DE2343550B2 - Verfahren und einrichtung zur messung von parametern der bauelemente eines komplexen stromkreises - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von Parametern der Bauelemente eines komplexen Stromkreises und die zu seiner Durchführung bestimmte Einrichtung werden hauptsächlich zur Messung der Kennwerte von komplexen RC- und ÄL-Stromkreisen verschiedener nachrichtentechnischer und elektronischer Einrichtungen angewendet, können aber auch zur Messung der Kennwerte von filmartigen ÄC-Bauelementen und zur Messung von Signalen von RCL-Gebern und Mikrogebern dienen.

Bekannt ist ein Verfahren zur Messung der Kennwerte eines komplexen Stromkreises, bei dem zum Meßkreis, der den komplexen Stromkreis umfaßt, ein elektrisches Signal gelangt und eine Umsetzung der Kennwerte der am Ausgang des Meßkreises empfangenen elektrischen Signale in Zeitintervalle erfolgt, aus deren Größe die Kennwerte des komplexen Stromkreises ermittelt werden (vergleiche z. B. SU-Erfinderschein Nr. 219 013).

Nach diesem Verfahren zur Messung der Kennwerte eines komplexen Stromkreises wird an den Eingang des Meßkreises eine Gleichspannung angelegt, wobei der Meßkreis einen Spannungsteiler darstellt der gebildet wird durch die Reihenschaltung eines Normalwiderstandes und eines parallelen /?C-Kreises bei Messung der Kennwerte des letzteren, durch die Reihenschaltung eines in Reihe geschalteten ÄL-Kreises und eines Normalwiderstandes beim Messen der Kennwerte des in Reihe geschalteten ÄL-Kreises, durch die Reihenschaltung eines in Reihe geschalteten ÄC-Kreises und eines Normalkondensators beim Messen der Kennwerte des in Reihe geschalteten ÄC-Kreises. Dabei erfolgt im Meßkreis ein Obergangsprozeß, der die Spannungsänderung am Ausgang des Meßkreises, d.h. des erwähnten Spannungsteilers, bedingt Nachdem der Obergangsprozeß praktisch zu Ende ist wird im eingeschwungenen Zustand vom Ausgang des Meßkreises eine Gleichspannung abgenommen, gespeichert und in ein Zeitintervall umgesetzt das nachher gemessen wird Danach wird an den Eingang des Meßkreises ein Nullpotential angelegt und das Zeitintervall von diesem Zeitpunkt und bis zu einem Zeitpunkt gemessen, zu dem die am Ausgang des Meßkreises abgenommene Spannung des wiederholt angeregten Obergangsprozesses und ein bestimmter Teil der früher gespeicherten Gleichspannung einander gleich sind

Beim oben beschriebenen Verfahren zur Messung dei Kennwerte eines komplexen Stromkreises besteher keine linearen Abhängigkeiten zwischen den Größer der sich ergebenden Zeitintervalle und den Größen dei Bauelemente und der Zeitkonstante des komplexer Stromkreises, andererseits ist zum Erhalten einei getrennten Information über die Größen der Bauele mente und der Zeitkonstante des komplexen Stromkreises eine mathematische Verarbeitung der ziffernmäßigen oder digitalen Äquivalente erforderlich, die sich beim Messen der erwähten Zeitintervalle ergeben Außerdem ermöglicht das beschriebene Verfahrer keine Messung der Kennwerte eines komplexer Stromkreises, kein Messen der Größe der Bauelemente und der Zeitkonstante des parallelen AL-Kreises, da füi diesen Fall der Meßkreis aus einer Reihenschaltung einer Normalindukiivititätsspule und eines paralleler AL· Kreises bestehen muß und im eingeschwungener Zustand die am Ausgang des Meßkreises abgenommene Spannung nicht durch die Größe der Induktivität L dei Induktivitätsspule des parallelen ÄL-Kreises bestimmi wird, sondern durch das Verhältnis zwischen der Widerstandsgrößen (Verlusten) der Induktivitätsspule des parallelen /?L-Kreises und der Normalinduktivitätsspule.

All dies begrenzt in gewissem Maße das Anwendungsgebiet des oben beschriebenen Verfahrens zurr Messen der Kennwerte eines komplexen Stromkreises infolge der niedrigen Präzision des Verfahrens (durch die Nichtlinearität der Umsetzungsfunktion) zurr Messen der Größen der Bauelemente und dei Zeitkonstante des parallelen ÄC-Kreises und der ir Reihe geschalteten RL- und .RC-Kreise sowie infolge der Unmöglichkeit, die Größen der Bauelemente unc der Zeitkonstante des parallelgeschalteten ÄL-Kreise; zu messen.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Durchführung de; Verfahrens zum Messen der Kennwerte eines komple xen Stromkreises, in welcher ein Umschalter, desser erster Eingang an den Ausgang einer Gleichspannungs quelle angeschaltet und dessen zweiter Eingang geerdei ist auf ein Signal von einem Steuerblock, das zeitlich mil einem äußeren Signal zusammenfällt, an seinen Ausgang seinen ersten Eingang anschaltet, wobei dei Ausgang des Umschalters entweder über einen komplexen Stromkreis an den mit einem Spannungsmeß- und einem Vergleichsblock elektrisch verbundenen Anschluß des Normalbauelementes oder über das Normalbauelement an den mit dem Spannungsmeß- unc dem Vergleichsblock elektrisch verbundenen AnschluE des komplexen Stromkreises angeschaltet ist ferner dei Ausgang des Vergleichsblocks an den Eingang des Steuerblocks angeschaltet ist der seinerseits an einer Block zum Messen von Zeitintervallen angeschlossen isi (vergleiche z. B. SU-Erfinderschein Nr. 243 732).

