DE1294052B - Vorrichtung zum zeitlichen Integrieren einer Messspannung - Google Patents

Vorrichtung zum zeitlichen Integrieren einer Messspannung

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DE1294052B DEB67615A DEB0067615A DE1294052B DE 1294052 B DE1294052 B DE 1294052B DE B67615 A DEB67615 A DE B67615A DE B0067615 A DEB0067615 A DE B0067615A DE 1294052 B DE1294052 B DE 1294052B
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Description

proportional der Eingangsspannung. Bei Herabschaltung des Spannungsteilerverhältnisses wird zwar die Drehzahl des Motors verringert, aber gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis des Getriebes entsprechend erhöht. Diese bekannte Anordnung gestattet mit einem Grenzwertfühler nur die Umschaltung von Spannungsteiler und Getriebe zwischen zwei verschiedenen Schaltstellungen. Sollte bei einem noch höheren Wert der Meßspannung eine weitere Um-
der bekannten Anordnung in Gestalt des Getriebes) erforderlich wäre. Hierzu würden verschiedene Grenzwertfühler benötigt, deren Ansprechpunkte sich unter Umständen um Größenordnungen unter-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeitlichen Integrieren einer Meßspannung mit einem
stufenweise umschaltbaren Spannungsteiler, an dem
die Meßspannung anliegt, einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer zum Umsetzen der von dem
Spannungsteiler abgegriffenen Spannung in eine dazu
proportionale Signalfrequenz, einem Zähler, der mit
dieser Signalfrequenz über einen Zählwertigkeitsumschalter beaufschlagt ist, und einem Grenzwertschalter, durch den bei Überschreiten einer vorgegebenen 10 schaltung erfolgen, so wäre hierfür ein zusätzlicher Größe der Meßspannung eine gegensinnige Umschal- Grenzwertfühler erforderlich, der auf diesen Wert tung von Spannungsteiler und Zählwertigkeitsum- eingestellt ist. Es kann nun aber vorkommen, daß schalter auslösbar ist. die Meßspannung sich in sehr großen Bereichen
Es ist bei solchen Vorrichtungen bekannt, die ändert, so daß eine mehrmalige Umschaltung der Meßspannung mittels eines Spannungs-Frequenz- 15 Spannung bzw. des Zählwertigkeitsumschalters (bei Umsetzers, z. B. einer Kippstufe, in eine Signalfolge
mit einer der Meßspannung proportionalen Signalfrequenz umzusetzen und die Signale einem Zählwerk zuzuführen, welches dann das zeitliche Integral
der Meßspannung in digitaler Form anzeigt. Wesent- 20 scheiden. Es ist einleuchtend, daß dies mit gewissen Hch für ein einwandfreies Arbeiten einer derartigen technischen Schwierigkeiten verbunden ist und einen Integriervorrichtung ist es, daß zwischen der Meß- nicht unerheblichen Aufwand erfordert, spannung und dem Spannungs-Frequenz-Umformer Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
ein streng linearer Zusammenhang besteht. Man kann Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszuaber einen solchen linearen Zusammenhang bei 25 bilden, daß mit einem Grenzwertfühler für eine üblichen Spannungs-Frequenz-Umformern nur in Schaltrichtung mehr als zwei Stufen des Spannungseinem bestimmten begrenzten Bereich erzielen. Bei teilers und des Zählwertigkeitsumschalters geschaltet hohen Frequenzen machen sich dann Einflüsse be- werden können.
merkbar, welche die Linearität stören. Es ist bei- Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß
spielsweise ein Spannungs-Frequenz-Umformer vor- 30 der Grenzwertschalter zwischen dem Spannungsteiler geschlagen worden, bei welchem die Meßspannung
am Eingang eines Miller-Integrators anliegt und bei
dem eine Glimmlampe parallel zu dem Gegenkoppelungskondensator des Miller-Integrators geschaltet
ist. Ein solcher Spannungs-Frequenz-Umformer lie- 35
fert eine Kippfrequenz, die in außerordentlich weiten
Grenzen streng proportional der Meßspannung ist.
