DE4009799C1 - Measuring DC or AC voltage using symmetrical voltage divider - having two equal resistors bridged by two resistors in series with node connected to reference voltage source - Google Patents

Abstract

A method of measuring a d.c. and/or a.c voltage involves applying the measurement voltage to a symmetrical potential divider with equal value inner (R2) and outer (R1) resistors and the inner junction connected to a reference potential. The tapping points of the divider are compared (28) with variable levels which are varied to determine the max. and min. voltage levels. The measurement voltage value is derived from the max. and min. values using a stated formula. USE/ADVANTAGE - For use in voltmeter to achieve very simple operation and rapid indication of measurement values.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen einer Gleich- und/oder Wechselspannung sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for measuring a DC and / or AC voltage and on a device to perform this procedure.

Voltmeter, mit deren Hilfe Gleich- und/oder Wechselspannungen gemessen werden, sollen so ausgebildet sein, daß sie möglichst einfach zu bedienen sind und das gewünschte Meßergebnis möglichst schnell anzeigen. Außerdem soll es möglich sein, unbekannte Spannungen zu messen, ohne daß es erforderlich ist, einen bestimmten Meßbereich einzustellen oder einen Unterschied zu machen, ob die zu messende Spannung eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung oder auch eine Wechselspannung mit überlagertem Gleichspannungsanteil ist.Voltmeter, with the help of DC and / or AC voltages should be measured so that they are as easy to use as possible and the desired measurement result Show as quickly as possible. It should also be possible be able to measure unknown voltages without requiring it is to set a certain measuring range or to make a difference whether the voltage to be measured a DC voltage or an AC voltage or also an AC voltage with a superimposed DC voltage component is.

Aus der FR 23 30 214 ist es bekannt, eine auf- und absteigende Referenzspannung zu erzeugen und mit einer unbekannten Spannung zu vergleichen. Anwendung findet diese Maßnahme jedoch in einem Analog/Digital-Umsetzer, in dem es nicht beabsichtigt ist, Gleich- und/oder Wechselspannungen zu messen.From FR 23 30 214 it is known an ascending and descending reference voltage to generate and compare with an unknown voltage. However, this measure is used in an analog / digital converter, in which it is not intended to apply DC and / or AC voltages measure up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit dessen Hilfe ein Voltmeter mit den oben genannten wünschenswerten Eigenschaften aufgebaut werden kann. Ferner soll eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens geschaffen werden.The invention has for its object a method of to create the type specified above, with the help of a  Voltmeter with the desirable properties mentioned above can be built. Furthermore, a device for Perform this procedure.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This task is carried out with regard to the procedure with the characterizing part of claim 1 specified features.  

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus der zu messenden Spannung zwei 180° gegeneinander phasenverschobene Spannungen abgeleitet, die jeweils mit einer ansteigenden und mit einer abnehmenden Vergleichsspannung verglichen werden. Im Verlauf des Vergleichs werden die Maxima und die Minima der zwei 180° verschobenen Spannungen bestimmt, und aus den Maxima und Minima wird dann der Wert der zu messenden Spannung berechnet. Bei einer reinen Wechselspanung oder einer reinen Gleichspannung ergibt sich jeweils ein Spannungswert als Meßergebnis, während bei Vorliegen einer Wechselspannung mit Gleichspannungsanteil oder einer Gleichspanung mit überlagertem Wechselspannungsanteil die beiden Spannungsanteile getrennt berechnet werden, so daß sie für eine getrennte Anzeige zur Verfügung stehen.When using the method according to the invention of the voltage to be measured are two 180 ° out of phase with each other Tensions derived, each with an increasing and compared with a decreasing reference voltage will. In the course of the comparison, the maxima and determines the minima of the two 180 ° shifted voltages, and the maxima and minima then become the value of voltage to be measured. With a pure alternating voltage or a pure DC voltage results in each case a voltage value as a measurement result, while when present an alternating voltage with a direct voltage component or a DC voltage with a superimposed AC component the two voltage components are calculated separately, so that they are available for a separate display.

Da bei der Ermittlung des Meßergebnisses Differenzen von Spannungswerten gebildet werden, also ein Differenzmeßverfahren angewendet wird, werden Offset-Spannungen, die in den bei der Durchführung des Verfahrens verwendeten Baueinheiten (Komparator und dergleichen) auftreten, automatisch kompensiert.Since when determining the measurement result, differences of Voltage values are formed, i.e. a differential measurement method is applied, offset voltages used in the Units used in performing the process (Comparator and the like) occur automatically compensated.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.Advantageous further developments of the method according to the invention are characterized in subclaims 2 and 3.

Soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht der Spitzenwert eines in der zu messenden Spannung enthaltenen Wechselspannungsanteils berechnet werden, sondern der Effektivwert, dann müssen die anhand der oben genannten Formeln ermittelten Werte jeweils mit einem von der Kurvenform der zu messenden Spannung abhängigen Faktor multipliziert werden. Bei Vorliegen einer sinusförmigen Wechselspannung hat dieser Faktor beispielsweise den Wert 0,71, während er bei Vorliegen einer reinen Gleichspannung den Wert 1,0 hat. Diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Unteranspruch 2 gekennzeichnet.Should not be the peak value with the inventive method an AC voltage component contained in the voltage to be measured  be calculated, but the effective value, then those determined using the above formulas Values each with one of the waveforms to be measured Voltage dependent factor can be multiplied. At This has a sinusoidal AC voltage For example, factor 0.71 while it is present of a pure DC voltage has the value 1.0. This training of the inventive method is in the subclaim 2 marked.

Die in den Unteransprüchen 3 bis 5 gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung ergibt eine Verkürzung der aufzuwendenden Meßzeit.The further education characterized in the subclaims 3 to 5 the invention results in a shortening of the expenditure Measuring time.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 6 gelöst. Diese Vorrichtung enthält als Hauptbestandteil einen Mikrocomputer, der zur Bestimmung des Spannungswerts die erforderlichen Berechnungen durchführt.The object underlying the invention is in relation to Device for performing the method solved with in the characterizing part of claim 6. This device contains a microcomputer as the main component, the necessary to determine the voltage value Performs calculations.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention will now be explained by way of example with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 ein teils schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a partly schematic diagram of an apparatus for performing the method according to the invention,

Fig. 2 in den Abschnitten a), b) und c) verschiedene Spannungen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemessen werden, und Fig. 2 in sections a), b) and c) different voltages that are measured using the method according to the invention, and

Fig. 3 in den Abschnitten A und B Diagramme zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 3 in sections A and B diagrams for explaining the method according to the invention.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, mit deren Hilfe das zu beschreibende Verfahren durchgeführt werden kann. Die Schaltungsanordnung von Fig. 1 weist zwei Eingangsklemmen 10 und 13 auf, an die die zu messende Spannung U_m angelegt werden kann. Die Eingangsklemmen 10 und 13 sind die Enden eines symmetrischen Spannungsteilers, der zwei gleiche äußere Widerstände R1 und zwei gleiche innere Widestände R2 aufweist. Die vier Widerstände sind wie in Fig. 1 in Serie geschaltet. Der Verbindungspunkt der zwei inneren Widerstände R2, R2 ist an eine Referenzspannung U_ref gelegt, die von einer Referenzspannungsquelle 14 geliefert wird. Vom Spannungsteiler aus den Widerständen R1, R2, R2, R1 werden jeweils an denVerbindungspunkten eines äußeren Widerstandes R1 und eines inneren Widerstandes R2 zwei Spannungen U_a1 und U_a2 abgegriffen und den Eingängen 16, 18 eines Multiplexers 20 zugeführt. Der Multiplexer 20 wird über einen Steuereingang 22 von einem Mikrocomputer 24 so gesteuert, daß er die Spannungen U_a1 und U_a2 abwechselnd an einen Eingang 26 eines Komparators 28 anlegt. Der Komparator 28 empfängt an seinem anderen Eingang 30 eine Vergleichsspannung, die von einem Digital/Analog-Umsetzer geliefert wird. Der Digital/Analog- Umsetzer 32 erzeugt die Vergleichsspannung aus einem digitalen Signal, das ihm vom Mikrocomputer 24 am Eingang 34 zugeführt wird.In Fig. 1, a circuit arrangement is shown which can be carried out with the aid of method to be described. The circuit arrangement of FIG. 1 has two input terminals 10 and 13 , to which the voltage U _m to be measured can be applied. The input terminals 10 and 13 are the ends of a symmetrical voltage divider which has two identical external resistors R 1 and two identical internal resistors R 2 . The four resistors are connected in series as in FIG. 1. The connection point of the two internal resistors R 2 , R 2 is connected to a reference voltage U _ref , which is supplied by a reference voltage source 14 . Two voltages U _a1 and U _{a2 are} tapped from the voltage divider comprising the resistors R 1 , R 2 , R 2 , R 1 at the connection points of an external resistor R 1 and an internal resistor R 2 , respectively, and fed to the inputs 16, 18 of a multiplexer 20 . The multiplexer 20 is controlled via a control input 22 by a microcomputer 24 so that it alternately _applies the voltages U _a1 and U _a2 to an input 26 of a comparator 28 . The comparator 28 receives at its other input 30 a comparison voltage which is supplied by a digital / analog converter. The digital / analog converter 32 generates the comparison voltage from a digital signal which is supplied to it by the microcomputer 24 at the input 34 .

