weehselspannungen sehr genau durchgeführt werden.

Eine erfindungsgemäße Effektivwert-Mellschaltung besitzt hohe MeQgenauigkeit und vor allem schnelles Einschwingverhalten, da kein Regelkreis mit Referenzspannungsvergleich vorgesehen ist wie bei den eingangs erwähnten bekannten Schaltungen. Die Ketitiiiiiienabweichungen des Gleichrichters werden vielmehr durch Messung am gleichen Gleichrichter bestimmt und errechnet und bei der anschließenden eigentlichen Messung berücksichtigt. Mit einer erfindurgsgemäßen Maßnahme kann die Meßgenauigkeit einer Effektivweri-Meüschaliiin.g der eingangs erwähnten Art um mehr als den Faktor IO verbessert werden, für .Sinusspannungen ist beispielsweise eine Genauigkeit von 0.01% erreichbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erlaute-t.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Messen des Effektivwertes U einer arn Eingang /: angelegten Wechselspannung u_s. die über einen Schalter 1 und einen Hochpaß 2 sowie einen Gegentaktverstärker 3 einem aus Halbleiterbauelementen BLif^ebiiuien E.iiektivwert^leichrichtcr 4 zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung über einen Differenzverstärker 5 so weit verstärkt wird, daß sie mit bekannten Meßeinrichtungen zum digitalen Messen ■ einer Spannung ausgewertet werden kann. Der Hochpaß 2 trennt einen eventuellen Gleichspannungsanteil der Meßspannung ab. Der Effektivwertgleichrich ter 4 wird über die beiden gegcnphasigen Ausgänge des Gegentaktverstiirkers 3 angesteuert, der Effektivwertgleichrichter 4 ist als Gegentakt-Effektivwertgleichrichtcrschaltuiig nach DE-AS 23 29 579 aus Feldeffekttransistoren aufgebaut. Dem Differenzverstärker 5 ist ein Tiefpaßfilter 6 nachgeschaltct. das die der gleichgerichteten Ausgangsspannung (/., überlagerten Wechselspannungskomponenten unterdrückt. Die Gren/.frequenz dieses Tiefpaßfilters 6 ist so bemessen, daß bei der niedrigsten Frequenz der zu messenden Kingangsspiinnung noch eine ausreichende Unterdrükkung solcher Wechselspannungskomponenten vorhanden ist. Da sich dann u. U. sehr lange Einschwingzeilet. ergeben, ist die Grenzfrequenz vorzugsweise umschaltbar, so daß für hohe Frequenzen, beispielsweise größer als I KHz. Einschwingzeiten von etwa 25 ms erreicht werden. Außerdem ist dieses Tiefpaßfilter vorzugsweise mehrpolig und auf optimales Einschwingen dimensiointii. ivn. I Ii pöngt i'nK-i ιιιιι.ί.ιι g*-gi.riÜL/^.r CinpOiigCi!

Filiern den Vorteil, daß sie. vereinfacht gesagt, bei gleicher Dämpfung schneller einschwingen. Am Ausgang dieses Tiefpaßfilters 6 entsteht der Mittelwert i/J der gleichgerichteten Ausgangsspannung, die über den Schalter 7 an den einen Eingang eines Komparator 8 geführt wird. Dem anderen Eingang des Komparators 8 wird die Ausgangsspannung eines Digital-Analog-Wandlers 9 als Referenzspannung zugeführt. Dieser Digital-; .nalog-Wandler 9 wird über einen Mikroprozessor 21 gesteuert. Die Schaltungsteile 8, 9 und 21 bilden einen bekannten, nach dem Prinzip der sukzessiven Approximation arbeitenden Analog-Digital-Wandler, mit dem der Mittelwert Ϊ77digital gemessen wird. Diese Messung kann sehr schnell, beispielsweise in I ms, erfolgen und steht dann zu weiterer Verarbeitung im Mikroprozessor 21 zur Verfügung. Für diese Digitalisierung des Spannungsmittelwertes kann natürlich auch jede andere bekannte Analog-Digital-Wandlerschaltung verwendet werden, beispielsweise ein vom Mikroprozessor triggerbarer Analog-Digital-Wandler. Im Mikroprozessor _21 wird aus dem digital gemessenen Mittelwert u_d nach der Beziehung (4) der gewünschte Effektivwert errechnet, und zwar nach der Näherungsgleichung

L = — b

;-».,,) U--jj Πζ - tf.,,.)] fur cUⁱ<bU-.

