HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen des
Widerstandes eines geschlossenen elektrischen Stromkreises ohne
den Stromkreis zu unterbrechen und ohne irgendwelche
ohmschen Verbindungen mit dem Stromkreis zu machen.
Beschreibung des Standes der Technik
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Die japanische veröffentlichte Anmeldung JP-A-57131071
und das US-Patent Nr. 4142143 beschreiben jeweils ein Gerät
zum Erkennen der Impedanz eines Stromkreises unter
Verwendung einer induktiven Übertragerspule, um einen Strom in
dem Stromkreis zu induzieren und einer separaten
Sensorspule zur Messung der induzierten Ströme.
Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Gerät zum Messen des Widerstandes eines
geschlossenen Stromkreises, ohne den Stromkreis zu unterbrechen weist
eine abnehmbare Einrichtung zum Verbinden des Gerätes mit
dem Stromkreis, ohne den Stromkreis zu unterbrechen, eine
Einrichtung zum Induzieren eines elektrischen Stromes über
die abnehmbare Verbindungseinrichtung in dem Stromkreis,
der zu messen ist, und eine Einrichtung zum Erfassen und
Anzeigen des Widerstandes des getesteten Stromkreises auf
und ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der die
Verbindungseinrichtung in Schwingung zu versetzen ist, eine
Einrichtung zum Liefern eines maximalen
Verbindungsstromkreis-Widerstandes, und eine Einrichtung, die an die
Schwingungseinrichtung angeschlossen ist, um Spannungen zu
kompensieren, die aus Kopplungsverlusten zwischen der
Verbindungseinrichtung
und dem geschlossenen Stromkreis
entstehen.
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Wie im Detail unter Bezug auf die bevorzugte
Ausführungsform erläutert werden wird, hat die Einrichtung zum
Schwingung Bringen der Verbindungseinrichtung den Effekt
des Kompensierens des Induktions-Blindwiderstandes der
Verbindungseinrichtung. Die Einrichtung zum Liefern eines
maximalen Verbindungsstromkreis-Widerstandes gestattet die
Kompensation der Widerstandsverluste in dem
Schwingungsstromkreis. Wie nachfolgend im Detail erläutert werden
wird, ist ein derartiger Verbindungsstromkreis-Widerstand
effektiv parallel zu dem zu messenden Widerstand.
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Wie durch die bevorzugte Ausführungsform hervorgehoben
wird, kann die Erfindung Fehler verringern, die durch
Kopplungsverluste und durch den Ladungseffekt des Stromkreises
verursacht werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist
der Stromkreises mit einer einzigen Verbindungssonde
gekoppelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer bevorzugten
Ausführungsform des neuen Meßgerätes;
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Fig. 2 eine graphische Darstellung der relativen
Sondenspannung, die von der bevorzugten Ausführungsform von
Fig. 1 erhalten wird gegenüber dem Widerstand des zu
testenden Stromkreises, Schleifenwiderstand genannt, in Ohm
und die Effekte bestimmter Kompensationselemente in dem
Meßgerät, um ein lineares Meßsignal zu erzeugen, das direkt
proportional zum Widerstand in dem Stromkreis ist, dessen
Widerstand getestet wird;
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Fig. 3 ein detailliertes schematisches Schaltbild des
Widerstandsmeßsignal-Erzeugungsabschnittes in dem Meßgerät,
das in Fig. 1 allgemein dargestellt ist;
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Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild des Stromkreises
zum Anzeigen der Widerstandsmeßsignale, welche durch das
Gerät von Fig. 3 erzeugt werden;
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Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten
Ausführungsform der Verbindungssonde in dem Meßgerät von
Fig. 1; und
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Fig. 6 eine auseinandergezogene Darstellung der
bevorzugten Ausführungsform der Sonde, die in dem Meßgerät von
Fig. 1 verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Gerätes
zum Messen des Widerstandes eines geschlossenen
elektrischen Schleifenstromkreises, das einen abnehmbaren
Verbinder 1 aufweist, der über einen Strompfad 3 parallel zu
einem Schwingungskondensator 2 geschaltet ist. Parallel zu
dem Schwingungskondensator 2 ist über einen Strompfad 5 ein
negativer Widerstand 4 geschaltet. Parallel zu dem
negativen Widerstand 4 und dem Schwingungskondensator 2 ist über
einen Strompfad 7 und Verbindungspunkte 8 und 9 ein
Stromgenerator 6 geschaltet. Dieses Gerät, welches lösbar mit
einem Stromkreis (beispielsweise einem Schleifenstromkreis
10) zum Zweck des Messens dessen Widerstandes verbunden
ist, erzeugt auf einem Strompfad 11 ein Spannungssignal,
das direkt proportional zum Widerstand des Stromkreises 10
ist. Das Signal auf dem Strompfad 11 läuft durch einen
Gleichrichter 12 und über einen Strompfad 13 zu einem
Voltmeter 14, wo die gemessene erkannte Spannung als der
gemessene Widerstand der Schleife 10 in der Einheit Ohm oder
anderen geeigneten Einheiten angezeigt wird.