Der Steuerblock gibt auf ein äußeres Signal eir Steuersignal 201m Umschalter, der demgemäß der Ausgang der Gleichspannungsquelle an den Eingang des Meßkreises anschaltet welcher eine Reihenschaltung eines Normalwiderstandes und eines paralleler tfC-Kreises beim Messen der Kennwerte dieses letzteren, eine Reihenschaltung eines in Reihe geschalteten /?L·Kreises und eines Normalwiderstandes beim Messen der Kennwerte des in Reihe geschalteter ÄL·Kreises, eine Reihenschaltung eines in Reihe geschalteten RC- Kreises und eines Normalkondensators beim Messen der Kennwerte des in Reihe geschalteten RC- Kreises darstellt wobei der andere

Eingang des Meßkreises an den geerdeten Eingang des Umschalters angeschaltet ist. Nach Ablauf der für das praktische Ende des Übergangsprozesses im Meßkreis erforderlichen Zeit gibt der Steuerblock ein Signal zum Spannungsmeßblock und zu einer Speichereinrichtung, deren Eingang mit dem Ausgang des Meßkreises, d. h. mit dem gemeinsamen Zusammenschaltungspunkt des Normalbauelementes und des komplexen Stromkreises verbunden ist, während der Ausgang über einen den Teilfaktor e~' aufweisenden Spannungsteiler an einen Eingang des Vergleichsblocks angeschaltet ist. Auf dieses Signal hin speichert die Speichereinrichtung die Ausgangsspannung des Meßkreises, während der Spannungsmeßblock, dessen Eingang mit dem Ausgang des Meßkreises verbunden ist, dessen Ausgangsspannung mißt. Daraufhin gibt der Steuerblock ein Signal, auf das der Umschalter den Eingang des Meßkreises an seinen geerdeten Eingang anschaltet, während der Block zum Messen der Zeitintervalle das Zeitintervall zu messen anfängt, über dessen Ende ein Signal an den Block zum Messen der Zeitintervalle vom Vergleichsblock im Zeitpunkt abgegeben wird, zu dem die Spannung des wiederholt angeregten Übergangsprozesses, die vom Ausgang des Meßkreises abgenommen wird, der vom Ausgang des Spannungsteilers abgenommenen Spannung gleichkommt.

Beim Messen der Kennwerte eines komplexen Stromkreises nach dem erwähnten Verfahren kann keine hohe Meßgenauigkeit erreicht werden, da die sich bei der Messung ergebenden ziffernmäßigen Äquivalente der Spannung und des Zeitintervalls nicht linear mit den Kennwerten des komplexen Stromkreises zusammenhängen. Mehr noch, das ziffernmäßige Äquivalent des Zeitintervalls, dessen Ende vom Vergleichsblock erfaßt wird, hängt gleichzeitig von den Größen der is beiden Bauelemente des komplexen Stromkreises ab, während das ziffernmäßige Äquivalent eines solchen wichtigen Kennwertes des komplexen Stromkreises, wie es die Zeitkonstante ist, überhaupt fehlt. Eine zusätzliche Herabsetzung der Meßgenauigkeit erfolgt durch die Überbrückung des komplexen Stromkreises oder des Normalbauelementes durch den Eingangswiderstand des Vergleichsblocks. Als wesentlicher Nachteil gilt auch die Unmöglichkeit der Messung der Kennwerte des parallelen ÄL-Kreises infolge des ₄s Umstandes, nach dem Abschluß des anfänglich angeregten Übergangsprozesses der Strom (und folglich auch die Spannung am Ausgang) im Meßkreis, der in diesem Fall von der Reihenschaltung der Normalinduktivitätsspule und des parallelen ÄL-Kreises gebildet wird, nicht durch die Größe der Induktivität L der Induktivitätsspule des parallelen ÄL-Kreises, sondern durch das Verhältnis zwischen den Widerstandsgrößen (Verlusten) der Normalinduktivitätsspule und der Induktivitätsspule des parallelen ÄL-Kreises bestimmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der erwähnten Nachteile ein Verfahren zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises und eine Einrichtung zu dessen Durchführung zu entwickeln, in welchen eine Änderung der Art der elektrischen Einwirkungen auf den Meßkreis eine Steigerung der Meßgenauigkeit und eine Beschleunigung des Meßvorganges ermöglicht.

Es ist nun bereits Gegenstand einer älteren Anmeldung (Aktenzeichen: P 23 29 461.3-35 vom 8. 6. 1973, die auf dieselben Erfinder zurückgeht) ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der AnsDrüche 1 und 2 bzw. 3 und 4. Dabei liegen der komplexe Stromkreis und das Normalbauelement jeweils parallel an zwei verschiedenen Ausgängen des Umschalters an.

