DE1283368B - Vorrichtung zur digitalen Spannungsmessung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIr

Deutsche Kl.: 21 e -17/04

Nummer: 1283 368

Aktenzeichen: P 12 83 368.0-35 (N 27555)

Anmeldetag: 30. Oktober 1965

Auslegetag: 21. November 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur digitalen Spannungsmessung, bei der die zu messende Spannung und eine über einen veränderbaren Spannungsteiler mittels einer Zählvorrichtung mit einer Anzahl von Zählern digital aufgebaute Kompensationsspannung einer Vergleichsvorrichtung zugeführt werden, deren Ausgang die Zählvorrichtung steuert.

Solche Vorrichtungen sind bekannt; bei diesen wird an aufeinanderfolgenden Zeitpunkten der Augenblickswert eines eingegebenen Signals gemessen. Diese Messung erfolgt in einem Meßzyklus zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten. Der Anfang jedes Meßzyklus wird z. B. durch einen Anlaßimpuls eines Impulsgenerators angegeben, der gleichzeitig die Zählvorrichtung in die Nullage einstellt. In einem Meßzyklus wird die Kompensationsspannung gemäß einem bestimmten Programm derart geändert, daß sie gleich der zu messenden Spannung wird. An dem Ende eines Meßzyklus indiziert die Stellung der Meßvorrichtung den Wert des Signals. Das Programm eines Meßzyklus läßt sich in verschiedener Weise wählen.

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen nach dem Einschalten einer Spannungsstufe in einer Vergleichsvorrichtung bestimmt wird, ob diese Spannungsstufe im Vergleich zu der zu messenden Spannung beibehalten werden kann oder nicht. Darauf wird, nach etwaiger Korrektur, eine nächstfolgende Spannungsstufe eingeschaltet. Dieses Programm setzt sich fort, bis der Wert der beibehaltenen Gesamtspannungsstufen, welche verschiedene Größen haben können, gleich der zu messenden Spannung ist.

Es ist eine andere Vorrichtung bekannt, bei der gemäß dem Programm eine Reihe der höchsten Dezimalstelle entsprechender Spannungsstufen eingeschaltet werden, z.B. bei einer Vorrichtung mit 4-Dezimalindikatorzählern der 1000-Zähler. In dem Augenblick, wenn die zu messende Spannung durch die auf diese Weise aufgebaute Kompensationsspannung überkompensiert wird, hält dieser Zähler an, worauf der nächstfolgende Zähler, hier der 100-Zähler, wirksam wird.

Solche Vorrichtungen erfordern häufig eine verwickelte Schaltungsanordnung zum Ausführen des gewünschten Programms während des Meßzyklus. Es werden z. B. Programmeinheiten in der Vorrichtung untergebracht, welche die Messung steuert. Die Erfindung bezweckt eine Vorrichtung zu schaffen, bei der das Programm sehr einfach und mittels einer besonderen Schaltung der Elemente des Meßkreises bereits in diesem Kreis selber fixiert ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der

Vorrichtung zur digitalen Spannungsmessung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. Herbert Scholz, Patentanwalt,

2000 Hamburg

Als Erfinder benannt:

Evert Vinkenborg,

Emmasingel, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 4. November 1964 (6 412 789)

Ausgang der Vergleichsvorrichtung mit einer Anzahl von Verstärkern eine Reihenschaltung bildet, wobei jeder Verstärkerausgang außerdem an den Eingang einer Torschaltung mit Spannungsschwellenwert angeschlossen ist und der Ausgang einer jeden Torschaltung mit je einem Zähler der Zählvorrichtung verbunden ist, in der Weise, daß ein Zähler der Zählvorrichtung über einen oder mehrere Verstärker und eine Torschaltung gesteuert und nur dann erregt wird, wenn das Ausgangssignal der Vergleichs vorrichtung nach Verstärkung den Schwellenwert des betreffenden Tors überschreitet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die eine Ausführungsform der Erfindung blockschematisch darstellt. Die Schaltungen in jedem, der Blöcke sind alle an sich bekannte elektronische Schaltungsanordnungen.