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Fig. 2 zeigt als graphische Darstellung die gemessene
erkannte Spannung, die in der Graphik mit Vp bezeichnet ist
gegenüber dem Widerstand der zu testenden Schleife. In
dieser Graphik zeigt die Kurve 101 das Ausgangssignal, das
sich ergeben würde, wenn der negative Widerstand 4 in dem
Gerät von Fig. 1 nicht vorhanden wäre. Die Kurve 102 zeigt
den Effekt des negativen Widerstandes 4 in dem Gerät von
Fig. 1 auf die Kurve 101. Die Kurve 102 zeigt den Effekt
des Null-Offsets auf die Kurve 101.
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Fig. 3 zeigt ein detailliertes schematisches Schaltbild
der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1. Ein
Kristalloszillator 201 erzeugt ein elektrisches
Rechteckwellensignal von beispielsweise 25 kHz. Dieses Signal erfährt in
einem FET 202 eine Amplitudenregulation und durch
Regulierstromkreise 203 und 204 eine Spannungsregulierung auf einen
bestimmten Wert, bevorzugt auf ungefähr 2,5 V. Ein
Verstärker 205 wandelt das Rechteckwellensignal in eine Sinuswelle
um und ist im wesentlichen auf die gleiche Frequenz wie der
Signalgenerator 201 abgestimmt.
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Ein Sondenverbinder 206, der bevorzugt eine Spule mit
40 Wicklungen und gespaltenem Kern mit einer Induktivität
von annähernd 2,5 mH ist, ist in Serie mit dem Ausgang
eines Treiberstromkreises 207 und parallel zu Kondensatoren
208, 209, 210, 211 und 212 geschaltet. Diese Kondensatoren
bringen den Stromkreis, der den Verbinder 206 enthält, auf
eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz, wenn der
Verbinder 206 in einem geschlossenen Zustand ist. Der Kern
des Verbinders 206 ist gespalten, um eine entfernbare
Verbindung mit einem geschlossenen Schleifenstromkreis zu
erlauben, dessen Widerstand zu messen ist. Wenn der Verbinder
lösbar mit dem geschlossenen Stromkreis verbunden ist,
dessen Widerstand zu messen ist, ändert sich der Widerstand
des Stromkreises, der den Verbinder 206 beinhaltet direkt
proportional zu dem Widerstand des zu testenden
geschlossenen Stromkreises.
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In der bevorzugten Ausführungsform dieses Gerätes ist
der Verbinder 206 eine Aufklemmsonde, die durch Abändern
einer Sonde des Modells P6021 von Tektronics hergestellt
wird. Fig. 5. zeigt ein schematisches Schaltbild der
modifizierten Sonde. Fig. 6 zeigt eine Darstellung des
körperlichen Aufbaus der modifizierten Sonde. Gemäß Fig. 5 weist
die Sonde einen Schiebeschalter 301 auf, der geöffnet das
Anbringen der Sondenöffnung 302 (Fig. 6) an und geschlossen
das Anschließen der Sonde an einen Stromkreis erlaubt,
dessen Widerstand zu testen ist. Die Sonde ist an einem
dreiadrigen Kabel angeschlossen, das eine Kupplung 303 an
dem der Sonde gegenüberliegenden Ende des Kabels hat, zur
Verbindung der Kabel/Sonden/Verbinder-Anordnung mit dem
Testgerät.
