DE2901160A1 - Test circuit periodically measuring instantaneous AC voltage - feeds sample values to buffer memory with values then digitalised, decoded and displayed - Google Patents

Abstract

The test circuit, is used for the periodic measurement of the instantaneous value of an alternating voltage or a direct voltage with a superimposed wave form. It is important, when testing insulation, which can be subjected to voltage surges. The voltage to be measured is tapped for a given time interval and fed to a buffer store (2). After a given interval, it is converted into a digital signal and then stored. The content of the digital store is then decoded and displayed (4). The measuring process is repeated periodically at the fundamental frequency of the voltage being measured.

Description

Meßanordnung zur periodischen Messung eines beliebigenMeasuring arrangement for periodic measurement of any

Augenblickswertes einer Wechselspannung oder einer welligen G leichspannung .Instantaneous value of an alternating voltage or an undulating DC voltage .

.i)ie Erfindung bezieht sich. auf eine Meßanordnung zur periodischen Messung eines beliebigen Augenblickswertes einer Wechselspannung oder einer beliebig welligen Gleichspannung, insbesondere des Scheitelwertes einer Wechselspannung oder des Größtwertes oder des Kleinstwertes einer welligen Gleichspannung zur Bestimmung des Uberlagerungsfaktors..i) The invention relates. on a measuring arrangement for periodic Measurement of any instantaneous value of an alternating voltage or any ripple DC voltage, in particular the peak value of an AC voltage or the maximum value or the minimum value of a wavy DC voltage for determination of the superposition factor.

Vorzugsweise in der Hochspannungstechnik tritt die Bedeutung der Messung des Augenblickswertes, insbesondere des Scheitelwertes einer wechselspannung oder des Größtwertes einer welligen Gleichspannung wegen der Zuordnung der Durchschlagspannung von Isoliermitteln zur höchsten aufgetretenen Spannung gegenüber der Effektivwertmessung vor allem in Pft.ffeldern in den Vordergrund.Measurement is preferred in high-voltage technology the instantaneous value, in particular the peak value of an alternating voltage or the maximum value of a wavy DC voltage due to the assignment of the breakdown voltage of insulation materials to the highest voltage that has occurred compared to the effective value measurement in the foreground especially in pft fields.

ei der Messung der Ladespannung von Stoßgeneratoren ist es bedeutsam, den Gröl3t- und Kleinstwert und daraus den liberlagerungsfaktor der zumeist welligen Gleichspannung zu bestimmen.When measuring the charging voltage of surge generators, it is important to the maximum and minimum value and from this the overlay factor of the mostly wavy Determine DC voltage.

fls ist bekannt, zur Messung des ocheitelwertes oder des Höchstwertes eines Nebenmaxima einer Wechsel- oder Wellenspannung Schaltungen mit einem Oder mehreren in Kaskade geschalteten Spitzenwertgleichrichtern zu verwenden, wobei im Wesentlichen ein Ladekondensator über einen Gleichrichter aufgeladen wird, gegebenenfalls unter Verwendung von Rechenverstärkern. damit die Kondensatorladung auch bei einer absinkenden Snannung dem Scheitelwert entspricht, werden entweder geeignet dimensionierte Entladewiderstände dem Ladekondensator parallel geschaltet oder die Entladung wird durch elektronische oder mechanische Schaltglieder periodisch freilaufend oder synchronisiert steuert.fls is known to measure the peak value or the maximum value a secondary maxima of an alternating or wave voltage circuits with an OR to use several peak value rectifiers connected in cascade, whereby im Essentially a charging capacitor is charged via a rectifier, if necessary using computational amplifiers. thus the capacitor charge even with a decreasing voltage corresponds to the peak value, are either suitably dimensioned Discharge resistors dem Charging capacitor connected in parallel or the discharge is periodic by electronic or mechanical switching elements free-running or synchronized controls.

Der Nachteil dieser Meßverfahren ist, daß sie sich ausschlieL'lich zur Messung von Scheitelwerten eignen, die Messung der fiöhe der Überlagerung einer welligen Gleichspannung ist nicht möglich.The disadvantage of these measuring methods is that they are exclusive suitable for measuring peak values, measuring the height of the overlay of a wavy DC voltage is not possible.

ss ist weiterhin bekannt, zur Messung eines beliebigen Augenblickswertes einer wechselspannung in der Hochspannungstechnik das Neßverfahren nach Chubb- Fortescue zu verwenden. riit einem Drehspulinstrument, welchem ein Synchronschalter parallel geschaltet ist, wird der Strom gemessen, der aufgrund der anliegenden Wechselspannung durch einen kapazitiven Vorwiderstand während eines eßintervalles fließt, welches durch die Ein- und Ausschaltdauer des Synchronschalters festgelegt wird.ss is also known to measure any instantaneous value an alternating voltage in high-voltage engineering, the wet method according to Chubb-Fortescue to use. riit a moving coil instrument with a synchronous switch in parallel is switched, the current is measured, which is due to the applied alternating voltage flows through a capacitive series resistor during an eßintervalles, which is determined by the on and off duration of the synchronous switch.

Ist das Moßintorvall exakt gleich der halben Periodendauer der zu messenden Wechselspannung, so ist die Anzeige des Drchspulinstrumentes proportional dem arithmetischen Mittel der beiden Augenblickswerte der @echselspannung, in denen der Synchronschalter öffnet bzw. schließt.If the Moßintorvall is exactly equal to half the period of the to measuring AC voltage, the display on the winding instrument is proportional the arithmetic mean of the two instantaneous values of the AC voltage in which the synchronous switch opens or closes.