In der Figur bezeichnet 1 eine Vergleichsvorrichtung mit den Eingängen 2, 3 und 4 für die unbekannte Spannung U_x, die Kompensationsspannung Uc bzw. einen Anlaßimpuls P von einem Impulsgenerator 5. Bezugsziffer 7 bezeichnet den Ausgang eines Verstärkers 1 und verbindet diese Vorrichtung mit der Reihenschaltung der Verstärker 8, 9 und 10. Die Ausgänge letzterer Verstärker sind mit den Torschaltungen 11, 12 bzw. 13 verbunden. Diese Torschaltungen sind mit einer elektronischen Zählvorrichtung 14 verbunden, und zwar mit den Zählern 15, 16 bzw. 17. An sich sind diese Zähler mit einem Spannungsteiler 18 verbunden, und zwar mit den

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Teilen 19, 20 bzw. 21. An diesen Spannungsteiler 18 mindestens von der Ordnung dieses Dezimalwertes ist. ist eine Spannungsquelle einer Spannung U ange- Dann ist die Stellung der Zählvorrichtung 14 in Abschlossen. Der Ausgang 23 dieses Spannungsteilers 18 hängigkeit von der Spannung U_v 001 oder 011 oder ist mit dem Eingang 3 der Vorrichtung 1 verbunden. 111. Diese Stellung wird auf den Spannungsteiler 18 An Eingänge 6 der Vorrichtungen 14 und 18 ist der S übertragen, der infolgedessen in die Stellung geführt Taktimpulsgenerator 5 angeschlossen. Beispielsweise wird, bei der die Ausgangsspannung U₀ in Abhängigist eine Vorrichtung mit einer Zählvorrichtung 14 mit keit von der Stellung der Zähler 001 oder 011 oder den drei Dekaden 15, 16 und 17 dargestellt. Außer 111 Einheiten z. B. mV ist. Diese Spannung U_c wird diesenDekadenzählem können auch 8-Zähler, 16-Zähler auf die Vorrichtung 1 übertragen und wieder mit der u. dgl. benutzt werden. Wenn mehrere Zähler ge- ίο dort noch vorhandenen Spannung U_x verglichen. Ist wünscht sind, können diese mit je einem Verstärker die Spannung U_e 4= U_x, aber U_x > U_c, so entsteht und einer Torschaltung der vorhandenen Vorrichtung ein neuer Impuls am Ausgang 7 mit einer Amplinachgeschaltet werden, z.B. vier im Falle von Meß- tude U_v', die darauf genau die gleiche Bahn durchwerten bis zu 10000 bei Verwendung von Dekaden- läuft, wie vorstehend geschildert ist. Die Stellung der zählern. Die Zähler können bekannte, elektronische 15 Zähler ändert sich wieder, je nachdem die verschie-Ringzähler sein, wobei nachdem ein Zähler durch- denen Schwellenwerte überschritten werden. Auch die kufen ist, der nächstfolgende Zähler, z. B. der Zähler neue Stellung der Zählvorrichtung 14 bedingt die 12, einen Schritt gleich dem Bereich des vorher- Stellung des Spannungsteilers 18, so daß eine Spangehenden Zählers (in dem dargestellten Beispiel 13) nung U₀' erhalten wird. Diese Wirkung wiederholt vorwärts macht und der vorhergehende Zähler in die ao sich, bis endgültig eine Kompensationsspannung er-Anfangsstellung zurückkehrt. halten wird, die gleich der Spannung U_x ist. Infolge

Die Vorrichtung 1 ist eine bekannte Differenz- der hohen Schaltgeschwindigkeit der verschiedenen

schaltung, in dem nach einem Anlaßimpuls P des Elemente ist die Zeitdauer eines Gesamtmeßzyklus

Impulsgenerators 5, der den Rhythmus des Meßzyklus sehr kurz.

steuert, einmal pro Meßzyklus die Spannungen U_x 25 Für ein gutes Verständnis der Erfindung dürfte ein

und Uc miteinander verglichen werden. Der absolute zahlenmäßiges Beispiel eines Dekadenzählers nützlich

Wert der Spannung U_e ist dabei stets kleiner als der sein.

absolute Wert der Spannung U_x oder gleich diesem, Es wird angenommen, daß am Anfang eines Zyklus

im Falle vollständiger Kompensation. U_x = 243 und U₀ = 0 Einheiten, z.B. mV, die Ver-

Bei dem Vergleich der Spannungen U_x und U₀ 30 Stärkung des Verstärkers 8 K-maX und des Verstärliefert die Vorrichtung 1 einen Impuls, dessen Ampli- kers 9 bzw. 10 beide 10 mal ist und daß die Tore 11, tude Uv für den Unterschied zwischen den beiden 12 und 13 nur dann einen Impuls auf die betreffenden Spannungen maßgebend ist. Die Wirkungsweise der Zähler 15,16 bzw. 17 übertragen, wenn die Differenz-Schaltungsanordnung ist weiter folgende: spannung U_v 111 mV, 11 mV bzw. 0,5 mV beträgt.