Dagegen unterscheidet sich die Erfindung gemäß den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises und die dazu bestimmte Einrichtung steigern die Genauigkeit der Messungen, verringern die Meßdauer und erweitern die Anzahl und den Bereich der zu messenden Kennwerte. Außerdem zeichnet sich diese Einrichtung durch die Einfachheit ihres Aufbaus und ihre geringen Außenabmessungen aus.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Funktionsschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises,

F i g. 2 das Funktionsschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig.3 das Funktionsschaltbild eines dritten Ausführungsbeisfuels der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 4 das Funktionsschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 5a, 5b das Zeitdiagramm der Spannungen V\ und V₂ am Ausgang eines Umschalters bzw. am Ausgang eines Gleichstromverstärkers.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises ist mit einem Umschalter 1 (Fig. 1) ausgestattet, der aus elektronischen Schaltern 2,3 und 4 besteht, deren jeder mit einem Transistor bestückt ist. Dabei gilt als erster Eingang 5 des Umschalters 1 der Eingang des elektronischen Schalters 3, als zweiter Eingang 6 des Umschalters 1 der Eingang des elektronischen Schalters 4 und als dritter Eingang 7 der Eingang des elektronischen Schalters 2. Als Ausgang des Umschalters 1 gelten die untereinander verbundenen Ausgänge der elektronischen Schalter 2, 3 und 4. Der erste Eingang 5 des Umschalters 1 ist an den Ausgang einer Gleichspannungsquelle 8 angeschaltet, die nach einet für sich bekannten mit halbleiterbauelementen bestückten Schaltung ausgeführt ist, während der zweite Eingang 6 geerdet ist.

Die Einrichtung ist auch mit einem Steuerblock ί ausgestattet, der aus Triggern 10, 11, 12 und 12 unc einem Geber 14 eines geeichten Zeitintervalls besteh) wobei als Geber 14 in diesem Ausführungsbeispiel eil nach einer für sich bekannten Schaltung ausgeführte monostabiler Multivibrator verwendet wird. Den Einseingang des Triggers 11, dem Nulleingang de Triggers 12 und dem Eingang des Gebers 14 de geeichten Zeitintervalls wird ein äußeres Signal voi einer entsprechenden Quelle zugeführt (nicht gezeigt Der Ausgang des Gebers 14 des geeichten Zeitintervall ist mit dem Einseingang des Triggers 10 und der Nulleingang des Triggers 11 verbunden. Die Ausgang der Trigger 10, 11 und 12 sind entsprechend mit de Steuereingängen der elektronischen Schalter 2,3 und verbunden.

Der Ausgang des Umschalters 1 ist über eine komplexen Stromkreis, der im vorliegenden Ausfül rungsbeispiel der Einrichtung aus der Parallelschaltun eines Widerstands 15 und einer Induktivitätsspule 1

gebildet ist, sowohl mit einem Anschluß eines Normalbauelementes, das im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Einrichtung von einem Normalwiderstand 17 gebildet wird, als auch mit dem Eingang eines Gleichstromverstärkers 18 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 18 ist mit dem freien Anschluß des Normalwiderstandes 17, mit dem Eingang eines Spannungsmeßblocks 19, der als Digitalvoltmeter nach einer für sich bekannten, mit Halbleiterbauelementen bestückten Schaltung ausgeführt ist, und mit dem Eingang eines Vergleichsblockes 20 verbunden. Der Vergleichsblock 20 umfaßt Vergleichsschaltungen 21, 22, 23 und Spannungsteiler 24 und 25, deren jeder mit zwei Widerständen bestückt ist.

Dem Gleichstromverstärker 18 und jeder der Vergleichsschaltungen 21, 22 und 23 liegt eine integrierte Schaltung zugrunde.

Einer der Eingänge der Vergleichsschaltung 21 ist geerdet, einer der Eingänge der Vergleichsschaltungen

22 und 23 ist entsprechend mit dem Ausgang der Spannungsteiler 24 und 25 verbunden, während die •nderen Eingänge der Vergleichsschaltungen 21,22 und

23 mit dem Ausgang des Gleichstromverstärkers 18 vereinigt und verbunden sind. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 21 ist mit dem Nulleingang des Triggers 10, mit dem Einseingang des Triggers 12 und mit dem Eingang des Spannungsmeßblocks 19 verbunden. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 22 ist mit dem Einseingang des Triggers 13 und der Ausgang der Vergleichsschaltung 23 mit dem Nulleingang des Triggers 13 verbunden.

Die Einrichtung ist auch mit einem Block 26 zum Messen von Zeitintervallen ausgestattet, der aus einem Impulsquarzgenerator 27 besteht, welcher nach einer für sich bekannten, mit Halbleiterbauelementen bestückten Schaltung ausgeführt ist, aus elektronischen Schaltern 28 und 29, die den elektronischen Schaltern 2, 3 und 4 ähnlich sind, Dekadenziffernzähiern 30 und 31, die nach einer für sich bekannten, aus Halbleitertriggern aufgebauten Schaltung ausgeführt sind. Der Ausgang des Impulsquarzgenerators 27 ist mit den Eingängen der elektronischen Schalter 28 und 29 verbunden, deren Steuereingänge entsprechend mit den Ausgängen der Trigger 10 und 13 und deren Ausgänge mit den Eingängen der Ziffernzähler 30 und 31 verbunden sind.