Bei sehr hohen Frequenzen kann aber auch hier die
Zeit für die Entladung des Gegenkoppelungskondensators über die Glimmlampe nicht mehr vernach- 4° von denen einer beim Überschreiten einer vorlässigt werden, und es treten Nichtlinearitäten auf, gegebenen Signalfrequenz im herabschaltenden Sinne
und dem Zählwertigkeitsumschalter angeschlossen und zur Schaltung von mehr als zwei Stufen des Spannungsteilers und des Zählwertigkeitsumschalters eingerichtet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn der auf die Signalfrequenz ansprechende Grenzwertschalter am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers angeschlossen ist. Die Anordnung kann so ausgebildet sein, daß der Grenzwertschalter zwei Grenzwertfühler aufweist,
die das Meßergebnis verfälschen können. Ähnliche Probleme ergeben sich bei anderen Spannungs-Frequenz-Umsetzern, beispielsweise bei Meßmotoren, bei denen die Umlauffrequenz der angelegten Span- 45 nung in gewissen Grenzen proportional ist. Es ist eine mit einem solchen Motor als Spannungs-Frequenz-Umsetzer arbeitende Vorrichtung bekannt, bei welcher die Meßspannung den Motor über einen
und der andere beim Unterschreiten einer davon verschiedenen vorgegebenen Signalfrequenz im hinaufschaltenden Sinne anspricht.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird durch den Grenzwertfühler das durch den Spannungsteiler »untersetzte« Signal abgetastet. Eine Umschaltung erfolgt jedesmal, wenn dieses Signal einen vorgegebenen Wert erreicht und damit das Ende des
stufenweise in zwei Stufen umschaltbaren Spannungs- 50 betreffenden Meßbereichs anzeigt. Es wird dann das teiler speist. Der Motor treibt ein mechanisches
Zählwerk über ein in zwei Stufen umschaltbares
Geschwindigkeitswechselgetriebe. Die Umschaltung
des Spannungsteilers und des Getriebes erfolgt synchron in der Form, daß mit einer Herunterschaltung 55 wachsen der Meßspannung wird das so verminderte des Spannungsteilerverhältnisses eine entsprechende Signal hinter dem Spannungsteiler (aber vor dem Heraufschaltung des Getriebeübersetzungsverhältnisses verbunden ist. Die Antriebsdrehzahl des Getriebes
ist daher unabhängig an der Schaltstellung von Spannungsteiler und Getriebe proportional der anliegen- 60 derholen. Es können also mit einem einzigen Grenzden Meßspannung. Die Umschaltung des Spannungs- wertfühler mehrere Meßbereichsumschaltungen erteilers und des Getriebes erfolgt durch einen Grenz- folgen.
wertfühler, der unmittelbar von der Meßspannung Eine besonders vorteilhafte Lösung besteht darin,
beaufschlagt ist. Bei einer alternativen Lösung wird daß der Grenzwertschalter ein mit Vorwärts- und der Grenzwertfühler von der Antriebsdrehzahl des 65 Rückwärtseingang an die Grenzwertfühler angeschlos-
Potentiometer umgeschaltet und damit das am Grenzwertfühler wirksame Signal gegenüber der zugeführten Meßspannung um einen bestimmten Faktor verringert. Erst bei einem entsprechend stärkeren An-
Zählwertigkeitsumschalter) wieder den vorgegebenen Wert erreichen, bei welchem der Grenzwertfühler anspricht. Dieser Vorgang kann sich mehrfach wie-
Getriebes beaufschlagt, also von der Drehzahl, mit welcher der Zähler angetrieben wird. Diese Drehzahl ist ebenso unabhängig von der Schaltstellung direkt
senes Schieberegister aufweist, durch welches in an sich bekannter Weise der Spannungsteiler und der Zähler dekadisch umschaltbar sind.
Ein Anführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellt und im folgenden beschrieben.
Eine Meßspannung U, z. B. das Ausgangssignal eines Gaschromatographen, liegt an einer Eingangsklemme 10 an. An der Eingangsklemme 10 liegt ein Spannungsteiler 12 an, der aus drei Festwiderständen besteht, deren Widerstandswerte sich verhalten wie 90 : 9 :1. Die Abgriffe 14,16,18 an den drei Fest-
Sind die Kontakte A11 und A12 geschlossen, dann liegt die Meßspannung U ungeschwächt am Eingang 22 des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 24. Die Ausgangssignale des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 24 5 liegen über dem Kontakt A12 an der ersten Dekade D1 des Zählers 40. Beim Ansteigen der Spannung über eine gewisse Grenze hinaus öffnen die Kontakte A11 und A12, und dafür schließen die Kontakte A.n und A22. Jetzt liegt am Eingang des Gleichstrom
widerständen, an denen die Spannungen U, 0,1 U io Verstärkers 20 nur noch eine Spannung von 0,1 U an.
und 0,01 U abgegriffen werden können, liegen über Entsprechend wird auch die Signalfrequenz reduziert.
