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    公开号:WO1987006352A1
    申请号:PCT/EP1987/000191
    申请日:1987-04-08
    公开日:1987-10-22
    发明作者:Jörg HOLSTEIN；Lothar Rapp
    申请人:Müller Und Weigert Gmbh；
    IPC主号:G01R1-00
    专利说明:
    [0001] Multifunktionsmeßgerät
    [0002] Die Erfindung betrifft ein tragbares Multifunktionsmeßgerät zum Messen elektrischer Größen aus dem Bereich der Elektroanlagentechnik. Als wesentlicher Meßgeber dient eine hallsensorbestückte Anlegezange, die den jeweils zu messenden Stromleiter zur Gleich- oder Wechselstrommessung umfaßt. Der Gesamtmeßbereich ist dabei in mindestens zwei umschaltbare Meßbereiche aufgeteilt, vgl. den Oberbegriff des Anspruchs 1.
    [0003] Ein derartiges Multifunktionsmeßgerät ist in "Elektronik", Nr. 25, 16.Dezember 1983, Seite 104 beschrieben. Die Anlegezange ist dabei ein eigener Meßgeber, der mit dem Anzeigeinstrument durch Kabel verbunden ist. Ferner ist in der EP-A 67 527 ein mit zwei Hallsensoren bestücktes Zangenanlegemeßgerät beschrieben, das als einstückiges Meßgerät mit digitaler Meßwertanzeige ausgeführt ist und durch einen besonderen Öffnungsmechanismus der Zangen besonders für die Messung von Gleichströmen geeignet ist.
    [0004] Derartige Zangenanlegemeßgeräte sind in der Elektroanlagenmeßtechnik weit verbreitet, weil sie bekanntlich eine Strommessung ohne Auftrennung oder Abisolierung des Leiters, also während des normalen Betriebs erlauben.
    [0005] Nachteilig bei derartigen Zangenanlegemeßgeräten ist, daß ihre Meßgenauigkeit zu wünschen übrig läßt. Zudem sind für die Gleich- oder Wechselstrommessungen meist unterschiedliche Zangenanlegemeßgeräte erforderlich, wobei solche, die mit Hallsensoren bestückt sind, wie oben gezeigt, für die Messung des Gleich- und Wechselstroms einrichtbar sind. Es gibt auch Zangen- Leistungsmesser, denen zur Leistungsmessung zusätzlich die am Verbraucher abgegriffene Spannung zugeführt ist.
    [0006] Die Genauigkeit der Messung leidet auch meist darunter, daß der angezeigte Meßwert von der Kurvenform abhängig ist, also keiner echten Effektivwertmessung entspricht.
    [0007] Es ist daher Aufgabe der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung, das vorbeschriebene Multifunktionsmeßgerät so weiterzubilden, daß es bei verbesserter Genauigkeit die Messung von signalformunabhängigen Strom-, Spannungs-, Leistungs¬ und Frequenzanzeigewerten erlaubt, wobei indessen die Verwendungsmöglichkeit des Multifunktionsmeßgerätes noch nicht erschöpft ist.
    [0008] Die Erfindung wird nun anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert, die schematisch als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der GesamtSchaltung des Multifunktionsmeßgerätes zeigt.
    [0009] Im Blockschaltbild nach der Figur ist das Gehäuse M des Multifunktionsmeßgerätes mit den beiden Schenkeln 10, 11 der Anlegezange 12 dargestellt. Diese umfaßt einen Stromleiter, der den Strom I führt. Die weiter in der Figur gezeigten Scha-ltungsteile sind auf einzelnen Platinen untergebracht, die im Gehäuse M montiert sind. In das Gehäuse M eingelassen und von außen zugänglich ist die LCD-Anzeige 27, die Meßtaste mt, der Funktionswahlschalter 34, der von außen zugängliche Schalthebel des zweiten Umschalters s2 und die
    [0010] Ein/Ausgangs-Kombinationsbuchsen 3,4, die einmal der Zuführung der zu messenden Spannung U dienen, zum anderen aber auch über einen speziellen Stecker eine interne Meßspannung zu Registrierzwecken von außen zugänglich macht, z.B. zur Registrierung von I.