Der dritte Eingang 7 des Umschalters 1 ist mit den Eingängen der Spannungsteiler 24 und 25 und mit dem Ausgang einer Gleichspannungsquelle 32 verbunden, die der Quelle 8 ähnlich ist, aber eine andere Polaritäv aufweist

Möglich ist auch eine andere, der oben beschriebenen ähnliche Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises.

Der Unterschied besteht hier darin, daß als komplexer Stromkreis eine Parallelschaltung eines Widerstands 33 (Fig.2) mit einem Kondensator 34 dient, die ähnlich der in F i g. 1 dargestellten Schaltung des Widerstandes 15 und der Induktivitätsspule 16 ist Dabei wird hier als Normalbauelement ein Normalkondensator 35 (Fig.2) verwendet, der ähnlich wie der Normalwiderstand 17 (F i g. 1) geschaltet ist

Möglich ist auch eine dritte, der oben beschriebenen ähnliche Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises.

Der Unterschied besteht hier darin, daß als komplexer Stromkreis die Reihenschaltung eines Widerstands 36 (F i g. 3) und einer Induktivitätsspule 3/ dient, die ähnlich wie der Normalwiderstand 17 (F i g. 1 geschaltet ist. Dabei wird als Normalbauelement eine Normalinduktivitätsspule 38 verwendet, die ähnlich wie die Parallelschaltung des Widerstands 15 (Fig. 1) unc der Induktivitätsspule 16 geschaltet: ist.

Möglich ist auch eine vierte, ebenfalls der ober beschriebenen ähnliche Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung dei

ίο Bauelemente der Kennwerte eines komplexen Stromkreises.

Der Unterschied besteht hier darin, daß al< komplexer Stromkreis eine Reihenschaltung eines Widerstandes 39 (Fig.4) und eines Kondensators 4C dient, die ähnlich wie der Normalwiderstand 17 (F i g. 1] geschaltet ist. Dabei wird als Normalbauelement eir Normalwiderstand 41 (Fig.4) verwendet, der ähnlich wie die Parallelschaltung des Widerstands 15 (Fig. 1] und der Induktivitätsspule 16 geschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises arbeitel wie folgt:

Das von der (nicht gezeigten) Quelle ausgehende äußere Signal löst den Gebe^r 14 (Fig. 1) des geeichter Zeitintervalls des Steuerblocks 9 aus und vollführt die Umstellung der Trigger 11 und 12 in den Eins- bzw. ir den Nullzustand. Der Geber 14 des geeichter Zeitintervalls beginnt das Abzählen des geeichter Zeitintervalls 7Ό, wobei das vom Ausgang des sich irr Einszustand befindlichen Triggers 11 abzunehmende Potential den elektronischen Schalter 3 des Umschalter! 1 öffnet und das vom Ausgang des Triggers \1 abzunehmende Potential den elektronischen Schalter A schließt. Dies führt dazu, daß eine Gleichspannung - £ vom Ausgang der Gleichspannungsquelle 8 unmittelbai durch den offenen elektronischen Schalter 3 derr Eingang des komplexen Stromkreises zugeführt wird der von der Parallelschaltung des Widerstands 15 mi:

dem Widerstandswert R und der Induktivitätsspule K mit dem Induktivitätswert L gebildet wird.

Zum besseren Verständnis des Verfahrens zui Messung der Kennwerte der Bauelemente eine; komplexen Stromkreises sind in F i g. 5a und 5t Zeitdiagramme dargestellt, wobei auf der Abszissen achse die Zeit und auf der Ordinatenachse die Spannungen V\ und V2 am Ausgang des Umschalten bzw. am Ausgang des Gleichstromverstärkers aufgetra gen sind. Die Spannung -E₀ und das Zeitintervall T sind im Diagramm von F i g. 5a dargestellt

Durch den komplexen Stromkreis beginnt Strom zi fließen, der an den Eingang des Gleichstromverstärker: 18 gelangt, in dessen Stromkreis der paralleler Gegenkopplung der Normal widerstand 17 mit den Widerstandswert R₀ geschaltet ist Vom Ausgang dei Gleichstromverstärkers 18 wird die Spannung V abgenommen (F i g. 5b), die dem durch den komplexer Stromkreis fließenden Strom proportional ist DeshaR wird der Vergleich dieses Stromes mit zwei Bezugsströ

men durch den Vergleich der Spannung V₂ mit zwe Bezugsspannungen ersetzt, welcher Vergleich mittel· der Vergleichsschaltungen 22 und 23 des Vergleichs blocks 20 erfolgt An die anderen Eingänge dei Schaltungen 22 und 23 werJen die Bezugsspannungei V₃ und Vi