Relaiskontakte A11, A21 und A31 am Eingang eines Dafür werden aber die Impulse, die von dem Span-
Gleichstromverstärkers 20. Von den Relaiskontakten nungs-Frequenz-Umsetzer 24 geliefert werden, über
A11, A21, A31 wird in noch zu beschreibender Weise den Kontakt A22 der zweiten Dekade D 2 des Zählers jeweils einer geschlossen, während die anderen beiden 15 40 zugeführt, d". h., jeder der Impulse wird zehnfach
geöffnet sind. gezählt. Die Spannung U kann nun weiter ansteigen,
Die Ausgangsspannung des Verstärkers 20 liegt am ohne daß dadurch der Linearitätsbereich des Span-Eingang 22 des Spannungs-Frequenz-Umformers 24. nungs-Frequenz-Umsetzers 24 überschritten oder der Dieser Spannungs-Frequenz-Umformer 24 enthält Gleichstromverstärker 20 übersteuert würde, weil an einen Verstärker 26 mit hohem Verstärkungsgrad, ao dem Verstärker 20 und Umformer 24 nur ein Zehntel dessen Eingang über einen Widerstand 28 an der der eigentlichen Meßspannung wirksam wird. Trotz-Eingangsklemme des Spannungs-Frequenz-Umfor- dem bleibt die Anzeige des Zählers 40 richtig, denn mers liegt. Der Ausgang 32 des Verstärkers 26 ist diese Abschwächung der Meßspannung wird durch über einen Kondensator 34 auf den Eingang des Umschaltung der Ausgangssignale auf die »Zehner«- Verstärkers gegengekoppelt. Insoweit entspricht der 25 Dekade D 2 kompensiert. Das gleiche tritt ein, wenn Spannungs-Frequenz-Umformer 24 einem üblichen bei noch weiterem Ansteigen der Meßspannung U Miller-Integrator. Bei einer konstanten Spannung am die Kontakte A31 und A32 geschlossen werden, so daß Eingang 22 des Spannungs-Frequenz-Umformers die Meßspannung über den Kontakt A31 an den steigt die Ausgangsspannung bei 32 zunächst linear Gleichspannungsverstärker 20 gelegt wird und die an. Wegen des hohen Verstärkungsgrades des Ver- 30 Impulse über den Kontakt A32 auf die dritte »Hunstärkers 26 liegt die gleiche Ausgangsspannung prak- derter«-Dekade D 3 des Zählers 40 geleitet werden, tisch auch an dem Gegenkoppelungskondensator 34. Man kann also mit der beschriebenen Anordnung
Parallel zu dem Kondensator 34 liegt eine Glimm- Meßspannungen in einem sehr großen Bereich intelampe 36. Wenn die Ausgangsspannung auf die grieren, ohne den Proportionalitätsbereich des Span-Zündspannung der Glimmlampe 36 angestiegen ist, 35 nungs-Frequenz-Umsetzers zu verlassen,
zündet die Lampe 36 und entlädt ziemlich schlag- Die Relais Hl, H 2 und H 3 bilden Teile eines artig den Kondensator 34 bis auf ihre Löschspan- Grenzwertschalters 41, der auf die Signalfrequenz nung, worauf die Glimmlampe 36 löscht und die anspricht und am Ausgang 32 des Spannungs-Ausgangsspannung erneut linear bis zur Zündspan- Frequenz-Umsetzers 24 angeschlossen ist. Dieser nung ansteigt. Es entsteht dadurch eine Kippschwin- 40 Grenzwertschalter 41 besteht aus einem Impulsformer gung, deren Frequenz wegen des linearen Spannungs- 68, einem Flip-Flop 70, zwei auf die Signalfrequenz anstiege am Ausgang 32 in einem relativ weiten ansprechenden Grenzwertfühlern 50 und 56, einem Bereich streng proportional der Spannung an der Schieberegister 42 und den Relais Hl, H2 und /73. Eingangsklemme 22 ist. Der Linearitätsbereich ist Die Ausgangssignale des Spannungs-Frequenzbeispielsweise beschränkt durch die Forderung, daß 45 Umsetzers beaufschlagen den Impulsformer 68, die Zeit, während welcher der Kondensator 34 über dessen Ausgangsimpulse das Flip-Flop 70 ansteuern, die gezündete Glimmlampe 36 von deren Zündspan- Das Flip-Flop 70 liefert an seinen beiden Ausgängen nung auf deren Löschspannung entladen wird, klein eine Rechteckspannung von der halben Frequenz gegen die Periode der Kippschwingung sein soll. der