    [0011] In den beiden Schenkeln 10, 11 der Anlegezange 12 befindet sich jeweils in einem Spalt 9 ein Hallsensor 7, 8, deren zugehörige Hallströme ih mittels der Konstantstromquelle 6 erzeugt sind. Der Betrag und die Richtung der beiden Hallströme ih wird durch eine an die Konstantstromquelle 6 angelegte SteuerSpannung bestimmt. Das Verhältnis der durch die beiden Hallsensoren 7, 8 fließenden Hallströme ist durch die erste Eins eileinrichtung 32 veränderbar. Damit werden vom Hersteller Ungleichheiten der beiden Hallsensoren 7, 8 und Ungleichheiten der beiden Schenkel 10, 11 ausgeglichen. Die AusgangsSpannung der beiden Hallsensoren 7, 8, die beiden Hallsensorspannungen hs, werden vom Summierer 13 addiert. Dessen Ausgangesignal wird vom einstellbaren Verstärker 14 verstärkt, dessen Ausgangssignal auch das des Hallmeßkreises 5 ist, nämlich die Hallspannung uh. Der Hallmeßkreis 5 umfaßt dabei die eben beschriebenen Schaltungsteile.
    [0012] Mit der zweiten EinStelleinrichtung 33 ist der einstellbare Verstärker 14 in seiner Verstärkung veränderbar. Mit ihm und mit einem geeigneten Eichstrom wird beim Hersteller der Strommeßwert auf die Anzeige eingeeicht.
    [0013] Der Spannungsmeßkreis 2 stellt einen weiteren Meßkreis dar, der im wesentlichen aus dem Eingangsspannungsteiler t besteht, der mit seinem einen Ende an der Ein/Ausgangskombinationsbuchse 3 und mit seinem anderen Ende an Masse liegt. Die verschiedenen Spannungsabgriffe dieses Eingangsspannungsteilers sind aus dem Spannungsmeßkreis 2 herausgeführt.
    [0014] Einen weiteren Block aus zusammengehörigen Schaltungsteilen bildet der Funktionswandler 30. Er enthält den Effektivwertbildner 16, den ersten und den zweiten Miütelwertbildner 17, 18 und den ersten elektronischen Umschalter 29. Innerhalb des Funktionswandlers 30 ist der Ausgang des Effektivwertbildners 16 sowie der des ersten und zweiten Mittelwertbildners 17, 18 jeweils mit einem Eingang des ersten elektronischen Umschalters 29 verbunden, dessen Ausgang an einem Eingang des Digitalisierungsteils 19 liegt.
    [0015] Die Eingangssignale des Funktions and1ers 30 sind das Eingangssignal des Effektivwertbildners 16 sowie das des ersten und des zweiten Mittelwertbildners 17, 18. Der Eingang des Effektivwertbildners 16 und der des ersten Mittelwertbildners 17 sind miteinander verbunden und liegen ferner am Eingang des ersten Verstärkers g1 , dessen Ausgangssignal einem weiteren Eingang des ersten elektronischen Umschalters 29 zugeführt ist, wobei der Verstärkungsfaktor vorzugsweise gleich 100 ist.
    [0016] Die elektrische Verbindung zwischen dem Hallmeßkreis 5 und dem Funktionswandler 30 erfolgt zum einen durch die feste Verbindung zwischen dem Ausgang des Hallmeßkreises 5 und dem Eingang des zweiten Mittelwertbildners 18 und zum anderen durch die zuschaltbare Verbindung über den ersten Schaltkontakt des ersten Umchalters s1 , auf den Eingang des Impedanzwandlers tr und von dessen Ausgang auf die zusammengeschalteten Eingänge des ersten Verstärkers g1 , des Effektivwertbildners 16 und des ersten Mittelwertbildners 17.
    [0017] Die Spannungsabgriffe des Eingangsspannungsteilers t sind mit jeweils einem Eingang des zweiten elektronischen Vielfachumschalters 28 verbunden. Der von einer AusgangsSpannung des Netzteils 1 , nämlich der Referenzspannung ur, gespeiste Referenzspannungsteiler rt, dessen andere Seite mit Masse verbunden ist, ist mit seinen Spannungsabgriffen ebenfalls jeweils mit einem freien Eingang des zweiten elektronischen Vielfachumschalters 28 verbunden. Je nach dessen Schalterstellung wird nun ein unterschiedlich hohes U- abhängiges SpannungsSignal oder ein unterschiedlich hohes festes SpannungsSignal am Ausgang des zweiten elektronischen Vielfachumschalters 28 abgegeben, der mit dem Steuereingang der Konstantstromquelle 6 und mit dem zweiten Eingang des ersten Umschalters s1 verbunden ist. Der Hallstrom ih ist damit für die verschiedenen Strommeßbereiche ein vorwählbarer konstanter Wert.
    [0018] Für die Wirkleistungsmessung Pw ist der Hallstrom ih indessen direkt proportional zum Momentanwert der zugeführten Spannung U, unabhängig davon, ob es sich dabei um eine Gleich-, eine Wechsel- oder eine verzerrte Spannung handelt. Die verschiedenen Abgriffe des Eingangsspannungsteilers t ermöglichen auch bei der Wirkleistungsmessung die Bereichsumschaltung.
