DE2045376C - Schaltungsanordnung zum Messen einer Spannung und eines Stromes oder einer Leistung von passiven und aktiven Zweipolen unter Vermeidung des durch Eigenverbrauch von angeschlossenen Anzeigegeräten verursachten Fehlers - Google Patents

Description

Wattmeters benutzt wird, gl-icht die Anzeige eines einer Reihenschaltung ist die gemeinsame Größe Iz,

solchen Wattmeters dem genauen Wert der Leistung dagegen bei einer Parallelschaltung Uz. Diese ge-

des Verbrauchers. meinsame Größe kann einfach dadurch gemessen

In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und 2 die Grund- werden, daß in den gewählten ZweigZl ein zweites

schaltungen nach der Erfindung, wobei mit Zl bis 5 Spannungs- oder Stromanzeigegerät Ml geschaltet

Z 4 Biückenzweige bezeichnet sind, mit Z ein zu wird und dieses in Werten Iz bei einer Reihenschal-

messender Zweipol, mit B eine die Brücke und zu- tung und in Werten Uz bei einer Parallelschaltung

gleich auch den zu messenden Zweipol speisende kalibriert wird.

Quelle, miv Zl den Innenwiderstand der Quelle, mit In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Ml ein Diagonalanzeigegerät für Spannung oder io Schaltung nach der Erfindung wiedergegeben, wo das

Strom, mit Iz der Strom und mit Uz die Spannung erste und zweite Anzeigegerät zu einem gemeinsamen

des zu messenden Zweipols, mit 1, 2,3, 4 die Kno- Anzeigegerät M3 vereinigt sind, dessen Anzeige vom

tenpunkte der Brücke. elektrischen Zustand sowohl im gewählten Brücken-

In Fig. 3 sind zwei Ausführungsbeispiele des ge- zweigZl als auch in der Diagonale der Brücke abwählten Briickenzweigs Zl dargestellt, wo mit Ml 15 hängt. Die Anzeige des Anzeigegeräts M3 ist also ein zweites Spannungs- oder Stromanzeigegerät be- eine Funktion der Spannung Uz und des Stromes /; zeichnet ist. In F i g. 4 ist ein Teil der Brücke darge- des zu messenden Zweipols Z. Das Anzeigegerät M 3 stellt, wo mit Af 3 ein Doppel-Anzeigegerät bezeich- kann ein Wattmeter, ein Quotientenmesser, ein net ist, dessen einer Eingangskreis in einen gewählten Cosinus-? -Meter sein, das Größen wie die Wirk- und Brückenzweig Zl und dessen zweiter Eingangskreis 20 Blindleistung des zu messenden Zweipols Z oder in den diagonalen Brückenzweig geschaltet ist. Parameter wie die Impedanz, die Phase, der Diffe-

In Fig. 5 und 6 ist nur ein Teil der Brücken- rentialwiderstand, die Reaktanz des zu messenden

schaltung abgebildet, wo unter R ein Regler darge- Zweipols Z u. dgl. anzeigt. Bei einer richtigen Di-

stellt ist, der die Quelle ß regelt, unter M 4 ein Füh- mensionierung der Brückenelemente erreicht man,

ler des Reglers, der in die Diagonale des Brücken- »5 daß der angezeigte Wert genau dem Wert des zu

zweigs geschaltet ist, und unter M5 ein in den ge- messenden Zweipols entspricht und es nicht nötig ist,

wählten Brückenzweig Zl geschalteter Fühler. eine Korrektur durch Rechnen durchzuführen. Weiter

Die Schaltung nach der Erfindung besteht im we- ist es möglich, außerhalb des Anzeigegeräts M 3 noch sentlichen aus einer abgeglichenen Impedanzbrücke, eines oder beide Anzeigegeräte Ml, M2 zu belassen die durch die vier Zweige Zl bis Z 4 gebildet ist, 30 und ganz genau zwei oder auch drei Größen des gedie in den Knotenpunkten 1 bis 4 in ein Quadrat ge- messenen Zweipols Z gleichzeitig anzuzeigen,
schaltet oind, aus dem diagonal an Anzeigegerät Ml bei Die Tatsache, daß das Anzeigegerät M1 die ge-Speisung der Brücke in den Knotenpunkten 1 und 2 naue Größe am zu messenden Zweipol Z anzeigt, der zweiten Diagonale, und aus einem zu messenden kann zur Regelung dieser Größe benutzt werden. Das passiven oder aktiven Zweipol Z, der entweder in 35 Blockschaltbild einer solchen Regelung ist in F i g. 5 Reihe (s. F i g. 1) oder parallel (s. F i g. 2) zu einem wiedergegeben. Einen Bestandteil des diagonalen ausgewählten der vier Brückenzweige Zl bis Z4 ge- Zweigs bildet ein Fühler M4 eines Reglers/?, der schaltet ist. In der Zeichnung bildet den gewählten durch sein (nicht gezeigtes) Stellglied die Quelle ß Zweig der Zweig Zl. Durch das Schalten des zu steuert. Eine automatische Regelung dient üblichermessenden Zweipols in die Brücke entsteht eine Un- 40 weise zur Konstanthaltung der Regelgröße,
symmetrie der Brücke, was durch einen Ausschlag Zum Beispiel bei einer stabilisierten Spannungsam Diagonal-Anzeigegerät Ml gezeigt wird, quelle, die an ihrem Ausgang ein Milliamperemeter