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Spannungen U_a1 und U_a2 auf den Massepunkt der Referenzspannungsquelle 14 bezogen; auch der D/A-Umsetzer erzeugt die Vergleichsspannung bezogen auf Masse, was durch die Verbindung zwischen dem Massepunkt der Referenzspannungsquelle 14 und dem Eingang 40 des Digital/Analog-Umsetzers 32 erreicht wird.As can be seen from FIG. 1, the voltages U _a1 and U _{a2 are} related to the ground point of the reference voltage source 14 ; the D / A converter also generates the reference voltage based on ground, which is achieved by the connection between the ground point of the reference voltage source 14 and the input 40 of the digital / analog converter 32 .

Die Schaltungsanordnung von Fig. 1 enthält auch eine Anzeigeeinheit 42, die vom Mikrocomputer 24 gesteuert wird und der Anzeige der gemessenen Spannung dient.The circuit arrangement of FIG. 1 also contains a display unit 42 which is controlled by the microcomputer 24 and serves to display the measured voltage.

Vor der Erläuterung des mit Hilfe der Anordnung von Fig. 1 durchgeführten Meßverfahrens werden anhand von Fig. 2 verschiedene Arten von Eingangsspannungen erläutert, die mit Hilfe der Schaltung von Fig. 1 gemessen werden können. Before explaining the measuring method carried out with the aid of the arrangement of FIG. 1, various types of input voltages which can be measured with the aid of the circuit of FIG. 1 are explained with reference to FIG. 2.

Fig. 2 zeigt im Abschnitt a) den Fall, daß die Meßspannung U_m eine reine Wechselspannung ist. Dies bedeutet, daß die Spannungen U_a1 und U_a2 zwei um 180° verschobene Spannungen sind, die symmetrisch zur Referenzspannung U_ref liegen. Die Form der Spannungen U_a1 und U_a2 ist nur ein Beispiel für die verschiedensten möglichen Spannungsformen. Fig. 2 shows in section a) in the case that the measuring voltage U _m is a pure alternating voltage. This means that the voltages U _a1 and U _{a2 are} two voltages shifted by 180 °, which are symmetrical to the reference voltage U _ref . The shape of the voltages U _a1 and U _a2 is only one example of the most diverse possible types of voltage.

Im Abschnitt b) von Fig. 2 ist der Fall dargestellt, daß die Meßspannung U_m eine reine Gleichspannung ist. Die Spannungen U_a1 und U_a2 haben daher bei symmetrischer Lage zur Referenzspanung U_ref jeweils einen konstanten Wert.Section b) of FIG. 2 shows the case in which the measuring voltage U _{m is} a pure DC voltage. The voltages U _a1 and U _a2 therefore have a constant value in the case of a symmetrical position with respect to the reference voltage U _ref .

Im Abschnitt c) zeigt Fig. 2 den Fall, daß die Meßspannung U_m eine Gleichspannung mit überlagertem Wechselspannungsanteil ist. Die Spanungen U_a1 und U_a2 liegen daher symmetrisch zur Referenzspannung U_ref, wobei sie ihrerseits wieder symmetrisch zu dem enthaltenen Gleichspannungsteil liegen. Der im Abschnitt c) von Fig. 2 dargestellte Fall kann ebensogut als Wechselspannungsfall mit überlagertem Gleichspannungsanteil angesehen werden.In section c), FIG. 2 shows the case where the measuring voltage U _{m is} a direct voltage with a superimposed alternating voltage component. The voltages U _a1 and U _a2 are therefore symmetrical to the reference voltage U _ref , and are in turn symmetrical to the DC voltage component contained. The case shown in section c) of FIG. 2 can just as well be regarded as an AC voltage case with a superimposed DC voltage component.

