DE2643460C3 - Schaltungsanordnung zum Messen von Strömen oder Spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Messen von Strömen oder Spannungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Zeitschrift ATM, Bl. V30-12 (Mai 1974), ist eine Meßanordnung mit einem den Meßstrom oder die Meßspannung liefernden Meßobjekt und einem an dieses angeschlossenen Meßgerät, das von einem Schutzschirm umgeben ist, beschrieben. Der Schutzschirm dient dazu, die Empfindlichkeit der Meßanordnung durch Verringern von Störspannungen oder Strömen zu steigern, die von einer äußeren Störspannungsquelle induziert werden. Bei Meßobjekten, die eine Wechselspannung, vor allem eine hochfrequente Wechselspannung, abgeben, treten weitere Probleme auf, wie im folgenden anhand der F i g. 1 näher erläutert wird.

In der Anordnung nach F i g. I ist das Meßobjekt eine Brückenschaltung, bestehend aus vier Widerständen Ri, R 2, R3 und R4, die aus einer Wechselspannmngsquelle Ubgespeist ist. An der Brückendiagonale 1,2 tritt eine Meßspannung auf, die eine Gegentaktspannung ist. Diese kann einer Gleichtaktspannung überlagert sein, die an den beiden Schaltungspunkten 1, 2 mit gleicher Phase und Amplitude erscheint. Über eine doppelt geschirmte Leitung HL, LL, GL wird die Meßspannung einem Spannungsmeßgerät VM zugeführt, das im wesentlichen aus einem Verstärker Vl und einem Anzeigegerät AZbesteht. Die Bauteile des Spannungsmeßgerätes sind von einem Schutzschirm GS umgeben. Die am Schaltungspunkt 1 der Brückenschaltung auftretende Spannung wird auf die Signalleitung HL gegeben und gelangt über diese auf den einen Eingang des Verstärkers Vi. Der Schaltungspunkt 2 der Brückenschaltung ist über die Signalleitung LL, die eine Abschirmung für den Signalleiter HL bildet, mit dem zweiten Eingang des Verstärkers Vi verbunden, der an internes Massepotential angeschlossen ist und daher auf Nullpotential liegt Eine Schutzschirmleitung GL ist einerseits mit dem Schutzschirm GS des Spannungsmeßgerätes und andererseits mit dem Schaltungspunkt 2 der Brückenschaltung verbunden. Die beiden Leitungen LL und GL bilden einen Kondensator Clg; zwischen der Leitung GL und Erdpotential E Hegt eine Streukapazität Cce- Der Abschirmleiter GL ist deshalb an den Schaltungspunkt 2 angeschlossen, weil, wenn sein meßobjektseitige.5 Ende frei wäre, über die Kondensatoren Clg und Cce ein durch die auf den Leitungen HL und LL liegende Gleichtaktspannung verursachter Fehlerstrorn flosse. Legte man aber das meßobjektseitige Ende der Leitung GL auf Erdpotential, flosse ein noch größerer Fehlerstrom über den Kondensator Clg. Durch den Anschluß der Leitung GL an den Schaltungspunkt 2 sind beide Leitungen GL und LL auf dasselbe Potential! gelegt Dadurch sind zwar die beschriebenen Fehlerströme vermieden, jedoch ist dem im allgemeinen hochohrnigen Brückenwiderstand R 4 die Streukapazität Cge parallel geschaltet, so daß bei höheren Frequenzen der Meßspannung der Spannungsteiler mit den Widerständen R2, R4 kapazitiv belastet und das Potential am Schaltungspunkt 2 verfälscht ist Diese Schwierigkeit könnte dadurch urr.gangen werden, daß zunächst die Spannung zwischen dem Schaltungspunkt 1 und Erde und dann die Spannung zwischen dem Schaltungspunkt 2 uind Erde gemessen und die Briickendiagonalspannung als Differenz rechnerisch ermittelt wird.

Aus der Zeitschrift »Electronics«, 1949, April, Seite 98 bis 100, ist ein Verstärker für eine Meßanordnung der eingangs beschriebenen Art bekannt, dessen Eingänge zwischen der Signalleilung und dem äußeren Schirm liegen. Der innere Schirm ist vom Ausgang des Verstärkers gespeist. Damit soll die Kapazität eines Koaxialkabels, also die Kapazität zwischen Signalleiter und äußerem Schirm, verkleinert wtrden.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, in der nicht nur die anhand der Fig. 1 beschriebenen Fehlerströme nicht auftreten, sondern auch die nachteilige Wirkung der Streukapazität des Schutzschirmes und der mit diesem verbundenen Schaltungsteile, insbesondere der Schutzschirmleitung, vermieden ist, und mit der somit eine Differenzspannung gemessen werden kann, wobei der Einfluß einer etwaigen Gleichtaktspannung unterdrückt wird und die Differenzspannung potentialfrei sein kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Schaltungsmaßnahmen gelöst. Die innere Abschirmleitung liegt zweckmäßig auf dem internen Massepotential des Meßgerätes und somit auf dem Bezugspotential für das Meßsignal. Es ist im allgemeinen vom Erdpotential verschieden und kann sich gegen dieses verändern, z. B. im Falle eines dem MeElsignal überlagerten Gleichtaktsignals, Der Eingang des. Meßgerätes ist daher gegen Masse und gegen den Schutzschirm elektrisch isoliert Dies kann z. B. durch einen Eingangstrennübertrager erreicht werden oder auch dadurch, daß der Eingangsverstärker aus einer potentialfreien Spannungsquelle versorgt ist und der innere Schirm mit einem Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist.