angelegt, die entsprechend von den Ausgängen de

Spannungsteiler 24 und 25 abgenommen werden, an deren Eingänge die Gleichspannung + E₀ vom Ausgang einer Gleichspannungsquelle 32 mit einer der Quelle 8 entgegengesetzten Polarität angelegt wird. Im Zeitpunkt, zu dem die Bezugsspannung Vj gleich der Spannung am Ausgang des Gleichstromverstärkers 18 ist, spricht die Vergleichsschaltung 22 an, das von ihrem Ausgang abgegebene Signal vollführt die Umstellung des Triggers 13 in den Einszustand. Der elektronische Schalter 29 des Meßblocks 26 zum Messen der Zeitintervalle wird geöffnet, und die vom Ausgang des Quarzgenerators 27 abgehenden Impulse beginnen an den Eingang des Dekadenziffernzählers 31 zu gelangen, der das Zeitintervall fi (F i g. 5b) zwischen den Zeitpunkten zu messen anfängt, zu welchen die Spannung am Ausgang des Gleichstromverstärkers 18 nacheinander gleich den beiden Bezugsspannungen wird. Wenn die Bezugsspannung Va und die Spannung am Ausgang des Gleichstromverstärkers 18 gleich sind, spricht die Vergleichsschaltung 23 an, wodurch das von ihrem Ausgang abgehende Signal den Trigger 13 in den Nullzustand zurückbringt. Der elektronische Schalter 29 wird geschlossen, und der Dekadenziffernzähler 31 beendet die Messung des Zeitintervalls t\.

Nach Beendigung des Abzählens des geeichten Zeitintervalls T₀ (T_a> LJR)InU am Ausgang des Gebers 14 des geeichten Zeitintervalls ein Signal auf, das den Trigger 10 in den Einszustand und den Trigger 11 in den Nullzustand zurückbringt. Der elektronische Schalter 3 wird geschlossen, während die elektronischen Schalter 2 und 28 geöffnet werden. Dabei beginnen die vom Quarzimpulsgenerator 27 ausgehenden Impulse, am Eingang des Dekadenziffernzählers 30 einzutreffen, der das Zeitintervall f₂ (F i g. 5, Diagramm b) zu messen beginnt, während der Ausgang des Umschalters 1 über den geöffneten elektronischen Schalter 2 an seinen dritten Eingang 7 angeschaltet wird. Dies führt dazu, daß auf den komplexen Stromkreis vom Ausgang der Gleichspannungsquelle 32 die Spannung + £ό angelegt wird (Fig. 5a), die in bezug auf die früher angelegte Spannung (Fig. 5b) eine entgegegengesetzte Polarität aufweist. Die Spannung Vj (Fig. 5b) am Ausgang des Gleichstromverstärkers 18 beginnt sich zu verringern. Sobald diese Spannung Null nahekommt und dementsprechend auch der durch den komplexen Stromkreis fließende Strom gleich Null ist, spricht die einen geerdeten Eingang aufweisende Vergleichsschaltung 21 an, wodurch das von ihrem Ausgang abgehende Signal den Trigger 10 in den Nullzustand und den Trigger 11 in den Einszustand zurückbringt

Die elektronischen Schalter 2 und 28 werden geschlossen und der elektronische Schalter 4 geöffnet. Dabei beendet der Dekadenziffernimpulszähler 30 das Messen des Zeitintervalls t₂ (Fig.5b), die an den komplexen Stromkreis angelegte Gleichspannung wird abgeschaltet und der Ausgang des Umschalters 1 an seinen zweiten geerdeten Eingang 6 angeschaltet. Außerdem vollführt der Spannungsmeßblock 19 auf ein vom Eingang der Vergleichsschaltung 21 eintreffendes Signal die Messung der vom Ausgang des Gleichstromverstärkers 18 abgenommenen Spannung V₂ bzw. V, die dem Strom proportional ist, der durch den komplexen Stromkreis nach dessen Anschaltung an den geerdeten zweiten Eingang 6 des Umschalters 1 fließt

Auf Grund der erhaltenen, gemessenen Zeitintervalle ti und /2 und der Spannung V können eindeutig die Größe der Induktivität 11 der Induktivitätsspule 16 des komnlexen Stromkreises, die Größe seiner Zeitkonstante und die Größe des Wirkleitwerts Y=MR des Widerstandes 15 dieses Stromkreises wie folgt ermittelt werden:

'2 =■

L R

is Der Betrieb der zweiten Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises ist dem oben beschriebenen ähnlich.

Der Unterschied besteht nur darin, daß durch die Schaltung des Kondensators 35 in den Stromkreis der parallelen Gegenkopplung des Gleichstromverstärkers 18 (Fig. 2) die Ausgangsspannung dieses Verstärkers proportional dem Integral des Stromes ist. der durch den komplexen Stromkreis fließt.

Auf Grund der erhaltenen, gemessenen Zeitintervalle t] und t₂ und der Spannung V können eindeutig der Widerstandswert R des zum komplexen Stromkreis gehörenden Widerstandes 33, die Zeitkonstante des Stromkreises und die Kapazität C des zu diesem Stromkreis gehörenden Kondensators 34 wie folgt ermittelt werden:

K :

/, =--- V_n - CR:

Der Betrieb der dritten Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises ist dem oben beschriebenen ähnlich.

Der Unterschied besteht nur darin, daß durch die Verwendung der Induktivitätsspule (F i g. 3) als Normalbauelement und durch die Schaltung der in Reihe mit dem Widerstand 36 geschalteten Induktivitätsspule 37 des komplexen Stromkreises in den Stromkreis der parallelen Gegenkopplung des Gleichstromverstärkers

18 der komplexe Stromkreis mit einem linear veränderlichen Strom gespeist wird und die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers 18 gleich der Spannung wird, die vom komplexen Stromkreis abgenommen wird.

