DE2646765C3 - Verfahren zur Messung von Reaktanzen mit direkter Anzeige ihrer Werte - Google Patents
Verfahren zur Messung von Reaktanzen mit direkter Anzeige ihrer WerteInfo
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Messung von Reaktanzen und zur direkten Anzeige
ihrer Werte auf einer Anzeigeeinheit durch Messung
des Stromes C-jpbzw. der Spannung L-^~, wobei ein
Spannungs- bzw. Stromgenerator eine Meßeinheit speist, an die die zu messende Reaktanz angeschlossen
wird. Bekannt sind verschiedene Brückenverfahren zur Messung von Reaktanzen, doch sind nur die sehr
aufwendigen Apparate mit selbsttätigem Abgleich der Brücke zur direkten Anzeige des gesuchten Wertes
geeignet. Verfahren, besonders zur Messung von Kapazitäten mit dem ballistischen Galvanometer sind
umständlich und für schnelle Messungen ungeeignet. Zu den bekannten Verfahren für Kapazitätsmessungen
gehören ferner solche, in denen ein Kondensator periodisch auf- und entladen und der Mittelwert des
Entladestroms gemessen wird (siehe ATM, V 3532 — 5. Mai 1940). Bei diesen Verfahren ist der lineare
Zusammenhang zwischen der Anzeige und der zu messenden Kapazität durch ein Glied von der
— ι
Größenordnung e 2fRC gestört. Dieses Störglied wird
bei einem Anzeigegerät mit Zeiger und Skala durch die Skalierung berücksichtigt, eine fehlerfreie digitale
Anzeige ist nicht möglich. Dasselbe gilt auch für das Verfahren nach AT-PS 2 90 667, das auch noch den
Nachteil besitzt, daß es die Messung einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms erfordert. Das Vorhandensein
des erwähnten Fehlergliedes bewirkt ferner, daß unterschiedliche Verlustwiderstände von zu messenden
Kondensatoren die Zeitkonstante der Meßanordnung unterschiedlich ändern, so daß Messungen von
Kondensatoren mit gleichen Kapazitätswerten, aber verschiedenen Verlustwiderständen unterschiedliche
Resultate ergeben.
Während der Verlustwiderstand einer Kapazität bei nicht allzu großen Anforderungen an die Meßgenauigkeit
vernachlässigt werden kann, ist dies bei Induktivitäten nicht der Fall. Dies ist einer der Gründe, warum eine
der Umladung von Kapazitäten analoge Methode zur Messung von Induktivitäten nicht geeignet ist.
In dem Verfahren zur Messung von Kapazitäten nach der Patentschrift FR-PS 15 26 273 wird ebenfalls die
Messung der Größe C -^- verwendet. Die zur
Differentiation durch den zu messenden Kondensator verwendete Spannung ist ein Dreieckgenerator mit
definierten Flankensteilheiten. Der gewonnene Strom ist eine Wechselgröße mit Rechteckslorm, wird
gleichgerichtet und in einem Digitalvoltmeter gemessen. Das Verfahren hat den Nachteil, daß eine in Serie
zum Kondensator liegende Impedanz, die nie völlig zu
vermeiden ist beziehungsweise wegen des Schutzes der Meßanordnung notwendig ist die Spannung am
Kondensator verzerrt Infolgedessen ist der Verlauf des durch die Differentiation entstehenden Stromes nicht
mehr rechteckig und der Gleichrichtwert verkleinert Der entstandene Fehler hängt von der Größe des zu
messenden Kondensators ab und kann daher nicht einjustiert werden. Ein weiterer Nachteil dieses
Verfahrens besteht darin, daß bei jeder Umschaltung des Dreiecksgenerators Spannungsspitzen entstehen,
die ebenfalls differenziert werden und das Meßresultat verfälschen können. Dies wirkt sich besonders bei
hohen Frequenzen nachteilig aus, wie z. B. bei 100 kHz,
wie in der genannten FR-PS als für den Meßbereich 1 nF geeignet angegeben ist Schließlich ist noch als
nachteilig zu vermerken, daß die in diesem Verfahren notwendige Gleichrichtung Kapazitäten zur Filterung
benötigen, durch die die Einstellzeit der Meßanordnung vergrößert wird.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, die erwähnten Nachteile der bekannten Verfahren zu
vermeiden und ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, in dem die Zeitkonstante der
Meßanordnung das Meßergebnis nicht beeinflußt, die Ausgangsgröße exakt proportional der Meßgröße \-<i
und daher mit Hilfe eines Analog-Digital-Umsetzers in
Ziffernform angezeigt werden kann, in dem ferner Gleichrichtung mit dadurch bedingten Siebgliedern
nicht erforderlich ist und in dem durch Umschaltung etwa auftretende Spannungsspitzen keine Meßfehler
verursachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungs- bzw. Stromgenerator eine Ausgangsgröße
mit der Periode Γ liefert, bei der im
dt/ d/
Zeitabschnitt 0<ί< Γι die Ableitung -=— bzw. -^jkonstant
gleich k ist und daß die Meßeinheit eine Steuereinheit enthält, die die Anzeigeeinheit im
Zeitabschnitt 0<f<7i mit der Meßeinheit verbindet und außerhalb dieses Zeitabschnittes die Verbindung
unterbricht.
