DE1062343B - Verfahren zur Messung des Zeitintegrals eines veraenderlichen Leitwertes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Zeitintegrals eines veränderlichen Leitwerts mit Hilfe eines Kondensators, der langsam auf eine Höchstspannung aufgeladen und nach deren Erreichen über eine monostabile Kippschaltung entladen wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurden bisher überwiegend elektromechanische oder elektrochemische Amperestundenzähler verwendet, die in bekannter Weise das Zeitintegral des durchfließenden Stromes an einer Zahlenrolle oder an einer Skala neben einem Elektrolytniveau abzulesen gestatten. Der den Zähler durchfließende Strom entstammt einer Quelle konstanter Spannung, die mit dem zu messenden Leitwert und dem Amperestundenzähler in Reihe geschaltet ist.

Es ist ferner aus der Verstärker- und Impuls-, technik eine Anzahl von Schaltungen bekannt, die zur Lösung gewisser Einzelaufgaben im Rahmen des Verfahrens nach der Erfindung dienen könnten, z. B. Schaltungen zur linearen Verstärkung von Wechselspannungen, Schaltungen zur Umwandlung amplitudenmodulierter Impulsfolgen in dauermodulierte und Schaltungen zur Abgabe von Impulsen definierter Dauer und Spannung.

Insbesondere ist auch eine Anordnung zur Messung des Zeitintegrals eines veränderlichen Leitwerts mit Hilfe eines Kondensators bekannt, der langsam auf eine Höchstspannung aufgeladen und nach deren Erreichen über eine monostabile Kippschaltung entladen wird. Der Leitwert ändert sich dabei sprunghaft zwischen zwei Werten, von denen der eine sehr klein ist. Als monostabile Kippschaltung dient eine Glimmlampe. Zu einer genauen Integralbildung ist diese Anordnung jedoch nicht verwendbar, wenn die zu integrierenden Leitwerte sich langsam ändern, weil die Zündspannung der Glimmlampe nicht ausreichend konstant und überdies vom Alter der Glimmlampe abhängt. Außerdem ist die Anwendung der bekannten Anordnung auf einen Bereich kleiner Leitwerte beschränkt.

Die Erfindung hat zum Ziele die Schaffung eines neuartigen Verfahrens, das durch Verwendung von zum Teil bekannten Schaltungen die Nachteile der zuvor beschriebenen Anordnung und der bisherigen, mit bewegten Teilen oder Flüssigkeitssäulen arbeitenden Verfahren vermeidet und insbesondere dann mit großem Vorteil angewandt wird, wenn die Meßwerte am Ort der Messung nicht unmittelbar interessieren, sondern etwa fernübermittelt oder an nachgeschaltete Geräte zur weiteren Auswertung geliefert werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den den Leitwert bildenden Widerstand eine konstante Rechteckspannung gelegt wird, daß die Amplitudenmodulation des durch den Widerstand fließenden

Verfahren zur Messung des Zeitintegrals eines veränderlichen Leitwertes

Anmelder:

Dr. Oskar Vierling,

Ebermannstadt (OFr.), Pretzfeider Str. 23

Dipl.-Phys. Wolfgang Peuser, Ebermannstadt (OFr.), ist als Erfinder genannt worden

Rechteckstromes in an sich bekannter Weise in eine Pulsdauermodulation umgewandelt wird und daß der pulsdauermodulierte Strom zur Ladung des Kondensators verwendet wird. Durch die Anwendung einer (transformierbaren) Rechteckspannung läßt sich die Anordnung, die keine der Alterung unterworfenen Bauteile aufzuweisen braucht, zur Integration von Leitwerten aller Größenordnungen anwenden. Derartige Anordnungen lassen sich besonders raumsparend ausführen, wenn als aktive Schaltelemente an Stelle der noch vielfach üblichen Elektronenröhren Transistoren und andere Halbleiterbauteile verwendet werden. Zur Umwandlung der Pulsamplitudenmodulation in Pulsdauermodulation wird z. B. die Schaltung nach Potier verwendet, an Stelle der dort vorgesehenen Diode jedoch die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors eingesetzt, der im übrigen der Verstärkung der auftretenden Dreieckspannung dient.