Am Anfang eines Meßzyklus stellt der AnlaßimpulsP 35 Der Wert von 0,5 mV ist gleichzeitig die Mirümal-

des Taktimpulsgenerators 5 den Zähler 14 in die Null- empfindlichkeit der Vorrichtung. In diesem Falle sind

lage. Der damit verbundene Spannungsteiler 18 wird die Schwellenwerte der Tore 11,12 und 13: 111 K mV,

infolgedessen auch in die Nullage gestellt, was bedeu- 110.K mV bzw. 5QK mV. Weiter ist Uv ~ U_x-Uc.

tet, daß die Spannung U₀ an dem Ausgang 23 dieses Die Messung erfolgt wie folgt: Die Zähler sind in

Spannungsteilers 18 Null ist. Die Amplitude U_x, des 40 der Stellung 0, und der Spannungsteiler liefert eine

Impulses am Ausgang 7 der Vorrichtung 1 ist dann Spannung Uc = O, also U_v = U_x — U_c = 243 V.

der Spannung U_x selber proportional. Dieser Impuls Am Tor 11 steht dann 24ΪΚ > UlK, so daß der

wird darauf vorzugsweise zunächst in einem Ver- Zähler 15 in die Stellung 1 gelangt,

stärker 8 verstärkt und darauf dem Eingang der Tor- . _, .,. ... , »,,„„ _11ft„

schaltung 11 zugeführt. Dieses Tor öffnet sich nur 45 ^{Am Tor 12} ****%* 2 · cfn i

dann, wenn die Amplitude Uv des Impulses wenigstens . _ „ ^als° ^ *J5 £ ^V^-

einen bestimmten Mindestwert hat. Solche Tore, . Am Tor 13 steht dann 2430Of > 50Z,

weiche einen Impuls über einen bestimmten Schwellen- ^{also Zanler 17 m} Stellung i.

wert durchlassen, sind an sich bekannt. Die Zählvorrichtung 14 zeigt infolgedessen die

Wird dieser Minimalwert überschritten, so liefert 50 Stellung 111 mV, welche Stellung außerdem auf den

das Tor einen Impuls, wodurch der Zähler 15 einmal Spannungsteiler 18 übertragen, wird, der dann eine

erregt wird. Der gleiche im Verstärker 8 verstärkte Spannung U₀ = 111 mV liefert.

Impuls wird aufs neue im Verstärker 9, und zwar y __ 243 _ \\\ _ 132 mV
vorzugsweise zehnmal verstärkt, wenn ein Unterschied

in Dezimalen gewünscht ist. Der Ausgang dieses 55 Bei dem nächstfolgenden Impuls des Generators 5

Verstärkers 9 ist mit dem Tor 12 verbunden. Der ist die Lage wie folgt:

Schwellenwert dieses Tors ist derart gewählt, daß nur _{Λ 111Σ},

dann ein Impuls dem Zähler 16 zugeführt wird, wenn ^{Am ior},^u J!™* ¹^f^Ä > ^Ui. · _ _1T

die Differenzamplitude % mindestens von der Ord- _{A T} ^als° ⁷^SJg**¹?' ^{SteIIung %}

nung des betreffenden von dem Zähler angegebenen 60 ^{Am Tor}/² ™ ¹^⁰ ,2· k « ->

Zahlenwertes ist. In diesem Falle wird der Zähler 16 . _T ^als° ^Zal}^ler *⁶US"⁸*« «- ^g

^{Am lor}i* ¹^f > ⁵"^Ä

auch einmal erregt. Im Verstärker 10 wird der Impuls ^{Am lor}," i™* ¹^f > ⁵"^Ä' „

wieder verstärkt, auch vorzugsweise zehnmal, wenn ^{also Zahler 17} &**& ^{m StelIun}S ²·

ein Unterschied in Dezimalen gewünscht ist, und dem Die Zählvorrichtung 14 zeigt die Stellung 222 mV