Das @eßverfabren hat den Machteil, daß die Ein- und Ausschaltdauer des Synchronschalters z.B. oszillographisch kontrolliert werden muß, was von wesentlichem Einfluß auf die Meßgenauigkeit ist. ei einem plötzlichen Zusammenbruch er Spannung, wie er bei einem Durchschlag oder Überschlag an einem Prüfling auftreten kann, eht die Anzeige auf Lull zurück, der letzte Meßwert wird nicht gespeichert.The @essverfabren has the disadvantage that the on and off duration of the synchronous switch must be checked, e.g. oscillographically, which is essential Influence on the measurement accuracy is. in a sudden breakdown of tension, as it can occur in the event of a breakdown or flashover on a test object, eht the display returns to Lull, the last measured value is not saved.

Das Meßverfahren eignet sich nicht fär die Mesaung von Gleichspannung.The measuring method is not suitable for measuring DC voltage.

Gegenstand der @findung ist eine Meßanordnung zur periodischen Messung eines beliebigen Augenblickswertes einer Wechselspannung oder einer beliebigen velligen Gleichspannung, welche die genannten @achteile grundsätzlich vermeidet, ohne daß ein Kompromiß bezüglich der Meßunsicherheit eingegangen werden muß.The object of the @findung is a measuring arrangement for periodic measurement any instantaneous value of an alternating voltage or any velligen DC voltage, which basically avoids the disadvantages mentioned without a compromise has to be made with regard to the measurement uncertainty.

3rfindungsgemäß wird der zu messenden Spannung ue in einem Zeitintervall t1 ein Meßwert entnommen, welcher in einer Folge- Halte- Stufe (weiterhin PIlS genannt) zwischengespeichert wird. Dieser am Ausgang der FlIS anliegende Meßwert wird nach einer Wartezeit t2 von einem Analog- uigital- Wandler digitalisiert und in einem digitalen Speicher gespeichert. Der Inhalt des Digitalspeichers wird decodiert und auf einem Display angezeigt. Dieser Meßvorgang wiederholt sich periodisch mit der Frequenz der Grundschwingung der zu messenden Spannung, im Allgemeinen demnach alle 20 ms.According to the invention, the voltage to be measured is ue in a time interval t1 a measured value is taken, which in a follow-hold stage (hereinafter referred to as PIlS) is cached. This measured value present at the output of the FIS is after a waiting time t2 by an analog uigital converter and digitized in one stored in digital memory. The content of the digital memory is decoded and shown on a display. This measuring process is repeated periodically with the Frequency of the fundamental oscillation of the voltage to be measured, in general therefore all 20 ms.

Aus dem zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung wird mit Hilfe eines differenzierenden Netzwerkes bei einer großen Spannungsänderungsgeschwindigkeit, wie sie bei einem plötzlichen opannungszusammenbruch bei einem Durchschlag oder bei der des Ladekondensators in einem Stoßgenerator auftritt, ein logisches Signal erzeugt wird, welches die periodische Messung unterbricht, sodaß permanent der letzte vor dem Spannungszusammenbruch erhaltene ewert, welcher im Digitals-eicher gespeichert ist, angezeigt wird.The temporal course of the input voltage becomes with the help of a differentiating network at a high rate of voltage change, as in the event of a sudden breakdown in the event of a breakdown or in which the charging capacitor occurs in a surge generator, a logic signal is generated, which interrupts the periodic measurement, so that the last one is permanent e value obtained before the voltage breakdown, which is stored in the digital memory is displayed.

Die mit der erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere folgende: Die Messung eines beliebigen Augenblickswertes positiver oder negativer Polarität einer !echselspannung oder einer beliebig welligen Gleichspannung mit nur einem Meßverfahren ist möglich; der schlepefenler bei Messung eines sich stetig ändernden Wertes der Eingangsspannung ist so klein wie möglich, da der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten gleich der Periodendauer der Grundschwingung der Eingangsspannung ist, der letzte Meßwert, der unmittelbar vor einem plötzlichen Spannungszusammenbruch gemessen wurde, wird in einem digitalen und somit driftfreien Speicher abgespeichert, sodaß die Anzeige beliebig lange erfolgen kann, die Polarität der Durchschlagspannung wird unabhängig vom åeweiligen Meßwert gesondert angezeigt, was insbesondere bei der Prüfung von Isolieranordnungen mit wechselspannung aufschlußreich ist.The advantages achieved with the invention are in particular the following: The measurement of any instantaneous value of positive or negative polarity an alternating voltage or an arbitrarily wavy DC voltage with just one Measuring method is possible; the Schlepefenler when measuring a constantly changing The value of the input voltage is as small as possible, as the distance between two successive measured values equal to the period of the fundamental of the Input voltage is the last reading taken immediately before a sudden Voltage breakdown measured is digital and therefore drift-free Memory stored so that the display can be displayed for as long as you like, the polarity the breakdown voltage is displayed separately regardless of the respective measured value, which is particularly revealing when testing insulation arrangements with alternating voltage is.