Nimmt der zu messende Leitwert einen verhältnismäßig niedrigen Wert an, so wird der als Speicher dienende Kondensator nur langsam aufgeladen. Gerade in diesem Falle ist es wichtig, eine Beeinflussung der Kondensatorpotentiale durch die verwendeten elektronischen Schaltglieder zu vermeiden, um die Meßfehler gering zu halten. Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung werden daher im Lade- und Rückladeweg des Kondensators hochsperrende Dioden, vorzugsweise Siliziumdioden, eingeschaltet.

Der Gesamtaufwand für eine Anordnung, die das Verfahren nach der Erfindung zu verwirklichen gestattet, hängt unter anderem davon ab, wie das Kriterium für das Erreichen der Höchstspannung des Kondensators erzeugt wird. Bekanntlich ist es nicht statthaft, den Ladekondensator oder Teile des Ladekreises durch niederohmige und daher größefe Ströme führende Widerstände zu überbrücken, wie es zur Schaffung energiereicher Impulse als Umschaltkriterium erforderlich wäre. Nach der Erfindung ist daher

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Claims (5)

im weiteren vorgesehen, daß die Höchstspannung des Kondensators dadurch fetsgelegt wird, daß eine in gleicher Höhe vorgespannte Diode in Nebenschluß zum Ladekreis spannungslos wird. Dieser Nebenschluß ist während des Ladens hochohmig, führt jedoch, wenn der Kondensator die Umladespannung erreicht, den überwiegenden Energieinhalt eines Ladeimpulses der monostabilen Kippschaltung zu, die den Kondensator wieder entlädt. Für den Fall, daß eine größere Zahl \·οη Meßanordnungen erforderlich ist, können diese aus einer gemeinsamen Betriebsspannungsquelle und, wodurch besondere Ersparnisse erzielt werden, aus einer gemeinsamen Rechteckspannungsquelle gespeist werden. Das Meßverfahren nach der Erfindung kann insbesondere für lang andauernde, z. B. ständig durchgeführte Registrierungen verwendet werden, wie sie etwa zur λIessung der Belastung \*on industriellen Anlagen erforderlich sind. Diese Anlagen müssen dann so eingerichtet sein, daß sie in der Weise ein Meßkriterium liefern, daß bei jeder Zunahme der Belastung ein Meßleitwert vergrößert wird. Derartige Verhältnisse liegen beispielsweise bei automatischen Vermittlungsstellen für Fernsprech- und Fernschreibverkehr vor, deren wesentlichen Einrichtungen (Wähler, Leitungen) Widerstände zugeordnet sind, die im Falle der Beanspruchung der entsprechenden Schaltmittel einander parallelgeschaltet werden, so daß ein im genannten Sinne sich ändernder Leitwert entsteht. Das angegebene Verfahren eignet sich daher insbesondere auch zur Messung von Fernsprechverkehrsmessungen. Ein Beispiel für die Realisierung des Verfahrens nach der Erfindung wird durch die in der Zeichnung dargestellte Anordnung gegeben. . Darin ist mit 1 eine Quelle konstanter Rechteckspannung bezeichnet, die über den Transformator 2 in den Meßstromkreis eingekoppelt ist. Die Sekundärwicklung dieses Transformators liegt mit dem zu messenden Leitwert 3 und der Primärwicklung des Meßtransformators 4 in Reihe. Die Scheinwiderstände der Transformatoren im Meßkreis müssen klein gegen den kleinsten Wert des Meßwiderstandes 3 sein. Die Sekundärwicklung des Meßtransformators 4 führt zum Eingang einer Transistorverstärkerstufe 5. Kondensator 6, Widerstand 7 und Basis-Emitter-Strecke vom Transistor 8 bilden die Modulationswandlerschaltung nach Potier, so daß nach zusätzlicher Verstärkung über den Kollektor am Widerstand 9 ein Spannungsverlauf auftritt, der etwa aus Dreiecken besteht, deren Basisläiige der Amplitude der in der Verstärkerstufe 5 verstärkten Rechteckspannung proportional ist. In Gleichstromkopplung mit Transistor 8 befindet sich der Transistor 10, der für