DE1171988B - Digitales Spannungsmessgeraet - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: GOIr Deutsche Kl.: 2Ie-36/01

Nummer: 1171 988

Aktenzeichen: N 20648 IX d / 21 e

Anmeldetag: 7. Oktober 1961

Auslegetag: 11. Juni 1964

Die Erfindung betrifft ein digitales Spannungsmeßgerät, bei dem die Meßspannung in einem Ausgleichkreis mit einer bekannten, stufenweise veränderbaren Spannung verglichen wird, wobei die bekannte Spannung über Schalter einem Spannungsteiler entnommen wird und die Schalter nacheinander selbsttätig eingeschaltet werden und weiterhin Mittel zum Beenden des Schaltvorganges vorgesehen sind, sobald der Unterschied zwischen den Spannungen eine bestimmte Grenze unterschreitet.

Die Erfindung bezweckt, eine ziffernmäßige Meßvorrichtung dieser Art zu schaffen, welche ohne mechanische Kontakte arbeitet und schnell die gewünschte Anzeige ergibt.

Die Erfindung besteht darin, daß die Schalter aus photoleitenden Elementen bestehen, die je von einer elektrischen Lichtquelle bestrahlt werden, wobei diese Lichtquellen nacheinander von einem Impulsgenerator gesteuert werden und jede Lichtquelle den Widerstand des zugeordneten photoleitenden EIementes auf einen Wert herabsetzt, der klein ist gegenüber dem Dunkelwiderstand.

Eine solche Vorrichtung kann sehr geringe Abmessungen haben, wenn die Lichtquellen elektrolumineszierende Elemente sind. In diesem Falle wird die selbsttätige Umschaltung von einem photoleitenden Element auf das andere dadurch erzielt, daß die elektrolumineszierenden Elemente je in Reihe mit einem Element einer zweiten Reihe photoleitender Elemente geschaltet werden und jedes nächste photoleitende Element der zuletztgenannten Reihe mit einem vorhergehenden elektrolumineszierenden Element vereint wird und weiterhin jedes nächste elektrolumineszierende Element mit einem photoleitenden Element einer dritten Reihe vereint wird, welches zum vorhergehenden elektrolumineszierenden Element parallel liegt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der in F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist. Eine zugeordnete Vorrichtung zum Erzeugen der Lichtblitze, durch welche die zuerst genannten photoempfindlichen Elemente nacheinander leitend gemacht werden, ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung, bei der die an die Klemmen X gelegte Meßspannung in einem Kreis mit einer bekannten Spannung verglichen wird, die einem Spannungsteiler entnommen wird, der in diesem Beispiel aus zwei Teilen besteht. Der eine Teil besteht aus zehn in Reihe liegenden einander gleichen Widerständen rl bis rlO und der zweite Teil aus zehn gleichfalls einander gleichen in Reihe liegenden Digitales Spannungsmeßgerät

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
(Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Johannes Herrit van Santen, Eindhoven
(Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 11. Oktober 1960 (256 750) ■

Widerständen r' 1 bis / 10. Der erste Teil dient zum Bestimmen der ersten Dezimale und der zweite Teil zum Bestimmen der zweiten Dezimale der Meßspannung. Gegebenenfalls können weitere Teile zugesetzt werden, falls eine noch genauere Messung gewünscht wird. Der erste Spannungsteiler ist an eine Spannungsquelle B1 von z. B. 1 Volt und der zweite an eine Spannungsquelle Bl angeschlossen, die in diesem Falle eine Spannung von 0,1 Volt haben kann. Die beiden Spannungsquellen sind gegensinnig in Reihe geschaltet.

Die Spannungen an den Widerständen des ersten Spannungsteilers sind also je 0,1 Volt und die an den Widerständen des zweiten Spannungsteilers je 0,01 Volt.