Anhand von Fig. 2 ist zu erkennen, daß die darin dargestellten Wechselspannungskurven jeweils Maxima und Minima aufweisen, wobei sich für jede der Spannungen U_a1 und U_a2 ein Maximum und ein Minimum angeben läßt, wie dies in Fig. 2 anhand der Maxima U_a1max, U_a2max und U_a1min und U_a2min veranschaulicht ist.It can be seen from FIG. 2 that the AC voltage curves shown therein each have maxima and minima, it being possible to specify a maximum and a minimum for each of the voltages U _a1 and U _a2 , as is shown in FIG. 2 on the basis of the maxima U _a1max , U _a2max and U _a1min and U _{a2min is} illustrated.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:The circuit arrangement shown in FIG. 1 operates as follows:

Die zu messende Spannung U_m wird an die Eingangsklemmen 10 und 13 angelegt. An den Abgriffen 11 und 12 des aus der Serienschaltung der Widerstände R1, R2, R2, R1 gebildeten Spannungsteilers auftretende Spannungen U_a1 und U_a2 werden an die Eingänge 16 bzw. 18 des Multiplexers 20 angelegt. Der Multiplexer 20 wird vom Mikrocomputer 24 mittels eines seinem Steuereingang 22 zugeführten Signals so gesteuert, daß er abwechselnd die Spannungen U_a1 und U_a2 an den Eingang 26 des Komparators 28 anlegt. Dem anderen Eingang 30 des Komparators 28 wird eine Treppenspannung angelegt, die vom Digital/Analog-Umsetzer 32 aus einem veränderlichen digitalen Signal erzeugt wird, die der Mikrocomputer 24 dem Digital/Analog-Umsetzer 32 am Eingang 34 zuführt. Es soll nun angenommen werden, daß zunächst der Maximalwert der Spannung U_a1 gemessen werden soll. Für diesen Meßvorgang erzeugt der Mikrocomputer 24 ein digitales Signal, das über den Digital/Analog-Umsetzer 32 in Form einer ansteigenden Treppenspannung an den Eingang 30 des Komparators 28 angelegt wird. Diese treppenförmig ansteigende Vergleichsspannung ist in Fig. 3 als Spannung U_v1 dargestellt.The voltage U _m to be measured is applied to the input terminals 10 and 13 . Voltages U _a1 and U _a2 occurring at the taps 11 and 12 of the voltage divider formed from the series connection of the resistors R 1 , R 2 , R 2 , R 1 are applied to the inputs 16 and 18 of the multiplexer 20 , respectively. The multiplexer 20 is controlled by the microcomputer 24 by means of a signal supplied to its control input 22 so that it alternately applies the voltages U _a1 and U _a2 to the input 26 of the comparator 28 . The other input 30 of the comparator 28 is applied with a staircase voltage which is generated by the digital / analog converter 32 from a variable digital signal which the microcomputer 24 supplies to the digital / analog converter 32 at the input 34 . It should now be assumed that the maximum value of the voltage U _{a1 should first be} measured. For this measurement process, the microcomputer 24 generates a digital signal which is applied to the input 30 of the comparator 28 in the form of an increasing staircase voltage via the digital / analog converter 32 . This comparison voltage, which rises in steps, is shown in FIG. 3 as voltage U _v1 .

Der Komparator 28 gibt an seinem Ausgang 36 ein Ergebnissignal ab, das dem Mikrocomputer 24 am Eingang 38 zugeführt wird und das dem Mikrocomputer 24 ermöglicht, zu erkennen, ob die dem Eingang 26 des Komparators 28 zugeführte Spannung U_a1 größer oder kleiner als die Vergleichsspannung U_v1 am Eingang 30 ist. Solange die Vergleichsspannung U_v1 kleiner als die Spannung U_a1 ist, erhöht der Mikrocomputer den Wert der Vergleichsspannung U_v1 jeweils um eine Stufe ΔU_v1, wie dies in Fig. 3A zu erkennen ist. Nach dem Zeitpunkt t1 unterschreitet die Spannung U_a1 die Vergleischsspannung U_v1 um mehr als eine Stufe ΔU_v1, was der Komparator durch Abgabe eines entsprechenden Signals am Ausgang 36 anzeigt. Der Mikrocomputer 24 beendet aufgrund dieses Steuersignals die Erhöhung der Vergleichsspannung U_v1, bis nach dem Zeitpunkt t2 die Spannung U_a1 wieder die Vergleichsspannung U_v1 überschreitet. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Vergleichsspannung U_v1 wieder stufenweise erhöht, bis schließlich nach dem Zeitpunkt t3 der Komparator wieder anzeigt, daß die Spannung U_a1 kleiner als die Spannung U_v1 ist.The comparator 28 emits a result signal at its output 36 , which is fed to the microcomputer 24 at the input 38 and which enables the microcomputer 24 to recognize whether the voltage U _a1 supplied to the input 26 of the comparator 28 is greater or less than the comparison voltage U _v1 at input 30 . As long as the comparison voltage U _{v1 is} lower than the voltage U _a1 , the microcomputer increases the value of the comparison voltage U _v1 by one step ΔU _v1 , as can be seen in FIG. 3A. After the time t 1 , the voltage U _a1 falls below the comparison voltage U _v1 by more than one step ΔU _v1 , which the comparator indicates by outputting a corresponding signal at the output 36 . The microcomputer 24 stops increasing the comparison voltage U _v1 on the basis of this control signal until after the time t 2 the voltage U _a1 again exceeds the comparison voltage U _v1 . Between the times t 2 and t 3 , the comparison voltage U _v1 is increased again step by step until finally after the time t 3 the comparator again indicates that the voltage U _{a1 is} less than the voltage U _v1 .