Anhand der Fig. 2, in der das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt ist,

werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert

Mit Al, R2, A3 und RA sind, wie in Fig. 1, die Widerstände einer Meßbrücke bezeichnet, die aus der Wechselspannungsquelle Ub gespeist ist. Die an der Brückendiagonale 1,2 auftretende Spannung wird vom Verstärker Vi verstärkt und im Anzeigegerät AZ analog oder digital angezeigt Der eine Schaltungspunkt 1 der Brückendiagonale ist wieder über die Leitung HL mit dem einen Eingang des Verstärkers Vl verbunden, während der andere Schaltungspunkt 2 über die erste Abschirmung LL an den zweiten, auf Nullpotential liegenden Eingang des Verstärkers Vl angeschlossen ist An diesem Schaltungspunkt 2 liegt ferner der nichtinvertierende Eingang 3 eines Verstärkers V2, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang 4 verbunden ist, so daß er bei hoher Eingangsimpedanz einen niedrigen Ausgangswiderstand hat. An seinen Ausgang ist über die Schutzschimleitung GL der Schutzschirm GS des Meßgerätes angeschlossen. Die Versorgungsspannung des Verstärkers V2 ist zweckmäßig symmetrisch zum Erdpotential, damit beide Polaritäten des Nullpotentials verarbeitet werden können. Im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 1 liegt die Streukapazität Cge zwischen der Schutzschirmleitung GL und Erde nicht unmittelbar parallel zum Widerstand R 4, sondern lediglich die Große Eingangsimpedanz des Verstärkers V2, so daß die Brückenschaltung nicht belastet ist, und zwar auch dann, wenn der Widerstand A4 keinen hohen Widerstandswert hat Da der Verstärkungsgrad des Verstärkers V2 eins ist, wird der Schutzschirm GS und die Schutzschirmleitung GL auf demselben Potential wie die Leitung LL gehalten. Soll auch bei hohen Frequenzen der an der Brückendiagonalen 1, 2 auftretenden Gleichtaktspannung kein Potentialunterschied auf den Leitungen LL und GL auftreten, muß der Verstärker V2 einen Leistungsausgang haben, damit die Streukapazität Cge mit kleiner Zeitkonstante umgeladen wird und keine Begrenzung in der Amplitude oder eine Phasendrehung auftreten kann. ϊ Der Verstärker V2 muß einen Amplitudenbereich verarbeiten können, der mindestens gleich der an der Brückendiagonale 1, 2 auftretenden Gleichtaktspan-^J nung bzw. mindestens gleich der zulässigen Gleichtakt-Eingangsspannung des Verstärkers Vl ist

ίο In der Anordnung nach Fi g. 2 sind im Vergleich zur Anordnung nach Fig. 1 die auf den Verstärker Vl gelangenden, von äußeren Störspannungsquellen verursachten Störspannungen verringert, da die in den Schutzschirm induzierten Störspannungen nicht über

r> den Schaltungspunkt 2 der Brückenschaltung auf den Eingang des Verstärkers Vl gelangen können, sondern vom niederohmigen Ausgang des Verstärkers V2 kurzgeschlossen sind.

Der Verstärker V2 kann Bestandteil eines Voltmeters, z. B. eines Digital-Voltmeters ^;:, Schutzschirmtechnik, sein. Er ist dann fest in diesem Voir neter eingebaut und von außen nicht zugänglich. Es ist aber auch möglich, ihn als eigenes Gerät aufzubauen und in Zusammenhang mit jedem beliebigen Voltmeter oder

.'"> andere-λ Geräten zu verwenden, die für Schutzschirmtechnik ausgerüstet sind. Der Schutzschirm dieser Geräte darf nicht mit anderen Spannungsquellen oder mit Erde verbunden sein, und es muß ein Anschluß zur Verfügung stehen, mit dem es an den Ausgang des

in Verstärkers angeschlossen werden kann.

Im Ausführungsbeispiel ist das Meßobjekt eine Widerstandsbrücke. Die Erfindung ist auch dann mit Vorteil einsetzbar, wenn das Meßobjekt ein Potentiometer oder ein anderer Strom- oder Spannungsgeber

r> ist, dessen Ausgangsimpedanz nicht sehr klein im Vergleich zur Impedanz der Streukapazität Ccfist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Messen von Strömen oder Spannungen mit einem den MeBstrom oder die Meßspannung liefernden Meßobjekt, an das über '< eine doppelt geschirmte Leitung ein Meßgerät angeschlossen ist, das von einem Schutzschirm umgeben ist, der mit einer Abschirmleitung verbunden und an den Ausgang eines Impedanzwandlers mit niedrigem Ausgangswiderstand angeschlossen ι ο ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßgerät (VM) über den Signalleiter (HL) der doppelt geschirmten Leitung und die innere Abschirmleitung (LL) ein erdfreies Differenzsignal zuführbar ist und daß der Eingang (3) des Impedanzwandlers (V2) mit der inneren Abschirmleitung (LL) und sein Ausgang mit der äußeren Abschirmleitung (GL), an die das Schutzgehäuse (GS) angeschlossen ist, verbunden ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt eine Brückenschaltung (R 1, R 2, R3, R4) ist und der Impedanzwandler (V2) an einen Punkt (2) der Brückendiagonale (1, 2) angeschlossen ist, von der die Meßspannung bzw. der Meßstrom abgenommen ist. η

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung des Impedanzwandlers (V2) symmetrisch zum Erdpotential ist.

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