Die verschiedenen Anzapfungen des Spannungsteilers sind über photoempfindliche Elemente mit dem Vergleichskreis verbunden. Die dem ersten Spannungsteiler zugeordneten photoempfindlichen Elemente sind mit RO bis R9 und die dem zweiten Spannungsteiler zugeordneten photoempfindlichen Elemente sind mit R' 0 bis R'9 bezeichnet. Die photoempfindlichen Elemente sind mit Lichtquellen LO bis L 9 bzw. L'O bis L'9 kombiniert, derart, daß jede Lichtquelle nacheinander nur ein photoempfindliches Element bestrahlen kann. Die photoempfindlichen Elemente sind Photowiderstände aus Cad-

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miumselenid (CdSe), welche auf zwei Platten von je zehn Stück gesintert sind. Die photoempfindlichen Elemente müssen einen Dunkelwiderstand haben, der wenigstens ein Tausendfaches ihres Widerstandes im beleuchteten Zustand beträgt.

Bei der Messung ist stets nur eine Lichtquelle jeder Reihe gezündet. Im Vergleichskreis, der auch die an den Klemmen X angeschlossene Spannungsquelle enthält, ist dann eine der Spannung dieser Quelle entgegenwirkende Spannung wirksam, welche durch die leitend gemachten photoleitenden Elemente bedingt wird.

Die Differenzspannung wirkt auf einen Gleichspannungsverstärker M, in dessen Ausgang zwei Neonglimmlampen A1 und A 2 liegen. Der Verstärker ist derart eingerichtet, daß stets nur eine der Lampen brennt, und zwar die Lampe A 1, wenn die Differenzspannung mit einem gegebenen Vorzeichen größer ist als 5 mV, und die Lampe A 2, wenn die Differenzspannung bei entgegengesetztem Vorzeichen auch wieder einen Absolutwert hat, der größer ist als 5 mV. Die Eingangsimpedanz des Verstärkers hat einen hohen Wert, z. B. höher als ΙΟ⁸ Ω. Die Lichtquellen LO bis L9 und L'O bis V 9 werden gleichfalls vom Verstärker M gesteuert, wie an Hand der F i g. 2 und 3 erläutert, und zwar in der Weise, daß beim Anfang jeder Messung die Lichtquellen L 0 bis L9 der ersten Reihe nacheinander gezündet werden, bis sich das Vorzeichen der Differenzspannung umkehrt, worauf die Lichtquellen L' 0 bis Lf 9 der zweiten Reihe nacheinander gezündet werden, bis die Differenzspannung zwischen den beiden genannten Grenzen liegt.

Wenn z. B. die Meßspannung 0,86 Volt beträgt, werden beim Einschalten die photoleitenden EIementeÄO und R'9 beleuchtet. Die Gegenspannung ist dann kleiner als 0,86 Volt, nämlich 0,11 Volt, und die Neonlampe A1 brennt. Hierdurch werden auf die im nachfolgenden an Hand der F i g. 2 und 3 zu beschreibende Weise nacheinander die photoleitenden Elemente R1, R 2 usw. beleuchtet. Sobald das photoleitende Element R 8 beleuchtet wird und 0,9 Volt als Kompensationsspannungen auftreten, kehrt das Vorzeichen der Eingangsspannung des Verstärkers um, wodurch die Neonlampe A1 erlischt und Al zu brennen beginnt. Darauf werden nacheinander die photoleitenden Elemente R' 9, R'8 usw. beleuchtet, bis das Element/?'6 erreicht wird, weil nun weniger als 5 mV Differenzspannung an M auftreten. Dann erlischt auch die Lampe A 2, und der Zustand bleibt stationär. Die Gegenspannung beträgt dann 0,86 Volt, und diese wird ziffernmäßig wiedergegeben.

Die aufeinanderfolgenden Zündungen der den Photoleitern gegenüber angeordneten Lichtquellen könnten in bekannter Weise mit Hilfe eines durch einen Elektromotor angetriebenen mechanischen Schalters erzielt werden. In diesem Falle ist jedoch dessen Geschwindigkeit zu gering. Vorzugsweise wird daher ein elektronischer Schalter verwendet, wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt.