    [0019] Die Messung des zugeführten Gleich- oder Wechselstromes I erfolgt bekanntlich aus der physikalischen Eigenschaft der Hallsensoren, daß deren abgegebene HallsensorSpannung hs proportional zum Momentanwert des Hallstromes ih und zum Momentanwert des magnetischen Flusses ist, der wiederum proportional zum von der Zangeneinrichtung 12 umfaßten momentanen Strom I ist. Ist durch geeignete Maßnahmen, z.B. mittels des Eingangsspannungsteilers t, der Hallstrom ih proportional zu der am Verbraucher abfallenden Spannung, nämlich zu der zugeführten Spannung U, gemacht, dann ist die abgegebene Hallsensorspannung hs proportional zur momentan vom Verbraucher aufgenommenen Wirkleistung Pw. Diese liegt somit als eine Momentanwertgröße in Form der Hallsensorspannung hs für die weitere Signalverarbeitung vor.
    [0020] Die Umwandlung des bei der Strom- und Spannungsmessung vorliegenden Momentanwerts erfolgt im
    [0021] Effektivwertbildner 16, dem als EingangsSignal wie beschrieben entweder die Hallspannung uh oder die AusgangsSpannung des zweiten elektronischen Vielfachumschalters 28, nämlich die geteilte Spannung ut zugeführt ist. Bei der Strommesssung kann zudem das Ausgangesignal des Effektivwertbildners 16 über den von außen einstellbaren zweiten Umschalter s2 und den Trennverstärker 31 , dessen Verstärkung beispielsweise 5 beträgt, der Ein/Ausgangs-Kombinationsbuchse 3 zugeführt werden. In der anderen Stellung des zweiten Umschalters s2 wird statt des Ausgangs des Effektivwertbildners 16 sein Eingang angeschlossen, so daß das an der Ein/Ausgangs-Kombinationsbuchse 3 abgegriffene Meßsignal proportional zum Momentanwert des zugeführten Stromes I ist.
    [0022] Die Digitalisierung der Ausgangssignale des ersten elektronischen Vielfachumschalters 29 erfolgt im Digitalisierungsteil 19, das den Single-Slope-Generator 20, den ersten und den zweiten Ko parator 21, 22, die Logikschaltung 23, den Taktgenerator 24 sowie den dritten und den vierten Umschalter s3, s4 enthält. Außer der A/D-Wandlung dient der Digitalisierungsteil 19 der Bestimmung von Zeitdifferenzen, wie sie bei der Messung der Frequenz f und des Leistungsfaktors cos(phi) auftreten.
    [0023] Die Digitalisierung von Analogwerten erfolg im wesentlichen dadurch, daß der Single-Slope-Generator 20 über den vierten Umschalter s4 bzw. das Ausgangesignal des ersten elektronischen Umschalters 29 auf einen Referenz- bzw. Meßeingang des zweiten Ko parators 22 geschaltet sind, dessen Ausgang mit einem Eingang der Logikschaltung 23 verbunden ist. Der Referenz- bzw. Meßeingang des ersten Komparators 21 ist dabei über den vierten Umschalter s4 auf den Ausgang des Single-Slope- Generators 20 bzw. über den dritten Umschalter s3 auf die Referenzspannung ur geschaltet, und der Ausgang ist mit dem anderen Eingang der Logikschaltung 23 verbunden. Die Startspannung des Single-Slope-Generators 20 ist größer als die Referenzspannung ur und bei deren Erreichen kippt das Ausgangesignal des ersten
    [0024] Komparators- 21 , der am Ausgang der Logikschaltung 23 einen dem Taktgenerator 24 zugeführten Torimpuls erzeugt. Erreicht die Single-Slope-Generator- Ausgangsspannung bei ihrem zeitlinearen Abfall einen Pegel, der gleich dem des AusgangsSignals des ersten elektronischen Vielfachumschalters 29 ist, dann kippt der- zweite Komparator 22 in den anderen Zustand und beendet über die Logikschaltung 23 den Torimpuls. Während der Dauer des Torimpulses gibt der Taktgenerator 24 Zählsignale an den Zählereingang des Mikroprozessors 26; die Frequenz beträgt z.B. 300 kHz.