Diese geschilderten Situationen wiederholen sich bis zum Zeitpunkt t9, an dem schließlich die Situation eintritt, daß die Spannung U_a1 nicht mehr um mehr als eine Stufenhöhe ΔU_v1 überschreitet. Aus diesem Grund beendet der Mikrocomputer 24 die Erhöhung der Vergleichsspannung U_v1, und er hält den erreichten Wert dieser Vergleichsspannung als den Maximalwert der Spannung U_a1 als Wert U_a1max fest.These situations are repeated until time t 9 , at which the situation finally occurs that the voltage U _a1 no longer exceeds by a step height ΔU _v1 . For this reason, the microcomputer 24 stops increasing the comparison voltage U _v1 and holds the value of this comparison voltage reached as the maximum value of the voltage U _a1 as the value U _a1max .

Es ist zu erkennen, daß bei der Durchführung des Vergleichsvorgangs der Spannung U_a1 und der treppenförmig ansteigenden Vergleichsspannung U_v1 die Vergleichsspannung der Spannung U_a1 so lange nachfolgt, bis die Spannung U_a1 die Vergleichsspannung U_v1 nicht mehr überschreitet.It can be seen that the comparative voltage of the voltage U _a1 follows as long as in the implementation of the comparison operation of the voltage U _a1 and the step-like rising reference voltage U _v1, no longer exceeds until the voltage _Vo1 the comparison voltage U _v1.

Beim Vergleich der beiden Spannungskurven ist zu erkennen, daß die Erhöhung der Vergleichsspannung U_v1 um ΔU_v1 immer nur dann erfolgt, wenn innerhalb des Zeitraums, in dem die Spannung U_a1 größer als die Vergleichsspannung U_v1 ist, ein durch den Meßtakt vorgegebener Meßvorgang stattfindet, bei dem der Mikrocomputer 24 den Ausgang des Komparators 28 abfragt. Im Diagramm von Fig. 3A überschreitet beispielsweise die Spannung U_a1 die Vergleichsspannung U_v1 zwischen den Zeitpunkten t7′ und t7′′, jedoch wird in diesem Zeitraum der Komparator 28 nicht abgefragt, so daß demgemäß auch keine Erhöhung der Vergleichsspannung durch den Mikrocomputer erfolgt. Die Erhöung erfolgt erst wieder zwischen den Zeitpunkten t8 und t9, da in diesem Zeitbereich ein Abfragevorgang stattfindet.When comparing the two voltage curves, it can be seen that the comparison voltage U _{v1 is} increased by ΔU _v1 only if, within the period in which the voltage U _{a1 is} greater than the comparison voltage U _v1 , a measuring process predetermined by the measuring cycle takes place , in which the microcomputer 24 queries the output of the comparator 28 . In the diagram of Fig. 3A, for example, the voltage U _a1 exceeds the comparison voltage U _v1 between the times t 7 ' and t 7'' , however, the comparator 28 is not queried during this period, so that accordingly no increase in the comparison voltage by the microcomputer he follows. The increase only occurs again between times t 8 and t 9 , since an interrogation process takes place in this time range.

Auf eine völlig analoge Art und Weise wird dann das Minimum U_a1min der Spannung U_a1 ermittelt. Bei dieser Ermittlung legt der Mikrocomputer 24 über den Digital/Analog-Umsetzer 22 an den Eingang 30 des Komparators 28 eine stufenweise abnehmende Vergleichsspannung U_v2 an, die in Zusammenwirkung zwischen dem Komparator 28 und dem Mikrocomputer 24 so lange verkleinert wird, bis sie nicht mehr von der Spannung U_a1 unterschritten wird. The minimum U _{a1min of} the voltage U _a1 is then determined in a completely analogous manner. In this determination, the microcomputer 24, via the digital / analog converter 22 , applies a step-wise decreasing comparison voltage U _v2 to the input 30 of the comparator 28 , which in cooperation between the comparator 28 and the microcomputer 24 is reduced until it no longer voltage U _{a1 falls} below.