F i g. 1 zeigt die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Elemente:
1 ist ein Generator mit der Periode T, dessen Ausgangsgröße, allgemein Ai, sich in dem Zeitabschnitt
Γι linear mit der Zeit ändert, z. B. abfallend. In ihm ist
daher-^y- konstant = A:.
2 ist eine Meßeinheit, die vom Generator 1 gespeist wird und an die der Prüfling Zx angeschlossen wird. Aus
ihr wird eine Größe A2 gewonnen, die innerhalb Tx
proportional C-kbzw. L-k ist, und der Anzeigeeinheit 3
zugeführt wird. Die Meßeinheit 2 enthält im gezeigten Fall einen vom Generator 1 über die Steuereinheit 2'
gesteuerten Schalter (Sch), ζ. Β. einen elektronischen Schalter, der innerhalb des Zeitabschnittes Γι die
Anzeigeeinrichtung 3 mit der Meßeinheit 2 verbindet, außerhalb Γι die Verbindung unterbricht. Die Anzeigeeinheit
3 kann z. B. ein Drehspulinstrument sein, das A2
über die Zeit Γ integriert und dessen Anzeige daher gleich A2- T]IT, im Falle der Kapazitätsmessung daher
proportional C-j-· Γι/rist.
In bevorzugten Ausführungen des Verfahrens enthält die Meßeinheit 2 einen Operationsverstärker. Zur
Messung von Kapazitäten wird die zu messende Kapazität Cx mit dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers verbunden, wie in F i g. 2 gezeigt wird. Auf den in der F i g. 2 angedeuteten Verlustwiderstand
A1 des Kondensators und den Kondensator CttMIiP
wird weiter unten eingegangen.
F i g. 3 zeigt die Anwendung des Operationsverstärkers bei der Messung der Induktivität Lx. Diese wird als Rückkopplungsimpedanz geschaltet und die Eingangsgröße Aj die in diesem Fall von einem Stromgenerator geliefert wird, ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden.
F i g. 3 zeigt die Anwendung des Operationsverstärkers bei der Messung der Induktivität Lx. Diese wird als Rückkopplungsimpedanz geschaltet und die Eingangsgröße Aj die in diesem Fall von einem Stromgenerator geliefert wird, ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden.
ίο In einer weiteren, bevorzugten Ausführung des
Verfahrens wird die Ausgangsspannung U2 des Operationsverstärkers
(A2=U2) einem Analog-Digital-Umsetzer
(A/D) zugeführt der mit einer ziffernmäßigen Ausgabe die Anzeigeeinheit 3 bildet Siehe dazu F i g. 4.
Der A/D-Umsetzer arbeitet mit der konstanten Periode T, die gleich der Periode des Generators 1 ist und
verarbeket die Spannung U2 nur in dem Zeitabschnitt
Γι, in dem die Ableitung der Größe A\ (Ubzw. I) nach
der Zeit konstant ist Die Steuerung des vorzugsweise elektronischen Schalters Sch erfolgt durch die Signale S\
und 52, die im A/D-Umsetzer selbst erzeugt werden, ebenso die Synchronisierung des Generators 1.