    [0025] Die Frequenzmessung erfolgt über die Messung der Periodendauer T, und diese wird aus dem Zeitabstand zweier gleichsinniger Nulldurchgänge eines zum
    [0026] Wechselstrom I oder zur Wechselspannung U proportionalen Meßsignals im Digitalisierungsteil 19 bestimmt. In der Figur ist das beispielsweise durch die Schalterstellung des 3. Umschalters s3 für die zugeführte Spannung U gezeigt. Um die Nulldurchgänge der geteilten Spannung ut sicher zu erfassen, wird diese von einem relativ hohen Abgriff des Eingangsspannungsteilers t abgenommen und zusätzlich mittels des zweiten Verstärkers g2, dessen Verstärkungsfaktor beispielsweise 70 beträgt, weiter verstärkt. Damit ist aus der geteilten Spannung ut nahezu ein Rechtecksignal mit steilen Flanken geworden, das über den einen Eingang des dritten Umschalters s3 auf den Meßeingang des ersten Komparators 21 geschaltet ist. In der anderen Stellung des dritten Umschalters s3 ist die Referenzspannung ur an den Meßeingang angeschlossen. Der Referenzeingang liegt dabei über den vierten Umschalter s4 an Masse; in dessen anderer Schalterstellung ist der Single-Slope-Generator 20 wie beschrieben an den Eingang des zweiten Komparators 22 angeschlossen. Das Ausgangssignal des ersten Komparators 21 erzeugt zusammen mit der Logikschaltung 23, die z.B. in diesem Fall ein Binärteiler sein kann, ein Torsignal mit der zeitlichen Länge T der Eingangswechselspannungs- Periode , das während dessen Dauer Zählimpulse des Taktgenerators 24 auf den Zählereingang des Mikroprozessors 26 schaltet.
    [0027] Für die Leietungefaktormessung cos(phi) muß außer der Messung der Periodendauer T der zeitliche Abstand dt zwischen dem gleichsinnigen Nulldurchgang des Wechselstromes I und dem dazu gleichsinnigen
    [0028] Nulldurchgang der Wechselspannung U gemessen werden. Hierzu wird die Hallspannung uh mittels des ersten Verstärkers g1 in ein steilflankiges rechteckförmiges Signal umgewandelt, das als Ausgangssignal des ersten elektronischen Umschalters 29 dem Meßeingang des zweiten Komparators 22 zugeführt ist. Wie bei der Frequenzmessung beschrieben, ist das zur Wechselspannung U proportionale Ausgangssignal des zweiten Verstärkers g2 dem Meßeingang des ersten Komparators 21 zugeführt. Der Referenzeingang dee ersten und des zweiten Komparators 21 , 22 liegt dabei über den vierten Umschalter s4 an Masse. Hier erzeugt nun die Logikschaltung 23 einen Torimpuls, dessen Dauer proportional zum zeitlichen Abstand dt ist, und bestimmt damit die Zahl der dem Mikroprozessor 26 zugeführten Zählimpulse.
    [0029] Das unterschiedliche Verhalten der Logikschaltung 23 beim Bestimmen des zeitlichen Abstandes dt und der Periodendauer T ist mittels eines Steuersignals vom Mikroprozessor 26 gesteuert, der ferner über den
    [0030] Steuerbus b die jeweilige Schalterstellung des ersten bzw. des zweiten elektronischen Umschalters 28, 29 steuert sowie den Single-Slope-Generator 20 und den Mehrfachspannungserzeuger 35 im Netzteil 1 in Betrieb setzt. Ferner sind der erste, der dritte und der vierte Umschalter ebenfalls vom Mikroprozessor 26 gesteuert. Dem in der Figur angegebenen Digitalteil 25 ist der Mikroprozessor 26, die von ihm direkt angesteuerte LCD- Anzeige 27, und der Funktionswahlschalter 34 zuzurechnen, dessen Ausgänge mit jeweils einem
    [0031] Eingangsanschluß des Mikroprozessors 26 verbunden sind.
    [0032] Im Netzteil 1 speist die Batterie 36 den Mehrfachspannungsgenerator 35, der die Referenzspannung ur, die negative und die positive VersorgungsSpannung U- und U+, ferner das Massepotential und für die Display- Anzeige die weitere poeitive VersorgungsSpannung U+,D abgibt. Der eine Pol der Batterie 36 ist über die Meßtaste mt mit dem Mehrfachspannungsgenerator 35 verbunden, um diesen über einen Tastendruck starten zu lassen. Ferner ist eine Signalleitung von der Meßtaste mt über den Mehrfachspannungsgenerator 35 mit einem Eingangsanschluß des Mikroprozessors 26 verbunden, die z.B. 5 V an diesen durchschaltet, solange die Meßtaste mt gedrückt ist.
    [0033] Über den Steuerbus b trennt der Mikroprozessor 26 nach einer vorgegebenen Zeit, in der die Meßtaste mt nicht mehr betätigt wurde, das Netzteil 1 von der Batterie 36 vollständig ab. Um Strom zu sparen wird zudem nach dem eigentlichen Meßvorgang sofort die Stromversorgung für den Meß- und Signalverarbeitungsteil abgeschaltet und mittels der positiven Versorgungsspannung U+,D nur ein "Display-hold"-Betrieb aufrechterhalten, dessen Stromverbrauch gering ist.