Angenommen wird, daß die Meßspannung eingeschaltet ist. Mittels eines Schalters S wird dann die Messung eingeleitet, indem eine Gleichspannung an Klemme 11 (Fig. 3) dauernd anliegt und an Nl einen Lichtimpuls bewirkt, indem durch das Schließen dieses Schalters über eine Neonlampe Nl ein nicht dargestellter Kondensator entladen wird, so daß sich ein einziger Lichtblitz ergibt, durch den ein photoleitendes Element 20 einer zweiten Reihe photoleitender Elemente kurzzeitig beleuchtet wird. Dieses photoleitende Element liegt in Reihe mit einem elektrolumineszierenden Element 21, und die Reihenschaltung wird an den Klemmen 18 an eine Wechselstromquelle 18' von z. B. 200 Volt und 1000 Hz angeschlossen. Folglich emittiert das elektrolumineszierende Element 21 Licht. Parallel zum Element 20 liegt ein photoleitendes Element 22 und parallel zum elektrolumineszierenden Element 21 befindet sich ein photoleitendes Element 23. Element 22 wird durch die Lichtquelle 21 bestrahlt und dadurch leitend.

Das Element 21 bestrahlt weiterhin einen Photoleiter 24, der in Reihe mit einem Photoleiter 40 und einem zweiten elektrolumineszierenden Element 25 an die Wechselstromquelle angeschlossen ist. Solange der Photoleiter 40 sich im kalten Zustand befindet, kann also das Element 25 nicht aufleuchten. Der Photoleiter 24 ist durch einen Photoleiter 26 überbrückt, der von dem elektrolumineszierenden Element 25 bestrahlt werden kann, und parallel zum Element 25 liegt ein photoleitendes Element 27.

Der Photoleiter 40 liegt weiterhin in der Nähe eines streifenförmigen elektrolumineszierenden Elementes 19, welches über die Klemmen 38 an eine Spannungsquelle 38' angeschlossen ist. Die Quelle 38' liefert periodische Wechselspannungsimpulse, die den Streifen 19 über die ganze Länge periodisch zum Aufleuchten bringen, und zwar mittels der Anordnung nach F i g. 2. Sobald ein Lichtimpuls von 19 erscheint, wird das Element 40 leitend, und das Element 25 leuchtet auf. Es sendet seine Strahlung zum Photoleiter 26, der die gleiche Funktion hat wie der bereits erwähnte Photoleiter 22, nämlich das Übernehmen des Stromes, falls eines der Elemente 24 und 20 durch das Aufhören der Beleuchtung ausgeschaltet wird. Gleichzeitig wird das Element 23 beleuchtet, welches also einen Nebenschluß für das Element 21 bildet, so daß letzteres erlischt. Wenn also der erste Lichtimpuls von 19 verschwunden ist, wird nur noch vom Element 25 Licht emittiert. Es beleuchtet auch ein nächstes photoleitendes Element 28, welches also den Kreis eines nächsten elektrolumineszierenden Elementes mit dem Widerstandselement 41 vorbereitet, so daß dieses Element beim Erscheinen eines nächsten Lichtimpulses an 19, mit dem es auch gekoppelt ist, aufzuleuchten beginnt. Auf diese Weise leuchtet nacheinander jedes elektrolumineszierende Element auf, bis an den Klemmen 38 keine Spannungsimpulse mehr erscheinen, worauf das dann erreichte elektrolumineszierende Element leuchtend bleibt.

Die Vorrichtung zum Erzeugen der Lichtimpulse an 19 besitzt nach F i g. 2 einen als solchen bekannten Oszillator für Kippschwingungen mit einer Neonlampe 15, zu der ein Kondensator 14 parallel liegt. Diese Parallelschaltung ist über einen konstanten Widerstand 12 und ein photoelektrisches Element 13 an die Klemmen 11 angeschlossen. Das photoelektrische Element 13 ist mit einer der Neonlampen A 1 oder A 2 gekoppelt, welche an den Differenzverstärker M der F i g. 1 angeschlossen sind. Die gezündete Neonlampe A 1 beleuchtet also das Element 13, wodurch der Widerstand des letzteren auf einen Wert absinkt, der klein ist gegenüber dem des Widerstandes 12. Dieser ist so dimensioniert, daß die Neonlampe 15 alle 50 msek. einen Lichtblitz erzeugt. Die Neonlampe 15 steuert ein photoleitendes Element 16,

welches in Reihe mit dem elektrolumineszierenden Streifen 19 an die Spannungsquelle 38', die mit 18' übereinstimmen kann, angeschlossen ist. Bei dieser Bemessung kann innerhalb höchstens einer Sekunde nach dem Eindrücken des Schalters5 (Fig. 3) eine S Messung ausgeführt sein.