F i g. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der das Verfahren bestimmenden Größen:
Im Teil a) die vom Generator 1 gelieferte Größe A\ (U bzw. I), die im Zeitabschnitt Γι linear abfallend
gezeigt wird, im Teil b) die Ausgangsgröße U2 des
d/4,
dt
dt
ist und
Operationsverstärkers, die proportional
daher im Abschnitt Γι wegen —r-J- = A:, konstant ist und
schließlich im Teil c) die Spannung L/Zdes A/D-Umsetzers,
der im gezeigten Fall als nach einem der bekannten integrierenden Verfahren arbeitend angenommen wird.
Die Steuersignale S\ und 52, die den Beginn und das Ende
der Zeitabschnitte Γ, und rbestimmen, sind angedeutet.
Da in allen Impedanzen auch Verlustwiderstände
vorhanden sind, ist die Ausgangsgröße A2 auch im
Intervall T\ nicht mehr proportional C-k bzw. Lk.
sondern proportional
bzw.
Ck + (U0+ kt)/Rx
Lk+ (I0+ kt)- Rx.
Der Verlustwiderstand Rx ist in F i g. 2 als Parallelwiderstand
der Kapazität Cx gezeigt LZ0 bzw. /0 ist der
Wert des Generatorausganges am Beginn des Zeitintervalls T]. Ist die Anzeigeeinheit integrierend, im
einfachsten Fall also ein Drehspulgerät, im bevorzugten
Fall ein integrierender A/D-Umsetzer, wie in Fig.4, wird das von Rx abhängige Glied nach der Integration
dann gleich Null, wenn der Generator so gesteuert wird, daß seine Ausgangsgröße bei der Messung von
Induktivitäten zum Zeitpunkt U2 T] den Wert Null
besitzt.
Im Fall der Messung von Kapazitäten ist bei Verwendung eines Operationsverstärkers nach F i g. 2
zu berücksichtigen, daß der Gegenkopplungswiderstand R zur Stabilisierung des Verstärkers mit einem
Kondensator Cmmp überbrückt werden muß. In diesem
Fall ist das von Λ* abhängige Glied gleich Null, wenn die
Ausgangsspannung des Generators zum Zeitpunkt 1/2 Γ, den Wert R -C^p-kbesitzt.
es Eine Anordnung wie in Fig. 4, bei der ein
A/D-Umsetzer der integrierenden Art verwendet wird, ist dann nachteilig, wenn z. B. zur Erhöhung der
Empfindlichkeit des Meßverfahrens die zeitliche Ablei-
d/l
lung . ' = k groß und 7Ί klein gewählt wird. In diesem
Fall ist die Verwendung eines A/D-Umsctzers nach dem Abtastverfahren vorteilhaft. Ein Blockschaltbild des
erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem solchen Umsetzer ist in Fig. 6 dargestellt. Die Meßeinheit 2
enthält in diesem Fall eine Steuereinheit 2'. die mit
einem Signal ss im Generator den Zeitabschnitt 0 ... Ti
einleitet und mit Signal s-t in der Abtast- und
Haltceinheit 3' die Abtastung des Ausgangssignals (A auslöst.
Um auch in diesem Fall den Einfluß der Verluslwiderstände
auszuschalten, wird das Signal s* zu einem
solchen Zeitpunkt abgegeben, daß die Abiasl-Ilalte
schaltung die Spannung iA dann übernimmt, wenn dei
Ausgang des Generators im Fall der Kapazitätsmessung
den Wert
bzw. im Fall der Messung von Induktivitäten den Wen
/=0 besitzt.
Es ist leicht einzusehen, daß das den Gegenstand dei
Erfindung darstellende Verfahren auch auf die Messung von Gegeninduktivitäten, mit geringen, die Erfindung
nicht betreffenden Änderungen, anwendbar ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Messung von Reaktanzen und zur direkten Anzeige ihrer Werte auf einer
Anzeigeeinheit durch Messung des Stromes C-j—
bzw. der Spannung L^-, wobei ein Spannungs- bzw.