flin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.Flin embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der Messanordnung. Die Eingangsspannung ue, welche in der Hochspannungs- Heßtechnik vorzugsweise an einem ohm'schen, kapazitiven oder einem sonstigen iiblicherweise benutzten Spannungsteiler abgegriffen wird, wird in bekannter Weise an einen Impedanzwandlerlgelegt, dessen Eingangsstrom näherungsweise Null ist und somit eine belastung des teiler vermeidet. Die Bandbreite des Impedanzwandlers 1 muß so groß sein, daß die Spannung um(t) auch bei schnellen Änderungen von ue ein getreues Abbild der :Eingangsspannung ue ist. Die Spannung um(t) wird an die FHS 2 gelegt, welche als Zwischenspeicher arbeitet. Die Steuerlogik 6 bestimmt periodisch den jeweiligen Zustand Folgen oder Halten der FHS 2 und gibt Steuerbefehle an den A/D- Wandler 3 und digitalen Endspeicher mit Anzeige 4. Die Durchschlagerkennung 5 erzeugt aus dem zeitlichen Verlauf von um (t) bei einer großen Spannungsä.nderungsgeschwindigkeit logische Signale, welche in der Steuerlogik 6 den periodische Messablauf blockieren und zum anderen mit der Anzeige 7 einen positiven oder negativen Spannungszusanmenbruch anzeigt. Mit Potentiometer 9 kann der Meßzeitpunkt relativ zur Phase der Grundschwingung der Singangsspannung ue eingestellt werden. taste 10 setzt die Gteuerlogik 6 nach einem erfolgten Durchschlag wieder in den Zustand periodisches Messen zurück. ausgang 8 dient zur Messwertsynchronen Auslösung eines Stoßgenerators, wenn die Ladespannung des Stoßgenerators gemessen wird. hierdurch werden Streuungen im Scheitelwert der Stoßspannung in Höhe des Überlagerungsfaktors bei der getriggerten Auslösung vermieden.Fig. 1 shows the block diagram of the measuring arrangement. The input voltage ue, which in high-voltage heating technology is preferably an ohmic, capacitive or another commonly used voltage divider is tapped, is applied in a known manner to an impedance converter, the input current of which is approximately Is zero and thus avoids a burden on the divider. The bandwidth of the impedance converter 1 must be so large that the voltage around (t) even with rapid changes in ue a true representation of the: input voltage is ue. The voltage around (t) is applied to the FHS 2 placed, which works as a buffer. The control logic 6 determines periodically the respective state follow or hold the FHS 2 and give control commands to the A / D converter 3 and digital final memory with display 4. Breakdown detection 5 generated from the time course of um (t) at a large rate of voltage change logical signals which block the periodic measurement sequence in the control logic 6 and on the other hand with the display 7 a positive or negative voltage collapse indicates. With potentiometer 9, the measurement time can be relative to the phase of the fundamental oscillation the singing voltage ue can be set. Key 10 sets the control logic 6 afterwards after a breakdown back to the periodic measurement state. exit 8 is used to trigger a surge generator synchronously with the measured values when the charging voltage of the shock generator is measured. this eliminates scatter in the peak value of the Impulse voltage in the amount of the superimposition factor avoided during triggered tripping.

zeigt . 2 zeigt den Heßablauf in zeitlicher Reihenfolge. Der zeitliche Verlauf der Eingangsspannung ue und somit auch der Spannung um(t) sei im allgemeinsten Fall der einer sich in der Amplitude ändernden Wechselspannung mit einem Gleichspannungsanteil, wie im Diagramm u über t oben in Fig.2 dargestellt ist.shows . 2 shows the heating sequence in chronological order. The temporal The course of the input voltage ue and thus also of the voltage around (t) is the most general Case of an alternating voltage with a changing amplitude with a direct voltage component, as shown in the diagram u over t above in Fig.2.

der Meßzeitpunkt sei mit Potentiometer 9 so eingestellt, daß immer der positive Scheitelwert von um(t) gemessen wird.the measuring time is set with potentiometer 9 so that always the positive peak value of µm (t) is measured.

Die Übernahme des Meßwertes Um1 in die FHS 2 erfolgt innerhalb des Meßintervalles t1 durch die in Kurve a dargestellten Steuerimpulse. Der in der FHS 2 jeweils gespeicherte Meßwert ist Kurve b zu entnehmen. Nach Ablauf einer Wartezeit t2 wird der in FHS 2 gespeicherte Meßwert um1 im A/D- Wandler 3 digitalisiert und in Endspeicher 4 gespeichert, gleichzeitig decodiert und angezeigt. Der jeweilige Inhalt des digitalen Speichers 4 und somit auch der angezeigte Meßwert ist aus Kurve c zu ersehen.The transfer of the measured value Um1 into the FHS 2 takes place within the Measurement interval t1 by the control pulses shown in curve a. The one in the FHS 2 each stored measured value is shown in curve b. After a waiting period t2, the measured value stored in FHS 2 is digitized by 1 in A / D converter 3 and stored in final memory 4, decoded and displayed at the same time. The respective The content of the digital memory 4 and thus also the displayed measured value is from the curve c to be seen.

Die Übernahme von Meßwert um2 erfolgt mit dem nächsten folgenden Steuerimpuls in Kurve a in die PIlS 2, wobei der alte Wert Uml sozusagen überschrieben wird. Nach Ablauf der wartezeit t2 wird nun Meßwert um2 digitalisiert und in 4 gespeichert, wie oben beschrieben. Der Digitalspeicher 4 muß jedoch vor Einspeichern eines neuen Meßwertes durch einen Löschimpuls der Steuerlogik 6 gelöscht werden.Measured value um2 is accepted with the next following control pulse in curve a into PIlS 2, the old value Uml being overwritten, so to speak. After the waiting time t2 has elapsed, the measured value um2 is now digitized and stored in 4, as described above. The digital memory 4 must, however, before storing a new one Measured value can be deleted by a delete pulse of the control logic 6.

Erfolgt unmittelbar vor, während oder nach der Übernahme des Meßwertes in die FHS 2 ein Durchschlag, so wäre der erhaltene Meßwert, wie Fi'?. 2 zeigt, (um4) sicher falsch. Durch die um die Wartezeit t2 verzögerte Übernahme des Meßwertes aus der FHS 2 in den Digitalspeicher wird die Übernahme eines falschen Meßwertes sicn.er vermieden. Die Wartezeit t2 muß so groß gewählt werden, wie die JJurchschlagerkennung 5 benötigt, um die periodische Meßwertübernahme in der Steuerlogik 6 sicher zu sperren. Oas Sperreignal der Durchschlagerkennung 5 ist in Kurve d von Fiq. 2 dargestellt. t)ie Übernahme von Meßwert Um4 in den Digitalspeicher wird somit verhindert, Meßwert um3 bleibt in Digitalspeicher 4 gespeichert und wird nun permanent angezeigt, bis durch Drücken von Taste 10 die Steuerlogik wieder in den Zustand periodisches Messen geschaltet wird.Takes place immediately before, during or after taking over the measured value If a breakdown occurs in FHS 2, the measured value obtained would be like Fi '?. 2 shows (um4) certainly wrong. Due to the delayed acceptance of the measured value by the waiting time t2 from the FHS 2 into the digital memory the transfer of an incorrect measured value occurs sicn.er avoided. The waiting time t2 must be selected as long as the breakdown detection 5 is required to safely block the periodic acquisition of measured values in the control logic 6. The blocking signal of the breakdown detection 5 is shown in curve d of Fiq. 2 shown. t) The transfer of measured value Um4 to the digital memory is thus prevented, measured value um3 remains stored in digital memory 4 and is now permanently displayed until by pressing key 10, the control logic returns to the periodic measurement state is switched.