Die elektrolumineszierenden Zellen 21, 25 und 29 sind mit den Widerständen RO, Rl und Rl usw. optisch gekoppelt, welche die Verbindungen des Ausgleichskreises mit dem ersten Spannungsteiler bilden. Für den zweiten Spannungsteiler ist eine ähnliche Vorrichtung vorhanden, wie sie an Hand der F i g. 2 und 3 beschrieben wurde, wobei dann die Neonlampe Al als Steuerorgan der Anordnung nach Fig. 2 dient.

Die beschriebene Schaltung ist eine Art Schieberegister, bei dem, wenn der zur Steuerung dienende elektrolumineszierende Streifen einen Lichtblitz ergibt, das auf ein leuchtendes elektrolumineszierendes Element folgende elektrolumineszierende Element gezündet wird, während das leuchtende Element erlischt. Der die Lichtblitze erzeugende elektrolumineszierende Streifen kann mittels der in F i g. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung gespeist werden.

Die nach dem Aufhören der Lichtimpulse des Steuerstreifens noch leuchtenden Zellen bedingen den Wert der Meßspannung. Vorzugsweise ist zum Ablesen der Spannung eine von den elektrolumineszierenden Zellen 21, 25, 29 usw. gesteuerte getrennte Vorrichtung vorgesehen, die wieder eine Anzahl Photoleiter 39, 40', 41' usw. enthält, welche in Kreisen mit Lichtquellen zum Liefern einer deutlich sichtbaren Anzeige liegen.

Es muß dafür gesorgt werden, daß, wenn der elektrolumineszierende Streifen einen Lichtblitz abgibt, nur das auf ein leuchtendes elektrolumineszierendes Element folgende Element gezündet wird, jedoch das nächstfolgende Element nicht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die verschiedenen photoleitenden Elemente aus verschiedenem Werkstoff hergestellt werden, so daß die Ansprechgeschwindigkeiten der verschiedenen Reihen unterschiedlich sind. Die Elemente 24, 28 usw. werden daher aus Cadmiumsulfid hergestellt, welches träger ist als das Cadmiumselenid, aus dem die Elemente der anderen Reihen bestehen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Digitales Spannungsmeßgerät, bei dem die Meßspannung in einem Ausgleichkreis mit einer bekannten, stufenweise veränderbaren Spannung verglichen wird, wobei die bekannte Spannung über Schalter einem Spannungsteiler entnommen wird und die Schalter nacheinander selbsttätig eingeschaltet werden und weiterhin Mittel zum Beenden des Schaltvorganges vorgesehen sind, sobald der Unterschied zwischen den Spannungen eine bestimmte Grenze unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter aus photoleitenden Elementen bestehen, die je von einer elektrischen Lichtquelle bestrahlt werden, wobei die Lichtquellen nacheinander von einem Impulsgenerator gesteuert werden und jede Lichtquelle den Widerstand des zugeordneten photoleitenden Elementes auf einen Wert herabsetzt, der klein ist gegenüber dem Dunkelwiderstand.

2. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen elektrolumineszierende Elemente sind.

3. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolumineszierenden Elemente je in Reihe mit einem photoleitenden Element geschaltet sind und jedes nächste photoleitende Element von einem vorhergehenden elektrolumineszierenden Element beleuchtet und jedes nächste elektrolumineszierende Element ein photoleitendes Element beleuchtet, das parallel zum vorhergehenden elektrolumineszierenden Element liegt.

4. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den elektrolumineszierenden Elementen weitere photoleitende Elemente liegen, die von einem elektrolumineszierenden Element gesteuert werden, welches von einer Impulsspannung gespeist wird.

5. Spannungsmeßgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den photoleitenden Elementen weitere photoleitende Elemente liegen, die vom zugeordneten elektrolumineszierenden Element beleuchtet werden und dessen Speisung übernehmen, nachdem ein photoleitendes Element nichtleitend geworden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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