Dieser Ausschlag ist bei einer Reihenschaltung und ein Voltmeter angeschlossen hat und an ihrem nach Fig. 1 der Spannung Uz am zu messenden Ausgang auch die Istspannung für den Vergleicher Zweipol direkt proportional, und das Anzeigegerät 45 des automatischen Reglers abgibt und registrieren Ml muß in Werten der Spannung U: kalibriert wer- läßt, zeigt das Milliamperemeter nicht nur den Strom den. Bei einer Parallelschaltung nach F i g. 2 ist der durch die Last, sondern auch den Strom des Volt-Ausschlag des Diagonal-Anzeigegeräts Ml dem meters und den Strom des Fühlers an, was nicht erStrom Iz des zu messenden Zweipols direkt propor- wünscht ist. Wenn z. B. eine Serienschaltung gemäß tional, und deshalb wird die Skala dieses Anzeigege- 50 der Erfindung angewendet wird, kann man das VoIträts mit den Werten des Stroms Iz kalibriert. Dabei meter in den diagonalen Brückenzweig legen und ist die Anzeige des Diagonal-Anzeigegeräts richtig die diagonale Spannung als Istwert für den Vergleiohne Rücksicht darauf, ob Uz und Iz mit der Ände- eher nehmen. Statt des zu messenden Zweipols wird rung der Ausgangsspannung der Quelle B oder mit die Last angeschlossen, wodurch das Milliampereder Änderung des zu messenden Zweipols Z selbst 55 meter den Zweig Z1 bildet und genau in Reihengeändert wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis schaltung mit der Last liegt, so daß es den Strom zugrunde, daß das Diagonal-Anzeigegerät Ml, das der Last angibt.

nicht direkt an den zu messenden Zweipol Z ange- Der Fühler M 5 des Reglers kann auch in den geschlossen ist, sondern sich in einem anderen Zweig, wählten Brückenzweig Z1 geschaltet werden. Das nämlich der Diagonale, befindet, trotzdem die je- 60 Blockschaltbild einer solchen Regelung ist in F i g. 6 weilige elektrische Größe des Zweipols Z anzeigt. Die wiedergegeben.

Erfindung gibt also eine neue Art des indirekten Zum Beispiel bei der Anwendung der Schaltung

Messens an. gemäß der Erfindung bei einer stabilisierten Strom-

Bis jetzt ist es um ein indirektes Messen von Uz quelle wird die Quelle auf konstanten Strom einge-

und Iz mit Hilfe von Ml gegangen. Bei einer Reihen- 65 regelt, da die Istspannung (Spannung des Zweiges

schaltung und bei einer Parallelschaltung ist eine die- Zl) proportional dem Strom durch die Last ist. Das

ser Größen für den zu messenden Zweipol Z sowie Voltmeter liegt im diagonalen Erückenzweig, und das

für den gewählten Brückenzweig Z1 gemeinsam. Bei Mtlliamperemeter wird Bestandteil des Zweiges Zl.

Beide Schaltungen mil Reglern sind vorteilhafterweise für stabilisierte Speisequellcn geeignet, bei denen ein genaues Messen der Ausgangsspannung sowie des Ausgangsstroms notwendig sind. Endlich kann auch das Doppel-Anzeigegerät M3 das Stellglied des Reglers bilden, z. B., wenn man ein wattmetrisches System als Fühler benutzt, wird die Spannungsquelle so geregelt, daß die Lastleistung auch bei Änderungen des Widerstandes der Last konstant bleibt. Diese Regelung ist z. B. bei der Messung der Wärmccigenschaften elektrischer Bauelemente, wenn diesen für längere Zeit eine konstante elektrische Leistung zugeleitet werden soll, trotz starker Änderung des Widerstandswerts der Bauelemente, mit Vorteil anwendbar.

Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht vorerst darin, daß eine Vervollkommnung der klassischen elektrischen Meßgeräte sowie auch deren Anwendung auch dort ermöglicht wird, wo anspruchsvollere elektronische Geräte benötigt werden. Zum Beispiel kann ein Mehrbcreichs-Vollamperemcter, ohne daß eine Korrektur der gemessenen Werte notwendig ist, vorteilhaft zum Messen der Eingangskreise von Transistoren, Dioden u. dgl. ohne Verwendung eines Elektronenvoltmcters benutzt werden. Die erfindungsgemäße Schaltung kann sehr günstig bei einer präzisen L.aborineßcinrichtung für sehr kleine Leistungen benutzt werden, die ein MiIIiamperemcter, ein Vollmeter und ein Wattmeter enthält, womit gleichzeitig genau die drei Grundgrößer des Prüflings ohne irgendwelche Korrekturen gemessen werden.

Außer diesen zwei Anwendungen ist es möglich, die Erfindung für eine Reihe von anderen Fällen, insbesondere für Fernmessungen der Spannung oder des Stroms anzuwenden, wenn die Länge der Leitung zwischen den Meßstellen und der Auswertungsstellc

ίο keinen Einfluß haben soll, indem der Widerstand der Leitung zum ausgewählten Zweig der Brücke gehört, und in der Regelungs- und Steuerungstechnik, wo an Stelle der Anzeigegeräte geeignete Fühler mit folgenden Qucllenreglern bei stabilisierten Quellen od. dgl.

geschaltet weiden.

Weitere Abwandlungen der Erfindung entstehen dadurch, daß die Zweige Z2 und Z 4 durch Quellen ersetzt werden, wodurch die Quelle B entfällt, oder daß der zu messende Zweipol nicht direkt in den ge-

ao wählten Brückenzweig geschaltet wird, sondern indirekt, z. B. über einen Transformator.

Die Schaltung gemäß der Erfindung kann in manchen Fällen angewendet werden, wo der Einfluß einer parallelen Meßlast oder einer Reihenmeßlast auf das gemessene Element oder der Einfluß eines nicht zu vermeidenden unerwünschten Reihenwiderstands oder Parallelwiderstands zum gemessenen Element beseitigt werden soll.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

üblicherweise ein Zeigervoltmeter und ein davon gePatentansprüche: trenntes Amperemeter oder ein kombiniertes Meßgerät, z. B. ein Voltamperemeter benutzt Bisher ist

1. Schaltungsanordnung zum Messen einer es unmöglich, dabei zu vermeiden, daß entweder das Spannung, eines Stromes oder einer Leistung von 5 Voltmeter die genaue Spannung an dem gemessenen passiven und aktiven Zweipolen unter Vermei- Element anzeigt und das Milliainperemeter die dung des durch Eigenverbrauch von angeschlos- Summe der Ströme durch das Element und das VoItsenen Anzeigegeräten verursachten Fehlers, mit meter mißt, oder man mißt genau den Strom, und einer abgeglichenen Meßbrücke, die aus vier das Voltmeter registriert eine um einen Milliampere-Zweigen und aus einem diagonalen Zweig besteht, io meterabfall erhöhte Spannung. Falls man genaue der mindestens ein Spannungs- oder Stroman- Werte des Stroms und der Spannung des gemessenen zeigegerät enthält, dadurch gekennzeich- Elements braucht, mu2 man durch eine Rechnung net, daß zusätzlich zu einem ausgewählten (Zl) eine Korrektur durchführen. Dieser Mangel der VoItder vier Brückenzweige (Zl bis Z 4) in Reihe amperemeterniethode ist insbesondere beim Messen oder parallel der zu messende Zweipol (Z) ge- 15 von Schwachstrom-Halbleiterelementen fühlbar, wie schaltet ist, wodurch eine Unsymmetrie der Meß- sie Transistoren, verschiedene Dioden u. dgl. bilden, brücke entsteht, und daß das Spannungs- oder wo Spannungen unter 1 V und Ströme größenord-Stromanzeigegerät (M I) in Weiten kalibriert ist, nungsiiäßig von 10 mA bis 1 μΑ verwendet werden die der Größe der Spannung (Uz) am bzw. des Zur Beseitigung der angeführten Nachteile ist z. B. Stromes (Iz) durch den Zweipol proportional sind ao die Anwendung von elektronischen Voltmetern mit (Fig. 1,2). einem großen Eingangswiderstand bekannt, so daß