Auf Grund der erhaltenen, gemessenen Zeitintervalle fi und f₂ und der Spannung V kennen eindeutig die Größe des Wirkleitwerts

V"

des Widerstandes 36 des komplexen Stromkreises, dii Größe seiner Zeitkonstante und die Größe de

Induktivität L der Induktivitä'sspule 37 dieses Stromkreises wie folgt ermittelt *.· erden:

diesem Stromkreis gehörenden Widerstandes 39 wie folgt ermittelt werden:

E₀-R

T--⁰ R '

Der Betrieb der vierten Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises ist dem oben beschriebenen ähnlich.

Der Unterschied besteht nur darin, daß durch die Verwendung des Widerstandes 41 (F i g. 4) als Normalbauelement und durch die Schaltung des mit dem Widerstand 39 in Reihe geschalteten Kondensators 40 des komplexen Stromkreises in den Stromkreis der parallelen Gegenkopplung des Gleichstromverstärkers 18 der komplexe Stromkreis mit Gleichstrom gespeist wird und die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers 18 gleich der Spannung wird, die vom komplexen Stromkreis abgenommen wird.

Auf Grund der erhaltenen, gemessenen Zeitintervalle fi und t₂ und der Spannung V können eindeutig die Größe der Kapazität C des Kondensators 40 des komplexen Stromkreises, die Größe seiner Zeitkonstante und die Größe des Widerstandswertes R des zu I₂ = T₀-RC:

>■-*-■ I

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung der Kennwerte der Bauelemente eines komplexen Stromkreises und die dazu bestimmte Einrichtung weisen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, ein weites Anwendungsgebiet und eine hohe Meßgenauigkeit auf.

Beim Messen der Kennwerte gesonderter ÄCL-Bauelemente ermögiichen das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu bestimmte Einrichtung eine Steigerung der Meßgenauigkeit durch Beseitigung der infolge einer Umsetzung bedingten Fehler, die durch Verluste in den Kondensatoren und Induktivitätsspulen verursacht werden.

Das Verfahren und die dazu bestimmte Einrichtung ermöglichen eine Verringerung der Verlustleistung im Meßkreis, wodurch die Kennwerte der filmartigen RC-Bauelemente gemessen werden und sich Ziffernäquivalente der .RCL-Mikrogeber-Signale ergeben können.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der Kennwerte eines komplexen Stromkreises zeichnet sich durch einfachen Aufbau und geringe Außenabmessungen aus.

Hierzu 5 Blatt Zeichnimuen

Claims (4)

Patentansprüche: 23 550 R = L = •5

1. Verfahren zum Messen von Parametern der Bauelemente eines komplexen Stromkreises, nämlich einer Parallelschaltung aus einerseits einem ohmschen Widerstand und andererseits einer Induktivitätsspule bzw. einem Kondensator, also einerseits des Widerstandswerts R des Widerstands und andererseits der Induktivität L der Induktivitätsspule bzw. der Kapazität Cdes Kondensators, wobei ein elektrischer Meßkreis einschließlich des komplexen Stromkreises und eines Normalbauelements, nämlich eines Normalwiderstands mit einem Normalwiderstandswert R₀ bzw. eines Normalkondensators mit einer Normalkapazität C₀, während bestimmter Zeiten mit Gleichspannung unmittelbar am Eingang des komplexen Stromkreises versorgt wird, wobei der am Ausgang des elektrischen Meßkreises !abgegriffene Strom bzw. das Integral dieses Stroms in zwei Zeitintervalle tu h umgewandelt wird, indem lunter Verwendung eines geeichten Zeitintervalls Tq die Zeit zwischen dem Erreichen vorbestimmter Werte durch den Strom vom Meßkreis bzw. das Stromintegral ermittelt wird, und wobei das Abschalten der angelegten Gleichspannung in Abhängigkeit vom Wert des Stroms vom Meßkreis bzw. des Stromintegrals erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (~ V₂) vom Meßkreis einschließlich des komplexen Stromkreises (15, 16 bzw. 33, 34) und des letzterem nachgeschalteten Normalbauelements (17 bzw. 35) bzw. das Integral dieses Stroms mit zwei Bezugsströmen ~ V₂, ~ V₄ verglichen wird, deren kleinerer größer als die Gleichstromkomponente des Stroms (~ V₂) vom Meßkreis bzw. des Integrals dieses Stroms ist, daß das erste Zeitintervall U zwischen den Zeitpunkten gemessen wird, zu denen der Strom }~ V₂) gleich den beiden Bezugsströmen ~ V₃, ~ V₄ st, daß bei Ablauf des geeichten Zeitintervalls T₀, das die Größe der Zeitkonstante des komplexen Stromkreises übersteigt und ab dem Zeitpunkt des Anlegens der Gleichspannung - E₀ an den komple-Hen Stromkreis abgezählt wird, die Polarität der angelegten Gleichspannung - E₀ geändert wird, daß vom Zeitpunkt der Polaritäts-Änderung das zweite Zeitintervall f₂ bis zu einem Zeitpunkt gemessen Wird, zu dem Strom (~ V₂) vom Meßkreis bzw. das Stromintegral gleich Null wird, daß zu diesem Zeitpunkt die angelegte, polaritätsgeänderte Gleichspannung + E₀ abgeschaltet und daß der dann vom Meßkreis fließende Strom ~ V gemessen wird; «vorauf die gesuchten Parameter ermittelt werden •us:

35

40

45

E₁, ■ R_n

55

f>o Γ-CoZ E-

RC = T₀-I₂,
(Fi g. 1 bzw. 2; 5a, b).