Das Zeitintervall t1 , in welchem die Übernahme des Meßwertes in die FS 2 erfolgt, muß klein gegen die Periodendauer der harmonischen mit der höchsten zu berücksichtigenden Frequenz sein, welche in der zu messenden Spannung vorkommt und kann z.B. t1 = 4 us betragen. Das Zeitintervall t1 muß jedoch so groß gewählt werden, daß die Übernahme des Meßwertes in die FHS 2 mit der nötigen Genauigkeit erfolgt und kleiner u,1 % betragen kann.The time interval t1 in which the transfer of the measured value into the FS 2 takes place, must be small compared to the period of the harmonic with the highest frequency to be taken into account, which occurs in the voltage to be measured and can e.g. be t1 = 4 us. However, the time interval t1 must be like this great be chosen that the transfer of the measured value into the FHS 2 with the necessary accuracy takes place and can be less than u, 1%.

Folge- Halte- Stufen (FHS) sind als Module oder integrierte Schaltkreise im Handel verfügbar oder können mit diskreten Bauelementen aufgebaut werden. er prinzipielle Aufbau ist in Fig 3 dargestellt, Eingang li'/H steuert den Schalter 5.Follow-hold stages (FHS) are available as modules or integrated circuits commercially available or can be built with discrete components. he basic structure is shown in Fig. 3, input li '/ H controls the switch 5.

Schalter S geschlossen: Der Speicherkondensator CL wird über Schalter S und den Operationsverstärker V1 auf den Wert der Eingangsspannung u1 aufgeladen, die Rückführung der Ausgangsspannung u2 auf den invertierenden Eingang von V1 bewirkt dies, es gilt u2 = uc = u1 Die Aufladung ist mit einer zeitkonstanten behaftet, welche durch den Einschaltwiderstand von 5, den Ausgangswiderstand von V1 und durch die Größe des Speicherkondensators CL bestimmt wird, eine Vergrößerung von CL bewirkt eine größere eitkonstante und somit eine kleinere Grenzfrequenz der FHS.Switch S closed: The storage capacitor CL is switched via switch S and the operational amplifier V1 are charged to the value of the input voltage u1, causes the output voltage u2 to be fed back to the inverting input of V1 this, it applies u2 = uc = u1 The charge is subject to a time constant, which by the on resistance of 5, the output resistance of V1 and through the size of the storage capacitor CL is determined, causes an increase in CL a larger time constant and thus a smaller limit frequency of the FHS.

Schalter S offen : Eingang und ausgang sind nun entkoppelt, der Spannungswert uc ist über den Impedanzwandler V2 als Ausgangsspannung u2 verf@@ber, es gilt u2 = uc. Durch unverweidbare Leckströme des Impedanzwandlers V2 und des Schalters S wird CL entladen, wobei die zeitliche Änderung der Spannung uc um so kleiner ist, je größer CL ist.Switch S open: input and output are now decoupled, the voltage value uc is available via the impedance converter V2 as output voltage u2, u2 applies = uc. Due to inevitable leakage currents of the impedance converter V2 and the switch S CL is discharged, whereby the change in voltage uc over time is the smaller, the greater CL is.

Bei der Auslegung von CL ist ein optimaler @om@romiß zwischen oberer Grenzfrequenz und Drift zu finden. Hierbei tann es notwendig sein, zwei oder mehrere FHS in Faskade zu schalten.When designing CL, there is an optimal @ om @ romiss between upper Find cutoff frequency and drift. It may be necessary to use two or more To switch FHS in a cascade.

Fig. 4 zeigt drei in @askade geschaltete FHS FH1 - @H3. Jeder FHS wird ein monostabiler Multivibrator M1 - M3 zugeordnet, wobei die Schaltzeiten der Multivibratoren entsprechend der Ubernahmezeit der zugehörigen FHS eingestellt werden. Durch diese Schaltungsma@nahme können analoge Spannungswerte mit hochfrequenten Anteilen mit großer @enauigkeit geapeichert werden.4 shows three FHS FH1 - @ H3 connected in a cascade. Every FHS a monostable multivibrator M1 - M3 is assigned, the switching times of the Multivibrators can be set according to the takeover time of the associated FHS. This circuit measure enables analog voltage values with high frequency Shares can be stored with great @accuracy.

Fig. 5 zeigt die detailierte Schaltung einer ausgefiihrten Messanordnung. Die zu messende Spannung ue wird über einen Impedanzwandler, dessen Eingangsstrom näherungsweise lMull ist und somit die Spannungsquelle nicht belastet, an den nichtinvertierenden Eingang der FHS 2 gelegt, Spannung um(t).5 shows the detailed circuit of an implemented measuring arrangement. The voltage to be measured ue is transmitted via an impedance converter, its input current is approximately lMull and thus the voltage source is not loaded, to the non-inverting Input of FHS 2 applied, voltage around (t).

