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2-Kanal Abtastsystem für den Einsatz in automatisierten Messwandlerprüfeinrichtungen

25.11.2014

Die derzeit im Bereich der Prüfung und Kalibrierung von Prüfmitteln für Messwandler eingesetzten Messeinrichtungen sind seit etwa 20 Jahren erfolgreich im Betrieb. Die verwendeten Komponenten in diesen Einrichtungen, bzw. deren Software sind jedoch nicht mehr erhältlich. Daher ist es notwendig, diese Messsysteme zu modernisieren, wobei auch deren messtechnische Eigenschaften verbessert werden sollen. Gemeinsames Herzstück dieser Messsysteme ist ein zweikanaliges Abtastsystem zur Bestimmung des komplexen Wechselspannungsverhältnisses. Das neu entwickelte System ist mit einem kommerziellen Digitalisierer mit 24-Bit Analog-Digital-Wandlern (ADCs) und einer maximalen Abtastrate von 50 kHz aufgebaut. Mit einem speziell für diesen Digitalisierer entwickelten analogen Front-End mit differentiellen Spannungseingängen wird eine Vorfilterung der zu bestimmenden Signale (Bandbreite 4 kHz) und eine Kanalvertauschung zur automatischen Kompensation des Gleichlauffehlers realisiert. Zum Schutz des Abtastsystems dient eine automatische Overload-Erkennung bei Überschreitung des maximalen Eingangsspannungsbereichs von ±10 V. Mit einem LabVIEW-Programm werden die digitalisierten Messwerte aufgenommen und aus den Grundschwingungen nach Fouriertransformation das komplexe Wechselspannungsverhältnis errechnet. Eine Software-basierte Synchronisation erfolgt über ein adaptives Re-Sampling Verfahren, bei dem sowohl das Abtastfenster als auch die Abtastwerte aufeinander abgestimmt werden. Dieser Schritt erlaubt einen quasi-synchronen Betrieb auch im Falle der Nutzung von 50 Hz Netzsignalen. Die Messunsicherheiten betragen bis zu 4 µV/V für das Verhältnis U2 / U1 und etwa 1 µrad für den Phasenwinkel φ21. Darüber hinaus beinhaltet das Messsystem ein 32-Bit Ein-/Ausgangsmodul zur Ansteuerung der aufzubauenden Messwandlerprüfeinrichtungen. Damit können über das LabVIEW-Programm automatisierte Messwandlerprüfungen gesteuert werden. Mit einem ebenfalls integrierten analogen Ausgangsmodul mit 16-Bit DACs stellt das Abtastsystem auch eine zweikanalige Quelle zur Verfügung.

Dieses System ist sehr vielseitig und nicht nur für ratiometrische Aufgabenstellungen einsetzbar. Aufgrund der automatischen Anpassung an die Signalfrequenz ist es beispielsweise auch für Vor-Ort Messungen einsetzbar. Denkbar sind Verlustleistungsmessungen an Transformatoren oder anderen Komponenten der elektrischen Energieversorgung.

 

Bild 1: Prinzipieller Aufbau des zweikanaligen Abtastsystems

 

 

 

Ansprechpartner: E. Mohns
Fachbereich 2.3:
 Elektrische Energiemesstechnik