    [0034] Das erstmalige Drücken der Meßtaste mt löst einen Power- On-Reset aus, der eine vom Mikroprozessor 26 gesteuerte Abgleichroutine in Gang setzt. Hier wird die erste Offsetspannung u1 des Hallmeßkreises bestimmt, indem ohne zu messenden Strom I der Hallstrom ih auf null eingestellt und dann die Hallspannung uh gemessen wird. Dies ist der erste durch Abgleich zu bestimmende Korrekturwert, der in den Speicherteil des Mikroprozessors 26 übernommen wird. In der Figur enthält der Hallmeßkreis 5 die vom Mikroprozessor 26 gesteuerte Nullabgleichsschaltung 15, deren Ausgang zum Nullabgleich auf den einstellbaren Verstärker 14 geschaltet ist. Über den Mikroprozessor 26 und die Nullabgleichsschaltung 15 besteht somit ein Regelkreis, der die erste Offsetspannung u1 auf null regelt. Die Nullabgleichsschaltung 15 kann z.B. ein
    [0035] Digitalanalogwandler sein, dessen AusgangsSpannung mit der EingangsSpannung des einstellbaren Verstärkers 14 über einen Widerstand verbunden ist.
    [0036] Ein zweiter durch Abgleich zu bestimmender
    [0037] Korrekturwert, nämlich der Proportionalitätsfaktor p, ergibt sich daraus, daß selbst bei abgeglichener erster Offsetspannung u1 die Hallspannung uh nicht abgeglichen bleibt, wenn der Hallstrom ih zugeschaltet wird, und zwar ist die entstehende Nullabweichung der Hallspannung uh proportional zum jeweils eingestellten Hallstrom ih, dabei darf natürlich kein zu messender Strom I fließen. Der Proportionalitätsfaktor p wird somit aus der Nullpunktabweichung der Hallspannung uh bei zwei unterschiedlichen Hallströmen ih1 , ih2 als zweiter abzuspeichernder Korrekturwert bestimmt.
    [0038] Ein dritter durch Abgleich zu bestimmender Korrekturwert, der ebenfalls abgespeichert wird, ist die zweite Offsetspannung u2 des Effektivwertbildners 16. Zu deren Messung wird über den zweiten elektronischen Umschalter 28 oder über einen in der Figur nicht gezeichneten weiteren Umschalter der Eingang des Effektivwertbildners auf Masse gelegt und die zugehörige Effektivwertspannung ue am Ausgang gemessen. Der vierte bzw. fünfte durch Abgleich zu bestimmende Korrekturwert ist die dritte bzw. vierte Offsetspannung u3, u4 des ersten bzw. zweiten Mittelwertbildners 17, 18. Der Eingang des ersten Mittelwertbildners 17 ist wie eben beschrieben zusammen mit dem Effektivwertbildner 16 auf Masse gelegt, während der zweite Mittelwertbildner 18 am Ausgang des auf null abgeglichenen einstellbaren Verstärkers 14 liegt. Das gemessene erste bzw. zweite Mittelwertsignal um1 , um2 ist die abzuspeichernde dritte bzw. vierte Offsetspannung u3, u4. Die Mittelwertbildner 17, 18 können z.B. aktive RC-FilterSchaltungen enthalten.
    [0039] Der sechste durch Abgleich zu bestimmende und abzuspeichernde Korrekturwert ist der in der Nähe von eins liegende Verstärkungsfaktor v des Effektivwertbildners 16. Er wird aus dem Effektivwertsignal ue bestimmt, wenn dem Eingang des Effektivwertbildners 16 über den ersten Umschalter s1 und den zweiten elektronischen Vielfachumschalter 28 eine definierte Referenzspannung zugeführt ist.
    [0040] Neben den Korrekturwerten sind im Speicherteil des Mikroprozessors 26 schaltungsbedingte Konstanten vom Hersteller bereits abspeicherbar:
    [0041] Die erste Konstante ist die Steilheit d des Hall eßkreieee 5, die angibt, wie bei einem feeten Hallstrom ih sich die Hallspannung uh in Abhängigkeit vom zu messenden Strom I ändert; u
    [0042] die zweite schaltungsbedingte Konstante ist die Hallstrom-Steilheit c2, die angibt, wie der Hallstrom ih von der Eingangsspannung der KonstantStromquelle 6, also der geteilten Spannung ut, abhängig ist;
    [0043] die dritte schaltungsbedingte Konstante ist der Teilungsfaktor k, der durch das vom jeweiligen Meßbereich abhängige Teilungsverhältnis zwischen der geteilten Spannung ut und der zugeführten Spannung U bestimmt ist;
    [0044] die vierte Konstante ist der Wert des innerhalb eines Strommeßbereichs fest eingestellten Hallstroms ih.