Liegt an Steuereingang F/H von 2 das Signal log. 0, so wird abgetastet. Aufgrund der Beschaltung des invertierenden Einganges von 2 folgt die Ausgangsspannung u2 der Eingangsspannung nach der Formel u2 = (1 + R1/R2).um(t) = (1 + R1/R2).ue.If at control input F / H of 2 the signal log. 0, it is scanned. Due to the wiring of the inverting input of 2, the output voltage follows u2 of the input voltage according to the formula u2 = (1 + R1 / R2) .um (t) = (1 + R1 / R2) .ue.

Geht das Signal an F/H von 2 auf log.1, so wird die Spannung u2 auf dem Wert der Spannung ue festgehalten, der unmittelbar vor dem Signalwechsel an F/H von log.0 auf log. 1 vorhanden war.If the signal at F / H goes from 2 to log 1, the voltage u2 increases the value of the voltage ue recorded immediately before the signal change F / H from log. 0 to log. 1 was present.

Ist das Abtastintervall t1 kurz gegen die Periodendauer der Harmonischen mit der höchsten Freouenz, welche in der zu messenden Spannung ue zur Kleinhaltung des Meßfehlers berücksichtigt werden muß, so kann die zu messende Spannung ue als quasistationar betrachtet werden und es gilt zwischen zwei Abtastintervallen die Formel u2 = (1 + R1/R2). ue t=t = constant.If the sampling interval t1 is short compared to the period of the harmonics with the highest frequency, which in the voltage to be measured ue to keep it small of the measurement error must be taken into account, the voltage to be measured can be ue as can be viewed quasi-stationary and the applies between two sampling intervals Formula u2 = (1 + R1 / R2). ue t = t = constant.

Die Spannung u2wird über einen Spannungsteiler 11, 12 an den Angang eines handelsüblichen digitalen Einbauvoltmeters 37, @pannung U3, gele;t. Ijit dem Spannungsteiler 11,12 kann-der Anzeigebereich des Einbauvtltmeters 7 an den bereich der Eingangsspannung ue angepaßt werden, gegebenenfalls unter Einbeziehung des Übersetzungsverhältnisses eines vor den Eingang geschalteten Spannungsteilers z.B. für die Hochspannungsmessung.The voltage u2 is applied to the input via a voltage divider 11, 12 a commercially available digital built-in voltmeter 37, @voltage U3, le; t. Ijit dem Voltage divider 11, 12 can - the display area of the built-in meter 7 to the area adapted to the input voltage ue, if necessary taking into account the transformation ratio a voltage divider connected in front of the input, e.g. for high voltage measurement.

Än kurzzeitiger Triggerimpuls am Eingang T von 7, welcher von der monostabilen Kippstufe 20 nach der Wartezeit t2 erzeugt wird, hat zur Folge daß im Einbauvoltmeter 37 der Digitalspeicher gelöscht wird. )ann wird der am eingang liegende Spannungswert U3 in 37 digitalisiert, im Digitalspeicher von 37 gespeichert und auf dem Display von 37 angezeigt. Der gesamte Vorgang vor rigerimpuls bis zur Anzeige wird Gonversion genannt, er luft im Einbauvoltmeter Selbsttätig ah.Än short-term trigger pulse at input T of 7, which is from the monostable flip-flop 20 is generated after the waiting time t2, has the consequence that the digital memory in the built-in voltmeter 37 is deleted. ) ann will be the one at the entrance lying voltage value U3 digitized in 37, stored in the digital memory of 37 and shown on the display of 37. The entire process from rigerimpuls to The display is called Gonversion, it runs automatically in the built-in voltmeter ah.

Der sequentielle Meßablauf wird durch die hintereinander geschalteten monostabilen Kippstufen, weiterhin KS genannt, 17, 18, 19 und 20 gesteuert. KS 20 liefert den Griggerimpuls für Einbauvoltmeter 37, KS 18 liefert den Abtastimpuls für FIlS 2 im Abtastintervall t1. KS 19 mit der Kippzeit t2 verzögert die Ubernahme des Meßwertes um die wartezeit t2 in das Einbauvoltmeter 37. Die Kippzeit von ES 17 kann mit Potelltiometer 9 eingestellt werden, die Variationsbreite ist etwas größer als die Periodendauer der Grundschwingung der zu messenden Spannung ue. Die Synchronisation des tessablaufes erfolgt durch Spannung U4 an KS 17. Ein positiver Spannungsanstieg in Spannung u4, welcher eine starre Phasenlage zur Grundschwingung der Meßspannung ue hat, triggert KS 17. Die fallende Planke am Ausgang von KS 17 ist nun zeitlich mit Potentiometer 9 relativ zur Phase der Grundschwingung in einstellbar und triggert KS 18 mit Kippzeit t1, wodurch letztlich der Abtastzeitpunkt relativ zur Phase der Grundschwingung von u eingestellt wird und jeder beliebige Augenblickswert der Spannung ue gemessen werden kann.The sequential measurement sequence is made possible by the monostable multivibrators, also called KS, 17, 18, 19 and 20 controlled. KS 20 supplies the trigger pulse for built-in voltmeter 37, KS 18 supplies the sampling pulse for FIlS 2 in the sampling interval t1. KS 19 with the tipping time t2 delays the takeover of the measured value by the waiting time t2 in the built-in voltmeter 37. The breakdown time of ES 17 can be set with potentiometer 9, the range of variation is somewhat greater than the period of the fundamental oscillation of the voltage to be measured ue. The The test sequence is synchronized by voltage U4 on KS 17. A positive one Voltage rise in voltage u4, which has a rigid phase relation to the fundamental oscillation the measuring voltage has ue, triggers KS 17. The falling board at the output of KS 17 is now adjustable in time with potentiometer 9 relative to the phase of the fundamental oscillation and triggers KS 18 with tilting time t1, which ultimately makes the sampling time relative is set to the phase of the fundamental oscillation of u and any instantaneous value the voltage ue can be measured.