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Um sicherzustellen, daß die Widerstandsänderung oder
die Spannungsänderung in dem zu testenden Stromkreis direkt
proportional zu der Widerstandsänderung in dem
Schwingungsstromkreis mit dem Verbinder 206 ist, enthält der
Schwingungsstromkreis einen negativen Widerstand, dessen Wert
gleich dem positiven Widerstandswert des Verbinders 206
ist, wenn der den Verbinder 206 enthaltende Stromkreis
nicht an einem zu testenden Stromkreis angebracht ist,
d. h., wenn der Widerstand dieses Stromkreises unendlich
ist. In Fig. 3 wird dieser negative Widerstand durch einen
einstellbaren Widerstand 230 eingestellt. Das Signal vom
Treiber 207, welches einen negativen Ausgangswiderstand
hat, bewirkt einen Offset von Verlusten in dem
Teststromkreis, der den Verbinder 206 beinhaltet, was ein lineares
Meßsignal an einem Knoten 213 erzeugt. Dieses lineare
Meßsignal verläuft jedoch nicht durch den Ursprung der Graphik
gemäß Fig. 2, d. h. ein gemessener Widerstand von Null
erzeugt keine Spannung von Null oder eine Messung von Null
Ohm. Um diese Versetzung zu korrigieren, zeigt Fig. 3 die
Hinzufügung einer kleinen versetzenden Gleichspannung zu
dem Meßsignal entsprechend der Signalspannung, die an dem
Knoten 213 erscheint, gefolgt von einer Gleichrichtung in
einem Gleichrichter-Netzwerk 214 und 215. Der
Gleichspannungs-Offset wird über einen einstellbaren Widerstand 216
eingestellt und mit dem gemessenen Signal am Verstärker 217
aufsummiert.
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Um eine ungültige Messung zu verhindern, wenn der
Verbinder 206 geöffnet ist, schließt der Schalter 218, was den
Transistor 231 leitfähig macht und das gemessene Signal in
eine Überbereichs-Messung zwingt.
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Wenn der Verbinder 206 um den Stromkreis herum
geschlossen wird, dessen Widerstand zu testen ist, wird das
Gerät mittels dreier einstellbarer Widerstände kalibriert.
Die Einstellung des unteren Skalenbereiches wird durch den
Widerstand 216 gemacht, der auf einen Schleifenwiderstand
geringen Wertes gesetzt wird, mit dem jeglicher Null-Offset
kompensiert wird, der von Kopplungsverlusten herrührt. Der
einstellbare Widerstand 219 erlaubt eine Einstellung des
mittleren Skalenbereiches und wird auf einen Wert von
beispielsweise 0,9 Ohm gesetzt, um die gesamte Verstärkungs-
Steuerung zu ermöglichen. Die dritte oder obere
Skalen-Einstellung wird mittels des einstellbaren Widerstandes 212
gemacht, und kompensiert Widerstandsverluste in dem
Stromkreis, der den Verbinder 206 beinhaltet.
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Fig. 4 zeigt ein detailliertes Schaltbild des Systems
zum Anzeigen des Widerstandsmeßsignals, welches auf dem
Strompfad 220 in Fig. 3 auftritt. Dieses Meßsignal
durchläuft auf einem Strompfad 302 einen A/D Wandler 301. Das
sich ergebende digitale Signal läuft dann auf Strompfaden
303, 304 und 305 zu LCD-Treiberstromkreisen 307, 308 und
309, welche eine LCD-Anzeige 310 antreiben, um den
gemessenen Widerstand des zu testenden Stromkreises anzuzeigen.
Die Signale auf den Strompfaden 303, 304 und 305 gelangen
auch auf Strompfaden 311, 312 und 313 zu
Schwellenwert-Erkennungsnetzwerken 314 und 315 zur Erzeugung eines hörbaren
Tonsignales eines ersten Typs, wenn der gemessene
Widerstand im Bereich von beispielsweise 0-0,5 Ohm liegt und
eines hörbaren Tonsignales eines zweiten Typs, wenn der
gemessene Widerstand in einem anderen Bereich von
beispielsweise 0,5-1 Ohm liegt oder keines Tonsignals, wenn der
gemessene Widerstand außerhalb dieser beiden Bereiche liegt.
Die Schwellenwerterkenner führen dies durch Erzeugung
geeigneter Signale auf Strompfaden 316, 317 und 218 zu
Logikbauelementen 319, 320 und 321 durch. Diese Bauelemente
erzeugen geeignete Signale zur Erzeugung der gewünschten
hörbaren Signale.
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Ein Komparatornetzwerk 322 überwacht die positiven und
negativen Spannungen in den Batterien, welche die Leistung
für das Meßgerät liefern. Wenn entweder die positive oder
die negative Spannung unter einem bestimmten programmierten
Schwellenwert abfällt, wird eine Anzeige bezüglich einer
leeren Batterie auf der Anzeige 310 in Antwort auf Signale
angezeigt, welche über einen Strompfad 323 und den Treiber
307 zur LCD-Anzeige 310 gelangen.