    [0045] Für die angezeigten Meßwerte gelten nun folgende Bemessungsregeln:
    [0046] Für den zu messenden Strom I, wobei dem Effektivwertbildner 16 als EingangsSignal die Hallspannung uh zugeführt ist:
    [0047] I - ((ue-u2)v"1-pih-u1)(d)"1 (ih)"1 ;
    [0048] für die zu messende Spannung U, wobei das Eingangssignal des Effektivwertbildners 16 die geteilte Spannung ut und das Ausgangssignal das Effektivwertsignal ue' ist:
    [0049] U = (ue' - u2)(kv)"1 ;
    [0050] für die zu messende Scheinleistung Ps: Ps = (ue' -u2) ( (ue-u2) v" l -pih-u1 ) (kvih) " l (d ) " 1 ,
    [0051] wobei das spannungsbezogene Effektivwertsignal ue' und das strombezogene Effektivwertsignal ue zeitlich nacheinander bestimmt werden;
    [0052] für die zu messende Wirkleistung Pw, wobei dem ersten Mittelwertbildner 17 an seinem Eingang die geteilte Spannung ut und dem zweiten Mittelwertbildner 18 an seinem Eingang die Hallspannung uh zugeführt ist:
    [0053] Pw - (um2-(pc2)(um1-u3)-u1-u4)(kc1)~1(c2)~1 ;
    [0054] für die zu messende Frequenz f:
    [0055] f = 1/T; und
    [0056] - für den zu messenden Leistungsfaktor cos(phi):
    [0057] cos(ρhi) = cos(2(pi)fdt) .
    [0058] Dabei ist pi das bekannte Verhältnis von Umfang zu Durchmesser des Einheitskreises. Die angegebenen Bemessungsregeln für die anzuzeigenden Werte vereinfachen sich, wenn einzelne Korrekturwerte durch ein Abgleichverfahren auf ihren Sollwert gebracht sind, wie dies beispielsweise mittels der
    [0059] Nullabgleichsschaltung 15 bei der ersten Offsetspannung u1 erreicht ist.
    [0060] Die Ermittlung der verschiedenen angezeigten Meßgrößen aus den angegebenen Bemessungsregeln erweist sich als äußerst vorteilhaft, weil mit einem einzigen Meßinstrument wesentliche Meßgrößen aus der Elektroanlagentechnik genau erfaßt werden können. Durch den elektronischen Vorabgleich, der auch während des
    [0061] Betriebes durch ein spezielles Bedienen der Meßtaste mt laufend wiederholt werden kann, erübrigt sich ein für den Anwender lästiger manueller Abgleich, der bisher allenfalls auf eine besonders kritische Korrekturgröße beschränkt war. Somit sind auch die üblichen Störgrößen ohne Einfluß, wie z.B. die Temperatur, die Drift einzelner Bauelemente oder deren Alterung. Aber auch Störgrößen, die eich aue dem Restmagnetismus in der Anlegezange 12 ergeben, der bei der Messung eines großen Stromes I entstanden sein kann und ohne Kompensation die nachfolgenden Messungen stören würde, werden so ausgeschaltet.
    [0062] Ein weiterer Vorteil ist die Anordnung der Anlegezange 12 mit zwei Hallsensoren 7, 8, deren
    [0063] Hallsensorspannungen auf den Summierer 13 geschaltet sind. Durch diese Anordnung, auch in Verbindung mit der Einstellung des Hallstromverhältnisses, ist der angezeigte Meßwert beinahe unabhängig von der Lage des umfaßten Stromleiters.
    [0064] Ein sehr praktischer Vorteil der digitalen Signalaufbereitung ist, daß auch an unzugänglichen Stellen gemessen werden kann, weil die angezeigten Werte im Mikroprozessor 26 gespeichert sind. Von Vorteil ist ferner, daß mittels der LCD-Anzeige 27 angeben ist, ob es sich bei dem Meßwert um eine Gleich- oder Wechselgröße handelt und wie die Polarität der Gleichgrößen und die Energieflußrichtung ist.