Die Synchronisierspannung u4 wird von einer fransformator-Sekundärwicklung 13 und einem Dioden- Begrenzungsnetzwerk mit den Elementen 14-, 15 und 16 erzeugt, wobei die Spannung von T:icklung 13 phasenmäßig starr mit der Grundschwingung der zu messenden Spannung ue gekoppelt sein sollte. im Allgemeinen ist 13 deshalb eine Sekundärwicklung des Netztransformators, welcher die Spannungsversorgung der Heßanordnung übernimmt.The synchronization voltage u4 is supplied by a transformer secondary winding 13 and a diode limiting network with elements 14, 15 and 16 are generated, where the voltage of T: development 13 is phase-wise rigid with the fundamental oscillation of the voltage to be measured ue should be coupled. in general, therefore, 13 is one Secondary winding of the mains transformer, which supplies the voltage to the heater assembly takes over.

Die Spannung um(t) wird über ein aktives differenzierendes Netzwerk mit den Elementen 21, 22 und 23 an den invertierenden Eingang von Komparator 24 und den nichtinvertierenden Eingang von Komparator 27 gelegt. An die beiden anderen Eingänge der Komparatoren 24 und 27 werden über die Widerstände 25 und 26 bzw. 28 und 29 kleine Referenzspannungen angelegt, sodaß die Ausgänge von 24 und 27 beide log.O sind. Die niederfrequenten Anteile in um (t) vermögen wegen des zwischengeschalteten differenzierenden Gliedes 21, 22, 23 nicht, die Komparatoren 24 b7'.r 27 anzusteuern. Tritt jedoch eine große Spannungsänderungegeschwindigkeit in um(t) auf, so gelangt diese ungeschwächt iiber das Differenzierglied 21, 2, 23 und vermag nun je nacn Polarität einen der Komparatoren 24 oder 27 anzusteuern. Bei einer negativen Spannungsänderungsgeschwindigkeit, also bei einer positiven Durchschlagspannung, wird komparator 24 ansprechen, der Ausgang von 24 wird log.1 und setzt die bistabile Kippstufe 30 und über dad ODER- NICHT- Glicd 36 werden die beiden KS 19 und 20 gesperrt, wodurch das Einbauvoltmeter 37 an T keine Triggerimpulse mehr erlt und somit den letzten digital gespeicherten Meßwert permanent anzeigt. Gleichzeitig leuchtet Indikatorlampe 33, welche eine Leuchtdiode sein kann, angesteuert von Kippstufe 30 über Widerstand 32.The voltage around (t) is across an active differentiating network with elements 21, 22 and 23 to the inverting input of comparator 24 and the non-inverting input of comparator 27. The other two Inputs to the comparators 24 and 27 are made via resistors 25 and 26 and 28, respectively and 29 applied small reference voltages, so that the outputs of 24 and 27 both log.O are. The low-frequency components in um (t) capacity because of the interposed differentiating Member 21, 22, 23 not to control the comparators 24 b7'.r 27. However, occurs If there is a large voltage change speed in µm (t), it is not weakened via the differentiating element 21, 2, 23 and is now capable of one of the polarities depending on the polarity To control comparators 24 or 27. With a negative rate of voltage change, So at a positive breakdown voltage, the comparator 24 will respond Output of 24 becomes log. 1 and sets the bistable multivibrator 30 and via dad OR NOT- Glicd 36 both KS 19 and 20 are blocked, which means that the built-in voltmeter 37 at T no more trigger impulses are received and thus the last digitally stored one Permanently displays the measured value. At the same time indicator lamp 33 lights up, which one Can be light-emitting diode, controlled by flip-flop 30 via resistor 32.

Bei einer positiven Spannungsänderungsgeschwindigkeit spricht l@omparator 27 an, setzt Eippstufe 31 und über das ODER- @ICHT Glied 36 wird in Analogie zu oben KS 19 und 20 gesperrt usw.In the case of a positive rate of voltage change, l @ omparator speaks 27, sets Eippstufe 31 and via the OR- @ICHT element 36 is analogous to above KS 19 and 20 blocked etc.

nun leuc1ntet Indikatorlampe 35, angesteuert von Kippstufe ,1 über Widerstand 34.Now the indicator lamp 35 lights up, controlled by the flip-flop, 1 via Resistance 34.

Mit Taste 10 können die bistabilen Kippstufen 30 und 31 rückesetzt werden, wodurch die KS 19 und 20 wieder freigegeben werden und es finden wieder periodisch Meßvorgänge statt.The bistable toggle stages 30 and 31 can be reset with key 10 are, whereby the KS 19 and 20 are released again and find it again periodic measurement processes take place.

Die bistabilen es Kippstufen 30 und 31 sind gegeneinander verriegelt, sodaß nach Ansprechen einer Stufe die andere gesperrt ist, sodaß auch bei einem Spannungszusammenbruch mit überlagerten Schwingungen die richtige Durchschlagspolarität an 33 bzw.The bistable flip-flops 30 and 31 are locked against each other, so that after one level has been addressed, the other is blocked, so that also with one Voltage breakdown with superimposed oscillations the correct breakdown polarity at 33 resp.

35 angezeigt wird.35 is displayed.

Ausgang 8 liefert zeitgleich mit der Messung des Augenblickswertes ein Triggersignal, mit welchem ein externes Gerät, wie z.B. ein Stoßgenerator, genau zum Zeitpunkt der Spannungsmessung ausgelöst werden kann. Hierdurch können Streuungen im Scheitelwert der Stoßspannung in Höhe der Überlagerung vermieden werden, wenn ein Augenblickswert der Ladespannung, wie z.B. der Größtwert, gemessen wird.Output 8 delivers at the same time as the measurement of the instantaneous value a trigger signal with which an external device, such as a surge generator, can precisely can be triggered at the time of voltage measurement. This can cause scatter in the peak value of the surge voltage at the level of the superposition can be avoided if an instantaneous value of the charging voltage, such as the maximum value, is measured.