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- ihr Verbrarch vernachlässigbar ist Oder es werden durch gekennzeichnet, daß der ausgewählte die Spannung und der Strom mit Hilfe der Kompen-Brückenzweig (Zl) mindestens den Eingangskreis sationsmethode gemessen, bei der der Verbrauch und eines zweiten Anzeigegerätes (Af 2) enthält 25 auch der Spannungsabfall gleich Null sind. Diese be-(F i g. 3). kannten Methoden haben als Nachteil ihre Kompli-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder ziertheit, außerdem wird die Genauigkeit des Messens 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem ausge- herabgesetzt, das System ist teuer, und manche Mewählten Brückenzweig (Zl) in Reihe oder paral- thoden können nicht zum Messen von Wechselstrom !el, gegebenenfalls mit einem Vor- oder Shunt- 30 benutzt werden.

widerstand, ein erster Eingangskreis eines Ein ähnliches Problem wie bei der Voltampere-Doppel-Anzeigegeräte (M 3) geschaltet ist und der metermethode existiert beim Messen der elektrischen diagonale Brückenzweig einen zweiten Eingangs- Leistung mit Hilfe von Wattmetern. Beim präzisen kreis des Doppel-Anzeigegerätes (Ml) enthält, Messen der Leistung mittels eines Wattmeters ist es dessen Anzeige in Werten kalibriert ist, die einem 35 ebenfalls notwendig, durch Rechnung eine Korrektur elektrischen Parameter wie Widerstandswert, In- durchzuführen, entweder hinsichtlich des Verbrauchs duktivität und Kapazität des zu messenden Zwei- von Stromspulen oder hinsichtlich des Verbrauchs pols (Z) oder einer Größe am zu messenden des Spannungskreises, da der Meßfehler vom tat-Zweipol proportional sind, die aus der Spannung sächlichen Verbrauch insbesondere bei Wattmetern (Uz) am und dem Strom (Iz) durch den zu mes- 4» für kleine Ströme und Spannungen wächst, wo die senden Zweipol bzw. auch aus deren Phasenver- Korrektur mehrmals die Genauigkeitsklasse des wattschiebung (ψ) gewonnen werden kann, wobei das metrischen Geräts übersteigt.

diagonale Spannungs- oder Stromanzeigegerät Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schal-

(M 1) entfallen kann (F i g. 4). tungsanordnung der eingangs genannten geuauesten

4. Schaltungsanordnung nach einem der vor- 45 Art anzugeben, die ein genaues Messen in einfacher hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Weise für Gleich- und Wechselstrom ohne jegliche daß eines der Anzeigegeräte (Ml, M2, M3) als Korrekturrechnungen ermöglicht.

Fühler (M 4, M 5) eines Reglers (R) wirkt, dessen Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der einStellglied die Speisequelle (B) der Meßbrücke so gangs genannten Art dadurch gelöst, daß zusätzlich beaufschlagt, daß sie die zu messende Größe (Uz, 5° zu einem ausgewählten der vier Brückenzweige in Iz) regelt. Reihe oder parallel der zu messende Zweipol ge

schaltet ist, wodurch eine Unsymmetrie der Meßbrücke entsteht, und daß das Spannungs- und Strom-

anzeigegerät in Werten kalibriert ist, die der Größe

55 der Spannung am bzw. des Stromes durch den Zweipol proportional sind (F i g. 1, 2).

Die Erfindung gibt also eine Brückenschaltung an,

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung welche ein gleichzeitiges Messen des Stroms und der zum Messen einer Spannung, eines Stroms oder einer Spannung eines Verbrauchers mit klassischen Zeiger-Leistung von passiven und aktiven Zweipolen unter 60 anzeige- oder -meßgeräten ermöglicht, von denen ein Vermeidung des durch Eigenverbrauch von ange- erstes direkt an den zu messenden Verbraucher anschlossenen Anzeigegeräten verursachten Fehlers, geschlossen ist und ein zweites im diagonalen Zweig mit einer abgeglichenen Meßbrücke, die aus vier der Brücke geschaltet ist. Die dabei angezeigten Zweigen und aus einem diagonalen Zweig besteht, Werte entsprechen den am Verbraucher vorkommender mindestens ein Spannungs- oder Stromanzeige- 65 den Werten, und es ist nicht nötig, diese hinsichtlich gerät enthält. des Eigenverbrauchs der Anzeige_t rate zu berichti-

Zum Messen von Spannungs-Strom-Kennlinien gen. Falls an Stelle eines Voltmeters und eines Amelektrischer Elemente oder Stromverbraucher wird peremeters eine Spannungs- und Strornwicklung eines