In ähnlicher Weise werden dann das Maximum und das Minimum der Spannung U_a2 durch Erzeugen von Vergleichsspannungen U_v3 und U_v4 erzeugt. Der Vorgang ist anhand des Diagramms von Fig. 3B veranschaulicht.Similarly, the maximum and the minimum of the voltage U _a2 are then generated by generating comparison voltages U _v3 and U _v4 . The process is illustrated by the diagram of Fig. 3B.

Nach der Durchführung der Vergleichsvorgänge sind im Mikroprozessor die Maxima U_a1max und U_a2max sowie die Minima U_a1min und U_a2min verfügbar. Aus diesen Maxima und Minima kann der Mikrocomputer den Spannungswert U_m berechnen, wobei durch Anwendung von zwei Formeln sowohl der Wechselspannungsanteil als auch der Gleichspannungsanteil der Spannung U_m erhalten wird. Zur Berechnung des Wechselspannungsanteils wird folgende Formel angewendet:After carrying out the comparison processes, the maxima U _a1max and U _a2max as well as the minima U _a1min and U _{a2min are} available in the microprocessor. From these maxima and minima, the microcomputer can calculate the voltage value U _m , using both formulas to obtain both the AC voltage component and the DC voltage component of the voltage U _m . The following formula is used to calculate the AC voltage component:

Zur Berechnung des Gleichspannungsanteils wird folgende Formel angewendet:The following formula is used to calculate the DC voltage component applied:

Bei Vorliegen einer reinen Wechselspannung wird der Gleichspannungsanteil U_mdc 0, während bei Vorliegen einer reinen Gleichspannung der Wechselspannungsanteil U_mac 0 wird. Dies ergibt sich daraus, daß im ersten Fall die Maxima U_a1max und U_a2max und auch die Minima U_a1min und U_a2min jeweils gleiche Werte haben, während im zweiten Fall das Maximum und das Minimum der Spannung U_a1 sowie das Maximum und das Minimum der Spannung U_a2 jeweils gleiche Werte haben.If a pure AC voltage is present, the DC voltage _component U _{mdc becomes} 0, while if a pure DC voltage is present, the AC voltage _component U _mac 0. This results from the fact that in the first case the maxima U _a1max and U _a2max and also the minima U _a1min and U _a2min each have the same values, while in the second case the maximum and the minimum of the voltage U _a1 as well as the maximum and the minimum of Voltage U _a2 each have the same values.

Bei dem geschilderten Verfahren wird für den Wechselspannungsanteil der Spitzenwert erhalten, der dann in der Anzeigeeinheit 42 wiedergegeben werden kann. Falls Effektivwerte berechnet werden sollen, müssen die bei Anwendung der obigen Formeln erhaltenen Werte jeweils mit einem Faktor multipliziert werden, der von der Kurvenform der zu messenden Spannung U_m abhängt. Beispielsweise beträgt dieser Faktor 0,71, wenn die zu messende Spanung U_m eine sinusförmige Wechselspannung ist. Falls es sich um eine Gleichspannung handelt, hat der Faktor den Wert 1.In the described method, the peak value is obtained for the AC voltage component, which can then be displayed in the display unit 42 . If effective values are to be calculated, the values obtained using the above formulas must each be multiplied by a factor which depends on the curve shape of the voltage U _m to be measured. For example, this factor is 0.71 if the voltage U _m to be measured is a sinusoidal AC voltage. If it is a DC voltage, the factor has the value 1.

Damit das geschilderte Meßverfahren unabhängig von der Frequenz der zu messenden Spannung U_m einwandfreie Resultate ergibt, sollte die Taktfrequenz, mit der die Vergleichsspannungen U_v1 bis U_v4 vom Mikrocomputer 24 verändert werden, von Meßzyklus zu Meßzyklus verändert werden, da bei einem ungünstigen Verhältnis der Frequenz der zu messenden Spanung U_m und des Meßtaks der Fall eintreten könnte, daß der Komparator 28 ein Unter- oder Überschreiten der jeweiligen Vergleichsspannung zwar anzeigt, der Mikrocomputer 24 den Ausgang des Komparators 28 aber gerade nicht abfragt, so daß das Unter- oder Überschreiten nicht erkannt wird.So that the measuring method described results in perfect results regardless of the frequency of the voltage U _m to be measured, the clock frequency with which the comparison voltages U _v1 to U _{v4 are changed} by the microcomputer 24 should be changed from measuring cycle to measuring cycle, since with an unfavorable ratio the Frequency of the voltage to be measured U _m and the measurement clock could occur that the comparator 28 indicates that the respective comparison voltage has been exceeded or fallen short of, but the microcomputer 24 does not query the output of the comparator 28 , so that the fall below or exceed is not recognized.