Fig. 6 zeigt, wie in einer weiteren Ausbildung der erfindung die Verstärkung von 23 mit den Widerständen 38 und 39 vergrößert werden kann um c'en Eingangsspannungsbereich von ue besser an die Ansprechspannung der Komparatoren 24 und 27 anzupassen.Fig. 6 shows how the reinforcement in a further embodiment of the invention of 23 with resistors 38 and 39 enlarged can be around c'en input voltage range of ue better to the response voltage of the comparators 24 and 27 to adapt.

stelle der differenzierenden Elemente 2, und 22 ist ein Netzwerk40 eingesetzt, welches ein Eochpaß zweiter oder höherer Ordnung oder ein Bandpaß sein kann, wodurch eine Verbesserung im Ansprechverhalten der Durchschlagerkennung. erzielt wird.place of the differentiating elements 2, and 22 is a network40 used, which can be a second or higher order Eochpass or a bandpass can, thereby improving the response of the breakdown detection. achieved will.

Fig. 7 zeigt, wie in einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Eynchronisierung der Meßzyklen mit der Grundschwingung der zu messenden Spannung ue durch die zu messende Spannung selbst erfolgt, indem die Spannung ue oder um(t) über einen auf eis Grundschwingung angepaßten Band@aßverstärker 41 großer Selektivität und Verst@rkung geführt wird, an dessen Ausgang die Synchronisierspannung u4 abgenommen wird und an den Eingang von KS 17 gelegt wird.7 shows how the synchronization is carried out in a further embodiment of the invention of the measuring cycles with the fundamental oscillation of the voltage to be measured ue through the to measuring voltage itself is done by taking the voltage ue or um (t) across a Band amplifier 41 adapted to the fundamental oscillation, great selectivity and amplification is performed, at the output of which the synchronization voltage u4 is taken and is placed at the input of KS 17.

In Betracht gezogene Literatur: Adolf J. Schwab, @ochspannungsmesstechnik, Springer Verla@ 1969 VDE 0433 Offenlegungsschrift 1 756 387 Aktenzeichen P 1766367.5 @.1.7.1971 @. Tietze-Ch.Schenk, @@lbleiter- Schaltungstechnik, Springer-Verlag 1976 L e e r s e i t eLiterature considered: Adolf J. Schwab, @ochspannungsmesstechnik, Springer Verla @ 1969 VDE 0433 Offenlegungsschrift 1 756 387 File number P 1766367.5 @ .1.7.1971 @. Tietze-Ch.Schenk, @@ lbleiter- circuit technology, Springer-Verlag 1976 L. e e r e i t e

Claims (9)