Tor 13 zugeführt. Dieses Tor hat einen Schwellen- 65 an, und über den Spannungsteiler 18 ist U_c = 222 mV,

wert, der in diesem Beispiel von der Ordnung der so daß U_v = 243 — 222 = 21 mV.
niedrigsten Dezimalstelle ist, und liefert nur dann einen Die Lage bei dem nächstfolgenden Impuls des

Impuls für den Zähler 17, wenn die Amplitude U_v Generators 5 ist:

Am Tor 11 steht 21K < 111 K,

also Zähler bleibt in Stellung 2.
Am Tor 12 steht 210X > HOX,

also Zähler 16 gelangt in Stellung 3.
Am Tor 13 steht 2100X > 50X, also Zähler 17 gelangt in Stellung 3.

Die Zählvorrichtung 14 zeigt also 233 mV an und Uc = 233, so daß Uv = 10 mV.

Die Lage bei dem nächstfolgenden Impuls des Generators 5 ist:

Am Tor 11 steht 1OX < HlX,

also Zähler 15 bleibt in Stellung 2.

Am Tor 12 steht lOOX < HOX,

also Zähler 16 bleibt in Stellung 3.

Am Tor 13 steht lOOOX > 50X,

also Zähler 17 gelangt in Stellung 4.

Die Zählvorrichtung 14 zeigt 234 mV und U₀ = 234 und U_v = 9. Die Tore 11 und 12 bleiben somit ao weiter geschlossen, und nur das Tor 13 öffnet sich noch neunmal. Nach dem sechsten Mal erreicht der Zähler 17 die Stellung 10, aber liefert einen Impuls an den Zähler 16, der somit auf 4 springt. Schließlich schreitet der Zähler 17 noch drei Schritte weiter, so as daß, wenn U_e = U_x = 243, die Zählvorrichtung 14 nach insgesamt 13 Vorgängen die Stellung 243 erreicht hat.

Es sei bemerkt, daß durch die Wahl von Schwellenwerten, die nach Teilung durch die vorhergehende Verstärkung in den betreffenden Zählkreisen höher als die von den betreffenden Zählern vertretenen Zahlwerte sind, die Messung etwas verzögert werden kann infolge der erforderlichen Weiterzählung eines vorhergehenden Zählers, wie dies aus dem Beispiel ersiehtlieh ist. Mit Rücksicht auf die an die Stabilität der Torspannung zu stellenden Anforderungen kann es erwünscht sein, die Schwellenwerte derart zu wählen, daß die Geschwindigkeit verringert wird. Wenn in dem erwähnten Beispiel in einem ungünstigen Falle die Schwellenwerte für die Zähler 11, 12 und 13 150X, 150X bzw. 50XmV sind, werden wie oben die Zähler 11, 12, 13 zunächst einen Schritt machen, worauf die Zähler 12 und 13 neun Schritte weiterlaufen, worauf Zähler 11 vom Zähler 12 einen Impuls empfängt und Zähler 12 vom Zähler 13 einen Impuls erhält. Die Stellung ist in dem Beispiel dann 210 mV. Darauf zählen die Zähler 12 und 13 noch zwei Schritte weiter, worauf nur Zähler 13 noch elf Schritte macht, wobei nach acht Schritten zunächst ein Impuls dem Zähler 12 zugeführt wird. Die Geschwindigkeit hat somit abgenommen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur digitalen Spannungsmessung, bei der die zu messende Spannung und eine über einen veränderbaren Spannungsteiler mittels einer Zählvorrichtung mit einer Anzahl von Zählern digital aufgebaute Kompensationsspannung einer Vergleichsvorrichtung zugeführt werden, deren Ausgang die Zählvorrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Vergleichsvorrichtung mit einer Anzahl von Verstärkern eine Reihenschaltung bildet, wobei der Ausgang eines jeden Verstärkers außerdem an den Eingang einer Torschaltung mit Spannungsschwellenwert angeschlossen ist und der Ausgang eines jeden Tores je einem Zähler der Zählvorrichtung verbunden ist, in der Weise, daß ein Zähler der Zählvorrichtung über einen oder mehrere Verstärker und eine Torschaltung gesteuert und nur dann erregt wird, wenn das Ausgangssignal der Vergleichsvorrichtung nach der Verstärkung den Schwellenwert der betreffenden Torschaltung überschreitet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   809 638/1319 11.68 ® Bundesdruckerei Berlin