Bei dem bechriebenen Verfahren werden vier Vergleichsvorgänge durchgeführt. Diese Vergleichsvorgänge müssen nicht wie oben beschrieben nacheinander bis zur Ermittlung des jeweiligen Maximums oder Minimums durchgeführt werden, sondern es kann zur Beschleunigung des Meßvorgangs jeweils zwischen den einzelnen Vergleichsvorgängen umgeschaltet werden, so daß die vier Vergleichsvorgänge quasi gleichzeitig ablaufen und die gewünschten Ergebnisse somit auch nahezu gleichzeitig zur Verfügung stehen.The method described uses four comparison processes carried out. These comparisons don't have to as described above one after the other until the determination of the respective maximum or minimum, but it can accelerate the measuring process between the individual comparison processes are switched over, so that the four comparison processes run virtually simultaneously and the desired results almost simultaneously be available.

Zu einer weiteren Beschleunigung des Verfahrens trägt bei, wenn die Höhe der Stufen, mit der die Vergleichsspannungen vom Mikrocomputer 24 verändert werden, zunächst größer und dann im Verlauf des Vergleichs mit der Annäherung an den zu ermittelnden Extremwert kleiner gemacht werden. Bei Anwendung dieser Maßnahme sind weniger Änderungsschritte erforderlich, so daß das Meßergebnis früher zur Verfügung steht. The process is further accelerated if the height of the stages with which the comparison voltages are changed by the microcomputer 24 is first made larger and then made smaller as the comparison approaches the extreme value to be determined. When using this measure, fewer change steps are required, so that the measurement result is available earlier.