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Die LCD-Anzeige 310 zeigt eine Überbereichsspannung an,
wenn der A/D Wandler 301 auf dem Ausgangs-Strompfad 306 ein
Signal erzeugt, das größer als ein bestimmter Wert am
Schwellenwert des Überbereichs-Zustandes ist. In Antwort
auf ein derartiges Signal wird der Ausgang von einem
Komparator 324 auf einem Strompfad 325 niedrig, was einen Zähler
326 aktiviert. Nach einer bestimmten Zeitlänge wird der
Ausgang des Zählers (auf einem Strompfad 327) hoch, was
einen FET 328 durchschaltet und ein Sperrelais 329 ansteuert,
um die Energie abzuschalten, so daß während Perioden des
Nichtbetriebs die Energieleistung bewahrt bleibt.
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Der Komparator 330 erzeugt ein Taktsignal an die
Anzeigetreiber 307, 308 und 309 und ein langsames Taktsignal,
wenn über Gatterschaltkreise 331 und 332 aktiviert wird, um
ein blinkendes Digit "1" auf der LCD-Anzeige zu bewirken,
wenn der Ausgang des A/D Wandlers 301 gleich oder größer
als der höchste Widerstand ist, den das Gerät messen kann
beispielsweise wenn dieser Ausgang größer als 1,999 Ohm
ist. In anderen Ausführungsformen kann das Gerät so
ausgelegt werden, daß es Widerstände in einem anderen und
größeren oder kleineren Bereich messen kann, wenn dies gewünscht
ist. Im Betrieb dieser bevorzugten Ausführungsform wird die
ansteckbare Einheit aus Sonde/Kabel/Verbinder an der
Frontseite der Gerätes angebracht und der Schiebeschalter wird
in die geschlossene Position bewegt. Die Versorgung für das
Testgerät wird eingeschaltet, wodurch die LCD-Anzeige 310
aktiviert wird. Wenn das Gerät normal arbeitet, zeigt die
LCD-Anzeige 310 den Wert von 1,999, wobei das Digit "1"
blinkt. Die Kalibrierung des Gerätes kann überprüft werden
durch Anbringen der Sonde an einem der drei Kalibrierstäbe
an der Vorderseite des Gerätes. Einer der Kalibrierstäbe
ist in der bevorzugten Ausführungsform auf 0,1 Ohm gesetzt,
der zweite auf 0,8 Ohm und der dritte auf 1,5 Ohm. Wenn die
Sonde an dem Stab mit 0,1 Ohm angebracht wird, sollte die
LCD-Anzeige 310 0,10 ± 0,01 Ohm anzeigen. Wenn die Sonde an
dem Kalibrierstab mit 0,8 Ohm angebracht wird, sollte die
LCD-Anzeige 310 0,80 ± 0,040 Ohm anzeigen. Wenn die Sonde
an dem Stab mit 1,5 Ohm angebracht wird, sollte die Anzeige
1,5 ± 0,20 Ohm anzeigen. Wenn der Fehler größer als 0,20
Ohm ist, wird der einstellbare Kondensator 211 betätigt,
bis die Anzeige korrekt ist.
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Um das Gerät zu kalibrieren, wird der Verbinder 206 an
einer Kalibrierschleife mit 0,1 Ohm angebracht und das
Potentiometer 216 wird betätigt, bis die LCD-Anzeige 310 0,1
Ohm ± 0,01 Ohm zeigt. Dann wird, wobei der Verbinder 206 an
einer Kalibrierschleife mit 0,9 Ohm angeschlossen ist, das
Potentiometer 219 betätigt, bis die LCD-Anzeige 310 0,90
Ohm anzeigt. Schließlich wird der Verbinder 206 mit einer
Kalibrierschleife von 1,9 Ohm verbunden und das
Potentiometer
230 wird betätigt, bis die LCD-Anzeige 310 1,90 Ohm
zeigt. Die Kalibrierschritte werden, falls nötig,
wiederholt, um korrekte LCD-Anzeigen an allen drei
Kalibrierwerten zu erhalten. Schließlich wird der Verbinder 206 an
einer Kalibrierschleife mit 1,9 Ohm angebracht und die
Spannung am Ausgang des Treibers 207 wird gemessen und sollte
6,8 V ± 1 V von Spitze zu Spitze betragen.