    [0065] Mit einem entsprechend der Erfindung realisierten Meßgerät ist die Messung folgender durch einen Drehschalter einstellbarer Meßgrößen möglich:
    [0066] a) Strommessungen mit automatischer Bereichsumschaltung 200 A/1000 A
    [0067] b) Maximalwertmessung im Meßbereich 200 A
    [0068] c) Maximalwertmessung im Meßbereich 1000 A
    [0069] d) Spannungsmessung mit automatischer Bereichsumschaltung 200 V/750 V
    [0070] e) Wirkleistungsmessung mit automatischer Bereichsumschaltung 20 kW/200 kW
    [0071] f) Scheinleistungsmessung mit automatischer Bereichsumschaltung 20 kVA/200 kVA
    [0072] g) Frequenzmessung mit automatischer Bereichsumschaltung 200 Hz/1000 Hz
    [0073] h) cos(phi)-Messung
    [0074] Die hierzu benötigte Elektronik ist z.B. auf drei
    [0075] Platinen untergebracht. Der größte Teil der Schaltung dient zur analogen Aufbereitung und Weiterverarbeitung der Meßgrößen; der maskenprogrammierte Mikroprozessor 26 übernimmt die Erkennung und Steuerung des gewünschten Meßablaufs sowie die Ansteuerung der LCD-Anzeige.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Multifunktionsmeßgerät
    - mit einer Anlegezange (12), die mit mindestens einem Hallsensor (7;8) bestückt ist,
    - mit einem Hallmeßkreis (5) und mit einer Anzeigeeinrichtung (27) für den von der Anlegezange (12) umfaßten Gleich- oder Wechselstrom I, wobei der angezeigte Meßwert unabhängig von der Lage des umfaßten Stromleiters ist, und
    - mit mindestens zwei umschaltbaren Meßbereichen,
    gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - ein Spannungsmeßkreis (2) dient der Messung einer an zwei Ein/Ausgangs-Kombinationsbuchsen (3, 4) als Gleich- oder Wechselgröße zugeführten Spannung U,
    - die gemessenen Strom- und Spannungswerte werden zusammen mit gespeicherten Korrekturwerten aus einer der eigentlichen Messung zeitlich vorausgehenden Abgleichmessung und mit schaltungsbedingten, vom
    Hersteller fest abgespeicherten Konstanten mittels eines Mikroprozessors (26) zu angezeigten Werten des Gleich¬ oder des Wechselstroms I, der Gleich- oder der Wechselspannung U, der Scheinleistung Ps, der Wirkleistung Pw, des Leistungsfaktors cos(phi) oder der Frequenz f aufbereitet, wobei die angezeigten Werte durch Effektivwertbildung von der Kurvenform des zu messenden Stroms I und/oder der zu messenden Spannung U unabhängig sind, und
    - die Meßbereichsumschaltung erfolgt durch den
    Mikroprozessors (26) sobald dieser beim Meßvorgang eine Bereichsüberschreitung erkennt.
    2. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - der Signalaufbereitung dient ferner ein Funktionswandler (30) , der mindestens einen Effektivwertbildner (16) zur Abgabe eines EffektivwertSignals ue, mindestens einen ersten und einen zweiten Mittelwertbildner (17, 18) zur Abgabe eines ersten bzw. zweiten Mittelwertsignals um1 , um2 und einen ersten elektronischen Vielfachumschalter (29) enthält, der die im Funktionswandler (30) aufbereiteten Meßsignale an einen Digitalisierungsteil (19) abgibt,
    - die Steuerung des jeweils einem der Hallsensoren (7, 8) zugeführten Hallstroms ih erfolgt durch eine steuerbare Konstantstromquelle (6) , deren Steuerspannung bei der Strommesssung konstant und aus einer festen Referenzspannung (ur) abgeleitet ist, und
    - bei der Wirk- und der Scheinleistungsmessung (Pw, Ps) ist die SteuerSpannung für die Konstantstromquelle (6) und damit der Hallstrom ih proportional zum Momentanwert der zugeführten Spannung U.
    3. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - ein erster durch Abgleich zu bestimmender Korrekturwert der Hallspannung uh ist die erste Offset- Spannung u1 , die bei ih = 0 und 1 = 0 auftritt,
    - ein zweiter durch Abgleich zu bestimmender Korrekturwert der Hallspannung uh ist der Proportionalitätsfaktor p, der bei der zum Hallstrom ih proportionalen Nullpunktabweichung auftritt und aus Messungen der Hallspannung uh bei 1 = 0 sowie bei unterschiedlichen Hallströmen ih1 , ih2 ermittelt ist,
    - ein dritter durch Abgleich zu bestimmender
    Korrekturwert ist die zweite Offsetspannung u2 des Effektivwertbildners (16),
    - ein vierter bzw. fünfter durch Abgleich zu bestimmender Korrekturwert ist die dritte bzw. vierte Offsetspannung u3, u4 des ersten bzw. zweiten Mittelwertbildners (17, 18),
    - ein sechster durch Abgleich zu bestimmender Korrekturwert ist der Verstärkungsfaktor v des
    Effektivwertbildners (16),
    - eine erste schaltungsbedingte und abgespeicherte Konstante ist die Steilheit d des Hallmeßkreises (5) ,
    - eine zweite schaltungsbedingte und abgespeicherte Konstante ist die Hallstrom-Steilheit c2, die durch das Verhältnis des von der zugeführten Spannung U abhängigen Hallstroms ih zu der mittels eines Spannungsteilers (t) geteilten Spannung ut bestimmt ist,
    - eine dritte schaltungsbedingte und abgespeicherte Konstante ist der Teilungsfaktor k, der durch das vom jeweiligen Meßbereich abhängige Teilungsverhältnis von der geteilten Spannung ut zur zugeführten Spannung U bestimmt ist, und
    - eine vierte schaltungsbedingte und abgespeicherte Konstante ist der Wert des innerhalb eines Strom- Meßbereichs fest eingestellten Hallstroms ih.
