Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Schrittmotorgesteuerter induktiver 8-Dekaden Spannungsteiler für die Automatisierung von Kalibrierungen mit Wechselspannungsverhältnissen

28.11.2017

Für die Automatisierung von Kalibrierungen, die auf Wechselspannungsverhältnisse zurückgeführt sind, wurde ein 8-dekadiger induktiver Spannungsteiler vom Typ Sullivan F.9200 mit Schrittmotoren versehen. Dieser Umbau ermöglicht automatisierte rechnergesteuerte Kalibrierungen mit kleinsten Unsicherheiten, die vorher nur mit manueller Bedienung der Stufenschalter möglich waren.

 

 

In der Vergangenheit wurde eine Automatisierung von induktiven Spannungsteilern durch Einsatz von Relais erreicht. Dieser Ansatz wurde z.B. für die Kalibrierung von AC Temperaturmessbrücken im rechnergesteuerten Kalibrierteiler erfolgreich eingesetzt [1]. Durch die geringe Anzahl der bei dieser Anwendung benötigten Teilungsverhältnisse ist die Anzahl der verwendeten Relais allerdings deutlich geringer als bei einem 8-dekadigen Teiler, der für alle Schalterstellungen mindestens 80 Relais erfordert. Ein weiterer Nachteil von Relais ist ihr Kontaktwiderstand (typischerweise 20 mΩ), der wegen der geringeren Kontaktfläche größer als bei Stufenschaltern (etwa 4 mΩ) ausfällt. Auch ist ihre Lebensdauer (Anzahl der möglichen Schaltvorgänge) stärker begrenzt als die von Stufenschaltern und geht oft mit einer schleichenden Verschlechterung des Kontaktwiderstandes einher.


Für den täglichen Einsatz bei Standardkalibrierungen mit kleinsten Unsicherheiten bietet der automatisierte 8-dekadige Sullivan Präzisions-Spannungsteiler ein großes Potential für die Automatisierung von zuvor manuell durchgeführten Messungen. Er kann in direktem Austausch zu den bewährten, aber in gleicher Qualität nicht mehr erhältlichen, Präzisions-Spannungsteilern gleichen Typs eingesetzt werden. Die gewählte Schrittmotor-basierte Automatisierung seiner Stufenschalter bietet dabei die Kombination der Vorteile von Relais (Automatisierung) und mechanischen Stufenschaltern (Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und geringer Kontaktwiderstand).


Ein möglicher Einsatzbereich ist z.B. die Kalibrierung von Brückennormalen für die Dehnungsmessstreifen-Messtechnik [2].

 

Induktiver Spannungsteiler mit Schrittmotorsteuerung

Abbildung 1: Der induktive Spannungsteiler mit Schrittmotorsteuerung kann für automatisierte Kalibrierungen direkt in den LabView Programmablauf integriert werden.

 

 

Veröffentlichungen:

[1] G. Ramm, H. Moser and R. Vollmert, "Computer-Controlled Inductive Bridge Standards for Calibrating AC Resistance Thermometry Bridges at Low Frequencies," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 56, no. 2, pp. 547-550, April 2007.

[2] M. F. Beug, A. Kölling and H. Moser, "A New Calibration Transformer and Measurement Setup for Bridge Standard Calibrations Up To 5 kHz," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 66, no. 6, pp. 1531-1538, June 2017.