weitere Verstärkung und Begrenzung des Dreiecksignals sorgt, so daß am Widerstand 11 nahezu rechteckförmige Spannungen auftreten, deren Abweichung von der idealen Rechteckform jedoch für die nachgeschaltete Anordnung ohne Belang ist. Da der Transistor 10 voll durchgesteuert wird, übt er eine Schalterfunktion aus und legt die Verbindungsstelle der Widerstände 11 und 12 während seiner Öffnungszeit, d. h. während der Dauer der Reckteckimpulse, praktisch an die Plusleitung. In dieser Zeit lädt sich der Ladekondensator 14 mit der durch seine Größe und die Größe des Widerstandes 12 gegebenen Zeitkonstanten über den dann durchlässigen Transistor 10 und die in Durchlaßeinrichtung be- ; findliche/ Diode 13 auf. Nach Abklingen des Reckteckimpulses ist auch die hochsperrende Siliziumdiode 13 gesperrt, da jetzt negatives Potential über die wirksam werdenden Widerstände 11 und 12 geführt wird. Daß dies über einen möglichst großen Spannungsbereich am Kondensator 14 möglich wird, beruht auf der geeigneten Bemessung des Spannungsteilers 15-16-17. Im übrigen kann auch über die Diode 18 kein Ladungsverlust des Kondensators 14 eintreten ίο da diese ebenfalls hochsperrende Silizumdiode stets in Sperrichtung geschaltet ist und nur beim Überschreiten ihrer Zenerspannung wirksam wird. Bevor diese jedoch erreicht wird, wird die mit Hilfe des Spannungsteilers 15-16-17 über den Widerstand 20 vorgespannte Diode 19 leitend, so daß beim nächsten öffnen des Transistors 10 der entstehende Impuls im wesentlichen an den Widerständen 17 und 20 auftritt und in über den Kondensator 21 und den Eingangswiderstand der im übrigen in üblicher Weise geschalteten monostabilen Kippschaltung 22 differenzierter Form letztere zur Abgabe eines Impulses definierter Länge und Spannung am Ausgang 23 veranlaßt. Dieser (negative) Impuls gelangt unter Ausnützung des Zenergebiets der Diode 18 und der Clampingfunktion der Diode 24 unmittelbar auf den Kondensator 14 und entlädt diesen. Damit kann der Vorgang von neuem beginnen. Am Ausgang 23 der Schaltung können diese LTmladeimpulse abgenommen und weitergeleitet werden. Die Dichte dieser Impulse ist ein Maß für das Zeitintegral des Leitwerts 3. Derartige Impulse sind der weiteren Verarbeitung in Digitalsystemen unmittelbar zugänglich. PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Messung des Zeitintegrals eines veränderlichen Leitwerts mit Hilfe eines Kondensators, der langsam auf eine Höchstspannung aufgeladen und nach deren Erreichen über eine monostabile Kippschaltung entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den den Leitwert bildenden Widerstand eine konstante Rechteckspannung gelegt wird, daß die Amplitudenmodulation des durch den Widerstand fließenden Rechteckstromes in an sich bekannter Weise in eine Pulsdauermodulation umgewandelt wird und daß der pulsdauermodulierte Strom zur Ladung des Kondensators verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lade- und Rückladeweg des Kondensators hochsperrende Dioden, vorzugsweise Siliziumdioden, eingeschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höchstspannung des Kondensators dann erreicht ist, wenn eine in gleicher Höhe vorgespannte Diode im Nebenschluß zum Ladekreis spannungslos wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer gemeinsamen Rechteck-Spannungsquelle für mehrere Meßanordnungen.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche für Messung von Verkehrsmengen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentanmeldung F 7414 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 2. Oktober 1952).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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