    4. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die- angezeigten Werte folgenden Bemessungsregeln gehorchen:
    - für den zu messenden Strom I, wobei dem
    Effektivwertbildner (16) als Eingangssignal die Hallspannung ih zugeführt ist:
    I = ((ue - u2)v - pih - u1)(c1)"l(ih)"1
    - für die zu messende Spannung U, wobei das Eingangssignal des Effektivwertbildners (16) die geteilte Spannung ut und das Ausgangssignal das Effektivwertsignal ue' ist:
    U = (ue' - u2)(kv)-1 , - für die zu messenden Scheinleistung Ps:
    Ps = (ue' - u2)((ue - u2)v"1 - pih - u1 ) (kvih)"1 (d )_1 ,
    - für die zu messende Wirkleistung Pw, wobei dem ersten Mittelwertbildner (17) eingangsseitig die geteilte Spannung ut und dem zweiten Mittelwertbildner (18) eingangsseitig die Hallspannung uh zugeführt ist:
    Pw = (um2-(pc2)(um1-u3)-u1-u4)(kc1)" (c2)_1
    - für die zu messende Frequenz f:
    f = 1/T,
    wobei deren Periodendauer T aus der Dauer zwischen zwei gleichsinnigen Nulldurchgängen der geteilten Spannung ut oder der Hallspannung uh mittels eines als Nulldurchgangsdetektor dienenden ersten Komparators (21) derart gemessen ist, daß das Ausgangssignals des
    Komparators (21) eine ein erstes Torsignal liefernde Logikschaltung (23) speist, das während der genannten Dauer Zählimpulse eines Taktgenerators (24) auf den Mikroprozessors (26) durchschaltet, und
    - für den zu messenden Leistungsfaktor cos(phi) :
    cos(phi) = cos(2(pi)fdt) ,
    - wobei dt der zeitliche Abstand zwischen den gleichsinnigen Nulldurchgängen der Hallspannung uh und der geteilten Spannung ut ist und die geteilte Spannung ut dem ersten (21) und die Hallspannung uh einem zweiten Komparator (22) zugeführt ist, deren AusgangsSignale zur Bestimmung des zeitlichen Abstandes dt auf die Logikschaltung (23) zur Bildung eines zweiten Torsignals geschaltet sind.
    5. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abgleichmessung mindestens einer der zu bestimmenden Korrekturwerte durch eine zugehörige Abgleichsschaltung auf ihren Sollwert abgeglichen ist, so daß durch die abgeglichenen Korrekturwerte, insbesondere durch mindestens eine auf null abgeglichene Offsetspannung u1 ^ u2, u3, u4, die Bemessungsregeln vereinfacht sind.
    6. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste OffsetSpannung u1 durch eine vom Mikroprozessor (26) gesteuerte Nullabgleichsschaltung (15) auf null abgeglichen ist.
    7. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - der Hallmeßkreis (5) enthält zwei Hallsensoren (7, 8), deren Hallstromverhältnis einstellbar ist, und
    - die den beiden Hallsensoren (7, 8) zugeordneten Hallsensorspannungen hs sind einem Summierer (13) zugeführt, dessen Ausgangssignal mittels eines einstellbaren Verstärkers (14) verstärkt ist. 2 5
    8. Multifunktionsmeßgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei der Strommessung das Ausgangssignal des Hallmeßkreises (5) einer der beiden Ein/Ausgangs-Kombinationsbuchsen (3, 4) über einen Trennverstärker (31) wahlweise direkt als Momentanwertsignal oder über den Effektivwertbildner (16) als Effektivwertsignal zugeführt ist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3611855||1986-04-09||
    DEP3611855.9||1986-04-09||DE19873775690| DE3775690D1|1986-04-09|1987-04-08|Multifunktionsmessgeraet.|
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