Es sei bemerkt, daß die Verwendung der Referenzspannungsquelle 14 nur dann erforderlich ist, wenn die Versorgungsspannungsquelle für die Bausteine der Schaltung von Fig. 1 nur eine Spannung einer Polarität liefert. Wenn dagegen eine bipolare Versorgungsspannungsquelle zur Verfügung steht, die Spannungen beider Polaritäten liefert, erübrigt sich die Verwendung der Referenzspannungsquelle 14.It should be noted that the use of the reference voltage source 14 is only required if the supply voltage source for the components of the circuit of FIG. 1 only supplies a voltage of one polarity. If, on the other hand, a bipolar supply voltage source is available that supplies voltages of both polarities, the use of the reference voltage source 14 is unnecessary.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens und der Anordnung von Fig. 1 ist es möglich, den Wert einer unbekannten Spannung schnell und genau zu ermitteln, wobei es sich bei dieser Spannung um eine reine Wechselspannung, eine reine Gleichspannung oder auch um eine Gleichspannung mit überlagertem Wechselspannungsanteil oder eine Wechselspannung mit Gleichspannungsanteil handeln kann.With the help of the described method and the arrangement of FIG. 1, it is possible to determine the value of an unknown voltage quickly and precisely, this voltage being a pure AC voltage, a pure DC voltage or also a DC voltage with a superimposed AC voltage component or an AC voltage can act with a DC voltage component.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen einer Gleich- und/oder Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu messende Spannung an einen symmetrischen Spannungsteiler angelegt wird, der zwei gleich große äußere Widerstände (R1) und zwei damit in Serie liegende, einseitig miteinander verbundene gleiche innere Widerstände (R2) aufweist, deren Verbindungspunkt über eine Referenzspannungsquelle (U_ref) mit einem Bezugspotential verbunden ist,
daß von den Verbindungspunkten (11, 12) jeweils eines inneren und eines äußeren Widerstands (R1, R2) eine erste und eine zweite Spannung (U_a1, U_a2) gegenüber dem Bezugspotential abgegriffen und jeweils mit einer im Wert zunehmenden und einer im Wert abnehmenden Vergleichsspannung (U_v1, U_v2; U_v3, U_v4) verglichen werden,
daß im Verlauf des Vergleichs die ansteigende Vergleichsspannung (U_v1, U_v3) erhöht wird, solange Werte der ersten und der zweiten Spannung (U_a1, U_a2) größer als die ansteigende Vergleichsspannung (U_v1, U_v3) sind und die dann erreichten Werte der Vergleichsspannung (U_v1, U_v3) als die Maxima der ersten und der zweiten Spannung (U_a1, U_a2) genommen werden,
daß im Verlauf des Vergleichs die abnehmende Vergleichsspannung (U_v2, U_v4) erniedrigt wird, solange die Werte der ersten und der zweiten Spannung (U_a1, U_a2) kleiner als die abnehmende Vergleichsspannung (U_v1, U_v2) sind und die dann erreichten Werte der Vergleichsspannung (U_v1, U_v2) als die Minima der ersten und der zweiten Spannung (U_a1, U_a2) genommen werden,
und daß aus den Maxima (U_a1max, U_a2max) und den Minima (U_a1min, U_a2min) der ersten und der zweiten Spannung (U_a1, U_a2) der Wert der zu messenden Gleich- und/oder Wechselspannung nach folgenden Formeln berechnet wird: dabei sind:
U_mac: Wechselspannungsanteil der zu messenden Spannung (U_m),
U_mdc: Gleichspannungsanteil der zu messenden Spannung (U_m),
R1: Wert der äußeren Widerstände des Spannungsteilers,
R2: Wert der inneren Widerstände des Spannungsteilers,
U_a1max, U_a2max: Maxima der ersten bzw. der zweiten Spannung (U_a1, U_a2),
U_a1min, U_a2min: Minima der ersten bzw. der zweiten Spannung (U_a1, U_a2). 1. A method for measuring a DC and / or AC voltage, characterized in that
that the voltage to be measured is applied to a symmetrical voltage divider which has two identical external resistors (R 1 ) and two identical internal resistors (R 2 ), which are connected in series with one another and connected in series, the connection point of which is via a reference voltage source (U _ref ) is connected to a reference potential
that a first and a second voltage (U _a1 , U _a2 ) are tapped from the connection points ( 11, 12 ) each of an inner and an outer resistor (R 1 , R 2 ) with respect to the reference potential and each with an increasing value and an im Value decreasing comparison voltage (U _v1 , U _v2 ; U _v3 , U _v4 ) are compared,
that in the course of the comparison the increasing comparison voltage (U _v1 , U _v3 ) is increased as long as values of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ) are greater than the rising comparison voltage (U _v1 , U _v3 ) and then reached Values of the comparison voltage (U _v1 , U _v3 ) are taken as the maxima of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ),
that in the course of the comparison the decreasing comparison voltage (U _v2 , U _v4 ) is reduced as long as the values of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ) are smaller than the decreasing comparison voltage (U _v1 , U _v2 ) and then reached values of the comparison voltage (U _v1 , U _v2 ) are taken as the minima of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ),
and that from the maxima (U _a1max , U _a2max ) and the minima (U _a1min , U _a2min ) of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ) the value of the DC and / or AC voltage to be measured is calculated according to the following formulas becomes: are:
U _mac : AC voltage component of the voltage to be measured (U _m ),
U _mdc : DC voltage _{component of the} voltage to be measured (U _m ),
R 1 : value of the external resistances of the voltage divider,
R 2 : value of the internal resistances of the voltage divider,
U _a1max , U _a2max : maxima of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ),
U _a1min , U _a2min : Minima of the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Effektivwertmessung die Formeln nach Anspruch 1 mit einem von der jeweiligen Kurvenform der zu messenden Spannung (U_m) abhängigen Faktor (F) multipliziert werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for RMS measurement, the formulas according to claim 1 are multiplied by a factor (F) dependent on the respective curve shape of the voltage to be measured (U _m ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannungen (U_v1 bis U_v4) in Stufen verändert werden und daß mit einem vorgegebenen Meßtakt zwischen der ersten und der zweiten Spannung (U_a1, U_a2) sowie zwischen den Vergleichsspannungen umgeschaltet wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the comparison voltages (U _v1 to U _v4 ) are changed in stages and that with a predetermined measuring cycle between the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ) and between the comparison voltages . 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtakt veränderlich ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the measuring cycle is variable. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhe der Vergleichsspannungen veränderlich ist.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the step height of the reference voltages is variable is. 6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Komparator (28), der an einem Eingang (26) abwechselnd die erste und die zweite Spannung (U_a1, U_a2) empfängt, einen Mikrocomputer (24), der an einen zweiten Eingang (30) des Komparators (28) abwechselnd die Vergleichsspannungen (U_v1 bis U_v4) anlegt und in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators (28) sowie von den jeweils vorliegenden Werten der Vergleichsspannungen den Wert der zu messenden Spannung berechnet.6. Device for performing the method according to claims 1 to 5, characterized by a comparator ( 28 ) which receives the first and the second voltage (U _a1 , U _a2 ) alternately at an input ( 26 ), a microcomputer ( 24 ) that the comparator (28) alternately to a second input (30) of the comparison voltages (U _v1 to U _v4) applies and calculated in dependence on the output signal of the comparator (28) and from the respective present values of the reference voltages the value of the voltage to be measured .