2. Verfahren zum Messen von Parametern der Bauelemente eines komplexen Stromkreises, nämlich aus einerseits einem ohmschen Widerstand und andererseits einer Induktivitätsspule bzw. einem Kondensator, also einerseits des Widerstandswerts R des Widerstands und andererseits der Induktivität L der Induktivitätsspule bzw. der Kapazität C des Kondensators, wobei der elektrische Meßkreis einschließlich des komplexen Stromkreises und eines Normalbauelements, nämlich eines Normalwiderstands mit einem Normalwiderstandswert R₀ bzw. eines Normalkondensators mit einer Normalkapazität C₀, während bestimmter Zeiten mit einem elektrischen Signal versorgt wird, wobei die am Ausgang des elektrischen Meßkreises abgegriffene Spannung in zwei Zeitintervalle ii, f₂ umgewandelt wird, indem unter Verwendung eines geeichten Zeitintervalle T₀ die Zeit zwischen dem Erreichen vorbestimmter Werte durch die Spannung vom Meßkreis ermittelt wird, und wobei das am Meßkreis angelegte Signal in Abhängigkeit vom Wert der Spannung vom Meßkreis gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der komplexe Stromkreis eine Reihenschaltung aus einerseits einem ohmschen Widerstand (36 bzw. 39) und andererseits einer Induktivitätsspule (37) bzw. einem Kondensator (40) ist, daß das angelegte Signal ein linear veränderbarer Strom bzw. ein Gleichstrom ~£ö ist, daß die Spannung vom Meßkreis einschließlich des komplexen Stromkreises und des letzterem vorgeschalteten Normalbauelements (38 bzw. 41) mit zwei Bezugsspannungen V₂, V₄ verglichen wird, deren kleinere größer als die Gleichspannungskomponente der Spannung (V₂) vom Meßkreis ist, daß das erste Zeitintervall U zwischen den Zeitpunkten gemessen wird, zu denen die Spannung ^V₂) vom Meßkreis gleich den beiden Bezugsspannungen V₂, V₄ ist, daß bei Ablauf des geeichten Zeitintervalls To, das die Größe der Zeitkonstante des komplexen Stromkreises übersteigt und ab dem Zeitpunkt der Einspeisung des linear veränderbaren Stroms bzw. des Gleichstroms abgezählt wird, die Richtung der Änderung des zugeführten linear veränderbaren Stroms bzw. die Richtung des Gleichstroms ~ E₀ geändert wird, daß vom Zeitpunkt der Richtungsänderung das zweite Zeitintervall t₂ bis zu einem Zeitpunkt gemessen wird, zu dem die Spannung (V₂) vom Meßkreis gleich Null wird, daß zu diesem Zeitpunkt die Änderung des eingespeisten linear veränderbaren Stroms unterbrochen bzw. der Gleichstrom ~ Eo abgeschaltet wird und daß die dann vom Meßkreis abgenommene Spannung V gemessen wird; worauf die gesuchten Parameter ermittelt werden aus:

7 - r

R =

F

V ■ L₁ E_n

— 7"ο — h

C =

RC = T₀-I₂,
(F i g. 3 bzw. 4; 5)

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Umschalter, von dem ein erster Eingang an den Ausgang einer ersten Gleichspannungsquelle, ein zweiter Elagang an Erde und ein dritter Eingang an eine zweite Gfeichspannungsquelle anderer Polarität angeschlossen ist und der auf ein von dem Steuerblock ankommendes Signal, das zeitlich mit einem äußeren Meßauslösesignal zusammenfällt, an seinen Ausgang seinen ersten Eingang anschließt, wobei der Ausgang des Umschalters über einen Meßkreis einschließlich eines komplexen Stromkreises aus der Parallelschaltung einerseits eines Widerstands und andererseits einer Induktivitätsspule bzw. eines Kondensators und einschließlich eines nachgeschalteten Gleichstromverstärkers mit Gegenkopplung, von dem ein Anschluß mit einem Normalbauelement, nämlich einem Normalwiderstand bzw. einem Normalkondensator, verbunden ist, mit einem Spannungsmeßblock und mit einem Vergleichsblock elektrisch gekoppelt ist, dessen Ausgang an den Eingang des Steuerblocks angeschlossen ist, der seinerseits mit einem Block zum Messen von Zeitintervallen verbunden ist, und wobei zu den Zeitpunkten, zu denen die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers nacheinander gleich bestimmten Werten einschließlich Null wird, der Vergleichsblock drei verschiedene Signale an den Spannungsmeßblock und zum Messen der Zeitintervalle (_t, t₂ an den Steuerblock abgibt, der unter Verwendung eines geeichten 7eitintervalls den Block zum Messen der Zeitintervalle und auch den Zustand des Umschalters steuert, der im Verlauf der Messung die Verbindung der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle mit dem Meßkreis steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung des Gleich-Stromverstärkers (18) durch das Norma'bauelement, nämlich den Normalwiderstand (17) bzw. den Normalkondensator (35), gebildet ist, daß der Vergleichsblock (20) die drei Signale erzeugt, wenn die Ausgangsspannung (V2) des Gleichstromverstärkers (18) gleich zwei von Null verschiedenen Bezugsspannungen (V3, V4) und Null wird, daß über diese drei Signale der Steuerblock (9) den Block (26) zum Messen der Zeitintervalle derart steuert, daß vom ersten zu messenden Zeitintervall (t\) der Anfang zeitlich mit dem ersten vom Vergleichsblock (20) ausgehenden Signal und das Ende mit dem zweiten Signal vom Vergleichsblock zusammenfällt, daß vom zweiten zu messenden Zeitintervall (ti) der Anfang zeitlich mit dem Ende des geeichten Zeitintervalls (To), das vom Zeitpunkt des Eintreffens des äußeren Meßauslösesignals abgezählt wird, und das Ende mit dem vom Vergleichsblock (20) eintreffenden dritten Signal zusammenfällt, und daß der Steuerblock (9) den Zustand des Umschalters (1) derart steuert, daß nach Ablauf des geeichten Zeitintervalls fT₀) der Ausgang des Umschalters (1) mit dessen dritten Eingang (7) an die Gleichspannungsquelle (32) anderer Polarität (+E₀) angeschlossen ist, wobei im Zeitpunkt, zu dem das dritte Signal vom Vergleichsblock (20) eintrifft, der Ausgang des Umschalters (1) an dessen geerdeten zweiten Eingang (6) angeschaltet wird und der Spannungsmeßblock (19) die Spannung (V₂) am Ausgang des Gieichstromverstärkers (8) zu messen beginnt (Fig. lbzw.2;5>