P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. @eßanordnung zur periodischen Messung eines beliebigen Augenblickswertes einer Wechselsnannung oder einer beliebig welligen Gleichspannung, insbesondere des positiven oder negativen Scheitelwertes einer @echselspannung oder des Größtwertes oder des Kleinstwertes einer welligen Gleichspannung zur Bestimmung des Überlagerungsfaktors, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messenden Spannung ue in einem Zeitintervall t1 ein Meßwert entnommen wird, welcher in einer Folge- Malte- Stufe zwischengespeichert wird. Dieser am Ausgang der Folge- Nalte- Stufe anliegende Meßwert wird nach einer Wartezeit t2 von einem Analog- Digital- Wandler digitalisiert und in einem digitalen Speicher gespeichert, Der Inhalt des Di?italsneichers wird decodiert und auf einem Display angezeigt. Dieser Meßvorgang wiederholt sich periodisch rit der Grundschwingung der zu messanden Spannung, in Allgemeinen demnach alle 20 ms. P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. @ dining arrangement for periodic measurement any instantaneous value of an alternating voltage or an arbitrarily wavy one DC voltage, especially the positive or negative peak value of an AC voltage or the maximum value or the minimum value of a wavy DC voltage for determination of the superposition factor, characterized in that the voltage to be measured ue a measured value is taken in a time interval t1, which in a subsequent Malte level is cached. This at the exit of the next Nalte stage The measured value that is present is transferred to an analog-digital converter after a waiting time t2 digitized and stored in a digital memory, The content of the Di? italsneichers is decoded and shown on a display. This measuring process is repeated periodically rit the fundamental oscillation of the voltage to be measured, in general accordingly every 20 ms. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß anstelle einer Fol@e- Malte- Stufe zwei oder mehrere in Kaskade geschaltete Folge- Halte- Stufen verwendet werden. 2. Measuring arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that instead of one Fol @ e-Malte stage, two or more cascaded stages Follow-hold stages can be used. 3. Meßanordnung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, da? aus dem zeitlichen Verlauf der Eingangsspannung u0 mit Hilfe eines differenzierenden Netzwerkes 21, 22, 23 bei positiver bzw. negativer Polarität einer großen Spannungsänderungsgeschwindigkeit, wie sie bei einem plötzlichen Spannungszusammenbruch bei einem Durchschlag oder bei der Stoßentladung des Ladekondensators in einem Stoßgenerator auftritt, jeteils ein logisches Signal erzeugt wird, wodurch die periodische Messung unterbrochen wird und nermanent der letzte vor dem Spannungszusammenbruch erhaltene und im Digitalspei cher gespeicherte Meßwert angezeigt wird und gleichzeitig ?e nach Polarität eine von zwei Anzeigen 37, 35 angesteuert wird, sodaß die Polarität der Durchschlagspannung angezeigt winl. 3. Measuring arrangement according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n do you know that? from the temporal course of the input voltage u0 with the help a differentiating network 21, 22, 23 with positive or negative polarity a large rate of voltage change, as in the case of a sudden voltage breakdown in the event of a breakdown or surge discharge of the charging capacitor in a surge generator occurs, so a logical signal is generated, whereby the periodic measurement is interrupted and permanently the last one received before the voltage breakdown and the measured value stored in the digital memory is displayed and at the same time? e one of two displays 37, 35 is controlled according to polarity, so that the polarity the breakdown voltage displayed winl. 4. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an den Ausgang des aktiven differenzierenden Metzwerkes 21, 22, 23 der invertierende Eingang eines Komnarators 24 und Cer nichtinvertierende Eingang eines Komparators 27 geschaltet wird. An die beiden anderen Eingänge von 24 und 27 werden kleine lieferenzspannungen so angelegt, daß die Ausgänge er tomparatoren 24, 27 einen definierten logischen Zustand z.B. beide logisch 0 aufweisen und angepaßte dynamaische Eingänge der bistabilen Kinnstufen 30, 31 ansteuern.4. Measuring arrangement according to claim 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h e t that at the output of the active differentiating Metzwerkes 21, 22, 23 the inverting input of a Komnarator 24 and Cer non-inverting input a comparator 27 is switched. To the other two entrances of 24 and 27 small supply voltages are applied in such a way that the outputs are comparators 24, 27 have a defined logic state e.g. both logic 0 and adapted Control dynamic inputs of the bistable chin steps 30, 31. Die ist. Kippstufen 30, 31 sind gegeneinander verriegelt, sodaR nach Ansprechen. einer Stufe die andere gesperrt ist. She is. Tilt stages 30, 31 are locked against each other, so that after Speak to. one level the other is blocked. Die Ausgänge Q von 30 bzw. 31 werden über ein ODER- NICHT-Clied 36 logisch verknüpft, sodaß am Ausgang von 36 ein log. The outputs Q of 30 or 31 are via an OR-NOT-Clied 36 logically linked, so that a log. Signal zum Sperren des periodischen Meßzyklus abgenommen werden kann. Die Anzeige der Durchschlagpolarität 33, 35 kann zweckmäßigerweise durch die komplementären Ausgänge von 30 und 31 angesteuert werden. Signal to block the periodic measuring cycle can be picked up. The display of the breakdown polarity 33, 35 can expediently by the complementary Outputs from 30 and 31 can be controlled. 5 . Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des aktiven differenzierenden Netzwerkes mit den Widerst@nden 93 und 39 eingestellt werden kann.5. Measuring arrangement according to Claims 1 to 4, characterized in that the reinforcement of the active differentiating network with the resistors 93 and 39 can be set. 6. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß anstelle der differenzierenden rnqemente 21, 22 ein i'tz-@er@ Qo eingesetzt wird, welches ein Hochpaß zweiter oder höherer Ordnung oder ein Bandpaß sein kann.6. Measuring arrangement according to claim 1 to 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h e t that instead of the differentiating elements 21, 22 an i'tz- @ er @ Qo is used, which is a high-pass filter of the second or higher order or a band-pass filter can be. r7. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daF. die Synchronisierung der Meßzyklen mit der Grundschwingung der zu messenden Spannung ue über eine vom Netz gelieferte Synchronisierspannung u4 erfolgt, welche einer Sekundärwicklung eines Transformators 13 huber ein Widerstands- Diodennetzwerk 14, 15, 16 zur Signalformung entnommen wird, wobei die Primärspannung von Transformator 13 synchron zur Grundschwingung der zu messenden Spannung ue verlaufen muß.r7. Measuring arrangement according to Claims 1 to 6, characterized in that daF. the synchronization of the measuring cycles with the fundamental oscillation of the voltage to be measured ue takes place via a synchronization voltage u4 supplied by the network, which is a Secondary winding of a transformer 13 over a resistor-diode network 14, 15, 16 is taken for signal shaping, the primary voltage from transformer 13 must run synchronously with the fundamental oscillation of the voltage to be measured ue. . Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierung der Meßzyklen mit der Grundschwing-und der zu messenden Spannung ue durch die zu messende Spannung selbst erfolgt, indem die Spannung ne oder um(t) über einen auf die Grundschwingung angepaßten Bandpaßverstärker 41 großer Selektivität und Verstärkung geführt wird, an dessen Ausgang die Synchronisierspannung u4 abgenommen wird und an den Eingang von 17 gelegt wird.. Measuring arrangement according to Claims 1 to 6, characterized in that the synchronization of the measuring cycles with the fundamental and the voltage to be measured ue is carried out by the voltage to be measured itself by adding the voltage ne or um (t) above a band-pass amplifier adapted to the fundamental 41 great selectivity and amplification is performed, at the output of which the synchronizing voltage u4 is removed and placed at the input of 17. 9. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zu messende Spannung ue über einen Elektrometerverstärker 1, welcher die Verstärkung 1 haben kann und dessen Bandbreite so groß ist, daß das für eine gewünschte Meßgenau igkeit notwendige Frequenz spektrum in um(t) und ue gleichermaßen vorhanden ist und dessen Eingangsstrom die Spannungsquelle ue vernachlässigbar belastet, geführt werden.9. Measuring arrangement according to claim 1 to 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the voltage to be measured ue via an electrometer amplifier 1, which can have a gain of 1 and whose bandwidth is so large that the Frequency spectrum in um (t) and ue necessary for a desired measurement accuracy is equally present and its input current the voltage source ue negligible burdened, to be guided. 1o.t'eßanordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Ausgang 8 zeitgleich mit der Nessung des Augenblicswertes ein Triggersignal abgenommen werden kann, mit welchen ein externes Gerät, wie z.B. ein Stoßgenerator, rJensu zum Zeitpunkt der Spannungsmessung ausgelöst werden kann.1o.t'eßanordnung according to claim 1 to 9, characterized in that A trigger signal is sent to an output 8 at the same time as the measurement of the moment value can be removed with which an external device, such as a surge generator, rJensu can be triggered at the time of voltage measurement.