Stromgenerator eine Meßeinheit speist, an die die zu ι ο
messende Reaktanz angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs- bzw.
Stromgenerator (1) eine Ausgangsgröße mit der Periode Γ liefert, bei der im Zeitabschnitt 0<
t< Ti
die Ableitung -j— bzw. -τ— konstant gleich k ist und '
daß die Meßeinheit (2) eine Steuereinheit (2') enthält, die die Anzeigeeinheit (3) im Zeitabschnitt C
< t < T\ mit der Meßeinheit (2) verbindet und außerhalb
dieses Zeitabschnitts die Verbindung unterbricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Messung von Kapazitäten, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßeinheit (2) einen Operationsverstärker enthält, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang
(.A1) des Generators (1) über die zu messende
Kapazität (QJverbunden ist.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker mit
einem Kondensator (Ccomp) überbrückten Widerstand
(R) gegengekoppelt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Messung von Induktivitäten, -dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßeinheit (2) einen Operationsverstärker enthält, dessen Rückkopplungsimpedanz durch die zu
messende Induktivität gebildet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1,2,3 und 4, bei
welchem die Anzeigeeinheit ein mit der Periode T arbeitender Analog-Digital-Umsetzer (A/D) ist und
bei welchem die zu verarbeitende Spannung Lk nur während eines festen Zeitabschnittes anliegt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Periode gleich der Periode T des Generators (1) ist und der
Zeitabschnitt, in dem Lk durch den A/D-Umsetzer
der Anzeigeeinheit (3) verarbeitet wird, gleich dem Zeitabschnitt 0 ... 7Ί ist und daß das im
A/D-Umsetzer der Anzeigeeinheit (3) erzeugte Signal s\ im Generator (1) den Zeitabschnitt T\... T
einleitet und daß das am Ende der Umsetzungsperiode T im A/D-Umsetzer der Anzeigeeinheit (3)
erzeugte Signal S2 den Ausgang (t/2) der Meßeinheit
(2) mit dem A/D-Umsetzer der Anzeigeeinheit (3) verbindet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Umsetzer der Anzeigeeinheit
(3) nach einem integrierenden Verfahren arbeitet und daß zum Zeitpunkt 71/2 die Ausgangsspannung
des Generators (1) gleich RCcomp -j— ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Ums>etzer der Anzeigeeinheit
(3) nach einem integrierenden Verfahren arbeitet und die Ausgangsgröße des Generators (1) zum
Zeitpunkt 71/2 durch Null geht.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, bei welchem die Anzeigeeinheit durch eine Abtast-Halteeinheit
mit dem Ausgang (t/2) der Meßeinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Steuerschaltung (2') mit Signal S3 den Zeitabschnitt 0
... Ti einleitet und mit Signal &t die Abtastung
auslöst
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-Halteschaltung (3') die
Spannung t/2 dann übernimmt, wenn die Spannung
desGenerators(l)gleich ^
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-Halteschaltung (3') die
Spannung Ui dann übernimmt, wenn der Strom des
Generators (1) gleich Null ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT0800775A AT389591B (de) | 1975-10-21 | 1975-10-21 | Verfahren zur messung von reaktanzen mit direkter anzeige ihrer werte |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2646765A1 DE2646765A1 (de) | 1977-04-28 |
DE2646765B2 DE2646765B2 (de) | 1978-03-16 |
DE2646765C3 true DE2646765C3 (de) | 1978-11-09 |
Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762646765 Expired DE2646765C3 (de) | 1975-10-21 | 1976-10-16 | Verfahren zur Messung von Reaktanzen mit direkter Anzeige ihrer Werte |
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Families Citing this family (2)
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JPS54133170A (en) * | 1978-04-05 | 1979-10-16 | Shionogi Seiyaku Kk | Method and device for selectively measuring various electric constants |
US4458196A (en) * | 1981-08-05 | 1984-07-03 | John Fluke Mfg. Co., Inc. | Method and apparatus for high speed resistance, inductance and capacitance measurement |
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1975
- 1975-10-21 AT AT0800775A patent/AT389591B/de not_active IP Right Cessation
-
1976
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Also Published As
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DE2646765B2 (de) | 1978-03-16 |
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