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einem Umschalter, von dem ein erster Eingang an den Ausgang einer ersten Gleichspannungsquelle, ein zweiter Eingang an Erde und ein dritter Eingang an eine zweite Gleichspannungsquelle anderer Polarität angeschlossen ist und der auf ein von einem Steuerblock ankommendes Signal, das zeitlich mit einem äußeren Meßauslösesignal zusammenfällt, an seinen Ausgang seinen ersten Eingang anschließt, wobei der Ausgang des Umschalters über einen Meßkreis einschließlich eines Normalbauelements, nämlich einer Normalinduktivitätsspule bzw. eines Normalwiderstands, und einschließlich eines nachgeschalteten Gleichstromverstärkers mit Gegenkopplung, von dem ein Anschluß an einen komplexen Stromkreis aus einerseits einem Widerstand und andererseits eine Induktivitätsspule bzw. einem Kondensator verbunden ist, mit einem Spannungsmeßblock und mit einem Vergleichsblock elektrisch gekoppelt ist, dessen Ausgang an den Eingang des Steuerbiocks angeschlossen ist, der seinerseits mit einem Block zum Messen von Zeitintervallen verbunden ist, und wobei zu den Zeitpunkten, zu denen die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers nacheinander gleich bestimmten Werten einschließlich Null wird, der Vergleichsblock drei verschiedene Signale an den Spannungsmeßblock und zum Messen der Zeitintervalle tu t₂ an den Steuerblock abgibt, der unter Verwendung eines geeichten Zeitintervalls den Block zum Messen der Zeitintervalle und auch den Zustand des Umschalters steuert, der im Verlauf der Messung die Verbindung der ersten und der zweiten Gleichspannungsquelle mit dem Meßkreis steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung des Gleichstromverstärkers (18) durch den komplexen Stromkreis selbst gebildet ist, nämlich eine Reihenschaltung aus einerseits einem Widerstand (36; 39) und andererseits einer Induktivitätsspule (37) bzw. einem Kondensator (40), daß der Vergleichsblock (20) die drei Signale erzeugt, wenn die Ausgangsspannung (V₂) des Gleichstromverstärkers (18) gleich zwei von Null verschiedenen Bezugsspannungen (V₃, V₄) und Nuil wird, daß über diese drei Signale der Steuerblock (9) den Block (26) zum Messen der Zeitintervalle derart steuert, daß vom ersten zu messenden Zeitintervall (t\) der Anfang zeitlich mit dem ersten vom Vergleichsblock (20) ausgehenden Signal und das Ende mit dem zweiten Signal vom Vergleichsblock zusammenfällt, daß vom zweiten zu messenden Zeitintervall ^2) der Anfang zeitlich mit dem Ende des geeichten Zeitintervalls (To), das vom Zeitpunkt des Eintreffens des äußeren Meßauslösesignals abgezählt wird, und das Ende mit dem vom Vergleichsblock (20)

eintreffenden dritten Signal zusammenfällt, und daß der Steuerblock (9) den Zustand des Umschalters (1) derart steuert, daß nach Ablauf des geeichten Zeitintervalls (7J) der Ausgang des Umschalters (1) mit dessen dritten Eingang (7) an die Gleichspannungsquelle (32) anderer Polarität angeschlossen ist, wobei im Zeitpunkt, zu dem das dritte Signal vom Vergleichsblock (20) eintrifft, der Ausgang des Umschalters (1) an dessen geerdeten zweiten Eingang (6) angeschaltet wird und der Spannungsmeßblock (19) die Spannung (V₂) am Ausgang des Gleichstromverstärkers (8) zu messen beginnt (F ig. 3 bzw. 4; 5).