(8)

Zu diesem Zwerk werden in einer vorhergehenden Referenzspan nungsmessung die Gleichungskoeffizienten u.,0. b und c gemessen und im Mikroprozessor 21 gespeichert. Dies geschieht mit einer zusätzlichen Referenzspannungsquelle zum Erzeugen von verschiedenen Referenzspannungen. Nachdem drei Koeffizienten zu bestimmen sind, müssen auch drei entsprechende Referenzspannungen zur Verfügung stehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiei umfaßt die Referenzspannungsquelle eine hochstabile Gleichspannungsquelle 10. aus der über einen Spannungsteiler 11 zwei hochstabile Gleichspannungswerte abgeleitet werden, die über einen Wählschalter 14 einem Zerhacker 15 zuführbar sind, der seinerseits über einen Rechteckgenerator 16 gesteuert ist Der Wählschalter 14 und ein Schalter 22 sind wiederum unmittelbar über den Mikroprozessor 21 gesteuert. Am Ausgang des Zerhackers 15 können so zwei Rechteck-Wechselspannungen Ui und LA erzeugt werden, deren Amplituden unmittelbar proportional sind den beiden im Spannungsteiler 11 erzeugten stabilen Gleichspannungswerten. Diese Rechteck-Wechselspannungen U\ und Ui können als Referenzspannungen über einen Trennver-

'-'· stärker 17 und einen Spannungsteiler 18 bei geschlossenem Schalter 19 über den Hochpaß 20 dem Eingang des Gegentaktverstärker 3 zugeführt werden. Aus Genauigkeitsgründen ist die zu zerhackende Gleichspannung relativ groß gewählt, damit Linearitätsfehler des Zerhackers möglichst klein gehalten werden. Da im allgemeinen der Nennwert der Eingangsspannung am Gegentaktverstärker 3 bei Gleichrichterschaltungen dieser Art nur einige mV beträgt, ist zur Teilung der Referenzwechselspannung der einstellbare Spannungsteiler 18 vorgesehen.

Als dritter Referenzspannungswert dient eine Referenzwechselspannung Uo=Null. Zu diesem Zweck kann der Generator 16 über den vom Mikroprozessor 21 gesteuerten Schalter 22 abgeschaltet werden. Natürlich kann diese Referenzspannung Null auch auf andere Weise erzeugt werden, beispielsweise durch Auftrennen des zum Verstärker 3 führenden Referenzspannungskreises.

Milden drei Reierenzspanniingswerten <'„. Ui und ί '_· können nach tier Cileichiing 7 die Koeffizienten </.,n. fa und cermittelt werden. Zu diesem Zweck wird über den Mikroprozessor 21 der .Schulter I geöffnet und der Schulter IS geschlossen. Zunächst wird die Referenz- '< spannung U_n durch Öffnen des Schallers 22 angelegt. Der gemessene Mittel wert der Alisgangsspannung i/7 in digit.,';r Form entspricht dann unmittelbar dem Koeffizienten u,,n. der im Mikroprozessor 21 gespeichert wird. Anschließend wird dann über den Schaller i" 14 der dem Vollausschlag entsprechende Refcrcn/spannungswert i', an das Gleichrichterclement 4 angelegt und der daraus resultierende digitale Mittelwert der Ausgangsspannung im Mikroprozessor gemessen und gespeichert. Dann wird durch Umschalten des Wähl- t"> schalters 14 der zweite Referenzspannungsweri (/_· angelegt und wiederum der zugehörige digitale Mittelwert der Ausgangsspannung gemessen. Damit stCiicn dir /*wci i\CicrCM/spiiriniirigcri /»vci oiCiCniingcri nach der Beziehung (7) zur Verfügung, aus denen dann 2" unter Berücksichtigung des bereits ermittelten Koeffizienten ι/.,,, die beiden restlichen Koeffizienten b und c im Mikroprozessor 21 errechnet und dort abgespeichert werden. Am Ende dieser Referenzspannungsmessung stehen also im Mikroprozessor die Koeffizienten der -"· Gleichung (4) zur Verfügung und können nach Rückschalten der Schalter 1 und 19 zur Bestimmung des Effektivwertes einer angelegten unbekannten Wechselspannung u, berücksichtigt werden, die dann über eine Anzeigeeinrichtung 23 unmittelbar digital angezeigt .«» werd.n kann.

Der Koeffizient c beeinflußt die Messung relativ schwach und es genügt deshalb, diese Größe nur einmal zu bestimmen und im Mikroprozessor 21 abzuspeichern. Die Koeffizienten </,o und b sind hingegen stark i"> temperaturabhängig und es ist deshalb zweckmäßig, diese zyklisch während des eigentlichen Meßvorganges zu überwachen und neu zu erfassen. Aus diesem Grund. werden die Schalter 1 und 19 zyklisch beispielsweise al'e 10 Sekunden so geschaltet, daß die Meßspannung u, ■"> kurzzeitig abgetrennt und dafür die Referenzspannungen Un und U\ an das Gleichrichterelement angelegt werden und daraus, wie oben beschrieben, die Koeffizienten i/jo und b erneut bestimmt werden. Es kann dann ein Mittelwert mit den gespeicherten der ·»■> vorangehenden Messungen im Mikroprozessor 21 errechnet werden, der dann als korrigierter Wert abgespeichert wird.

