Montag, 30. Juli 2012

DCC- u. MM-Messung

Nach langer Blog-Abstinenz befasse ich mich diesmal aus aktuellem Anlass mit dem immer wieder auftretenden Problem, mit einfachen Mitteln die Digitalspannungen z.B. an Zentralen, Boostern, Verkabelung und Gleisen zu messen.

Die digitalen Gleisspannungen des MM- u. DCC-Formats wechseln ihre Polarität mit sehr kurzer Umschaltzeit und die Spannung hat bis zum nächsten Polaritätswechsel weitgehend den gleichen Wert. Im Gegensatz zu sinusförmigen Spannungen u. Strömen entspricht deshalb dieser Spitzen-Wert recht genau dem Effektiv-Wert.

DCC-Signal am Ausgang eines ORD-3-Boosters

Hinweise zu Digitalsignalen des Selectrix-Formats gebe ich unten im letzten Absatz.

Die üblichen Gleichrichter-Schaltungen in Multimetern sind für sinusförmige Spannungen und Ströme optimiert und zeigen Messwerte digitaler Signale z.T. mit erheblichen Fehlern an.

Für genaue Messungen werden deshalb Oszilloskope und/oder Messgeräte mit TRMS-Mess-Schaltung empfohlen. (TRMS = True Root Mean Square = warer Effektiv-Wert)

Oszilloskope und TRMS-Multimeter sind aber für die meisten Modellbahn-Hobbyisten eine unvertretbar hohe Investition. Ein Erwerb dieser Geräte ist völlig überzogen und unnötig, wenn sie nur für die meist einfachen Messungen bei der Eingrenzung von Fehlern an Gleisen und Verkabelung oder z.B. für die Ermittlung unterschiedlicher Spannungen einzelner Booster-Stromkreise verwendet werden.

Leider wird oft übersehen, dass die meisten angebotenen TRMS-Multimeter nicht für den Frequenzbereich digitaler Gleisspannungen und/oder Strömen von ca. 9kHz und mehr spezifiziert sind. Vom Kauf einfacher TRMS-Multimeter für diesen Messzweck kann ich nur abraten. Brauchbare Messwerte von MM- u. DCC-Spannungen und Strömen liefern diese Geräte nur mehr oder weniger zufällig. Der Kaufpreis von TRMS-Multimetern, die für den Frequenzbereich spezifiziert sind, übersteigt oft den Anschaffungspreis eines ordentlichen Oszilloskops mit wesentlich größerem Nutzwert.

Ausreichend genaue Ergebnisse sind auch mit sehr preiswerten Messgeräten zu erzielen. Dazu muss lediglich dem im Gleichspannungs-Betrieb verwendeten Messgerät eine sehr einfach zu realisierende Spitzenwert-Gleichrichtung vorgeschaltet werden.


Messgleichrichter für MM- u. DCC-Spannungen
Die Verluste in dieser Schaltung liegen bei ca. 1,4V, sodass immer nur dieser Wert als feste Korrektur zum Ablesewert des Messgerätes addiert werden muss.  

Die 4 Dioden bzw. der Brückengleichrichter sorgen dafür, dass das Digitalsignal mit seiner wechselnden Polarität als Gleichspannung an das Messgerät geliefert wird. Der Widerstand sorgt auch bei Messgeräten mit sehr hohem Innenwiderstand für einen Strom, der einen guten Arbeitspunkt der Dioden sicherstellt und eine Grundlast erzeugt, die verhindert, dass bei einem Kontaktfehler in einem unbelasteten Stromkreis eine nahezu korrekte Spannung vorgetäuscht wird. Der Kondensator glättet die kurzen Spannungs-Einbrüche zum Zeitpunkt der Polaritätswechsel.

Digitalsignale des Selectrix-Formats haben eine Taktlänge von 50µs zwischen den Polaritätswechseln, die sich aber in 40µs mit Spannung und 10µs ohne Spannung aufteilt. Dadurch entspricht der Effektiv-Wert nicht dem Spitzen-Wert und die beschriebene Schaltung wird deshalb falsche Messwerte liefern.
Ohne Anpassungen der Werte von Widerstand und Kondensator wird die oben gezeigte Schaltung nur ca. 80-90% des tatsächlichen Spitzenwertes der Digitalspannung anzeigen.

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