Bei der theoretischen Behandlung des Effektivwertgleichrichters ist davon ausgegangen worden, daß die Referenzwechselspannungen in ihrer Größe exakt bekannt sind. Dies ist in der Praxis jedoch nur schwer erreichbar. Es kann lediglich das Verhältnis der Wechselspannungen exakt bestimmt und eingestellt werden, indem beispielsweise das Verhältnis der über den Spannungsteiler It erzeugten Gleichspannungen gemessen oder eingestellt wird. Es ist dann allerdings noch ein Absolutwertabgleich erforderlich, der durch den Spannungsteiler 18 durchgeführt werden kann. Natürlich kann eine solche Absolutwertabgleichung 60 Q auch im eigentlichen Meßkreis durchgeführt werden, also beispielsweise zwischen Schalter 1 und Hochpali 2. Das Verhältnis zwischen den beiden Rcferenzweehselspannungen U\ und U> kann unmittelbar in der Schaltung selbst durch einfache Zusatzmaßnahmen gemessen werden, beispielsweise kurz vor der Bestimmung des Koeffizienten c. Zu diesem Zweck ist ein zusätzlicher Umschalter 13 mit nachgescliallelcm Verstärker 12 vorgesehen, dem die beulen vom Spannungsteiler Il gelieferten Referenzgleichspannungen geführt werden. Der Ausgang des Verstärkers 12 kann Ober den vom Mikroprozessor 21 gesteuerten Umschalter 7 anstelle der Ausgangsspannung des Gleichrichterelemcnts 4 dem Komparator 8 zugeführt werden. Auf diese Weise können die beiden Gleichspannungswerte. die den Rechteck-Spannungswerten LA und U; entsprechen, nacheinander digital gemessen und dem Mikroprozessor zugeführt werden. In diesem kann dann auf einfache Weise das Verhältnis dieser Spannungen

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Koeffizienten c Referenzspanniingsmcssungen mit beiden Referenzwechselspannungen U₁ und Ui erforderlich sind, braucht auch nur zur Ermittlung des Koeffizienten c diese erwähnte Verhältnismessung durchgeführt werden, beispielsweise während einer Serviceüberprüfung des Gerätes. Für die zyklische Überprüfung der Koeffizienten u,,„ und b ist neben der Null-Spannung U» nur die eine Referenzspannung U-, nötig.

Für die Erzeugung der genauen Referenzspannungen können natürlich auch andere bekannte Schaltungen verwendet werden, die vorgeschlagene spezielle Schaltung ist jedoch besonders vorteilhaft, da Abgleicharbeiten hierdurch auf ein Minimum beschränkt werden und mit ein und demselben Mikroprozessor sämtliche Messungen und Korrekturen durchgeführt werden können. Die Verwendung eines aus Feldeffekttransistoren aufgebauten Gleichrichterelements ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Bestimmung der Gleichungskoeffizienten am einfachsten ist. Im Prinzip ist die erfindungsgemäße Schaltung jedoch für alle Halbleiter-Gleichrichterschaltelemente geeignet, für welche die allgemeine Gleichung (1) gilt. Die zusätzlichen höherpotenten Fehler können durch einmalige Bestimmung leicht ermittelt und als Festwerte im Mikroprozessor bei der Auswertung berücksichtigt werden, ähnlich wie der als konstant angenommene Koeffizient c. Auch für solche Schaltungen genügt es, beispielsweise zyklisch die beiden ersten temperaturabhängigen Koeffizienten zu ermitteln. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, durch entsprechende Referenzspannungsmessungen mit i/o und U\ beide Koeffizienten u_ao und b zyklisch zu überwachen. In manchen Fällen kann es jedoch genügen, nur einen dieser Faktoren, beispielsweise u₃o oder b, zyklisch zu überwachen und durch andere Schaltungsmaßnahmen dafür zu sorgen, daß die anderen Koeffizienten als konstant angenommen werden können. Für ganz genaue Messungen kann es darüber hinaus auch vorteilhaft sein, auch den Koeffizienten c zyklisch während der Messung zu überwachen und entsprechend zu korrigieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Messen des Effektivwertes einer Wechselspannung mit einem aus Halbleiterbauelementen aufgebauten Effektivwertgleichrichter, bei dem zwischen dem Effektivwert U der Eingangsspannung und dem Mittelwert üjder Ausgangsspannung für sinusförmige Eingangsspannungen die Beziehung