Signale am Umsetzer 24. Die Grenzwertfühler 50 Wenn die Entladezeit in Erscheinung tritt, bewirkt 50 und 56 sprechen auf die Dauer der Signalhalbwellen das eine Nichtlinearität. Durch die Umschaltung der und damit also auf die Signalfrequenz an, derart, Kontakte A11, A21 und A31 soll erreicht werden, daß daß der Grenzwertfühler 50 einen Ausgangsimpuls der Spannungs-Frequenz-Umformer stets in diesem liefert, wenn die Signalfrequenz einen oberen Grenzlinearen Bereich arbeitet. wert überschreitet, und der Grenzwertfühler 56 einen Die Ausgangssignale des Spannungs-Frequenz- 55 Ausgangsimpuls liefert, wenn die Signalfrequenz Umformers 24 werden über einen Impulsformer 38 einen unteren Grenzwert unterschreitet. Diese Im- und Kontakte A12, A22, A32 einem Zähler 40 mit in dem pulse werden auf den Vorwärts- bzw. Rückwärts-Ausführungsbeispiei vier Dekaden Dl bis D 4 zu- eingang des Schieberegisters 42 gegeben,
geführt, und zwar gelangen die Signale über den Die Steuerung der Relais Hl, H 2 und H 3 erfolgt Kontakt A12 auf den Eingang der Dekade 1, welche 60 mittels des Schieberegisters 42 mit drei Flip-Flops, »Einer« zählt, über den Kontakt A22 auf den Eingang von denen jeweils eines sich im Zustand L befindet der Dekade D 2, die »Zehner« zählt, und über den und dabei das zugehörige Relais Hl, H 2 oder H 3 Kontakt A32 auf den Eingang der Dekade D 3, welche zum Anzug bringt. Die anderen beiden Flip-Flops »Hunderter« zählt. des Schieberegisters 42 sind im Zustand 0, und die Wenn nun in noch zu beschreibender Weise die 65 zugehörigen Relais sind abgefallen. Bei der gezeigten Kontakte A11 und A12, A21 und A22 sowie A31 und A32 Stellung der Relaiskontakte (A11, A12 geschlossen, die jeweils gemeinsam mittels eines Relais Hl, H2 und anderen geöffnet) befindet sich das Schieberegister 42 H3 geschlossen werden, dann ergibt sich folgendes: im Zustand LOO. Durch Impulse, die von dem als
»oberer Grenzkontakt« wirkenden Grenzwertfühler 50 auf die »Vorwärts«-Leitung des Schieberegisters 42 gegeben werden, sobald die Signalfrequenz des Umformers 24 einen oberen Grenzwert erreicht, kann der L-Zustand von dem ersten Flip-Flop auf das zweite Flip-Flop, OLO, und von dort auf das dritte Flip-Flop, 0OL, verschoben werden. In ähnlicher Weise wird durch Impulse, die von dem als »unterer Grenzkontakt« wirkenden Grenzwertfühler 56 beim Erreichen eines unteren Grenzwertes der Signalfrequenz auf die »RückwärtSÄ-Leitung des Schieberegisters gegeben werden, das Schieberegister 42 von 0OL auf OLO und LOO zurückgestellt, wenn die Meßspannung wieder absinkt. Mit der Verschiebung des L-Zustandes des Schieberegisters 42 geht ein Anziehen und Abfallen der zugeordneten Relais Hl, HZ und H3 synchron, durch welche die Kontaktpaare hiv A18; A21, A22 und A31, A32 geöffnet und geschlossen werden.
20

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum zeitlichen Integrieren einer Meßspannung mit einem stufenweise umschaltbaren Spannungsteiler, an dem die Meßspannung anliegt, einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer zum Umsetzen der von dem Spannungsteiler abgegriffenen Spannung in eine dazu proportionale Signalfrequenz, einem Zähler, der mit dieser Signalfrequenz über einen Zählwertigkeitsumschalter beaufschlagt ist, und einem Grenzwertschalter, durch den bei Überschreiten einer vorgegebenen Größe der Meßspannung eine gegensinnige Umschaltung von Spannungsteiler und Zählwertigkeitsumschalter auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertschalter (41) zwischen dem Spannungsteiler (12) und dem Zählwertigkeitsumschalter (Zi12 ...) angeschlossen und zur Schaltung von mehr als zwei Stufen (14,16, 18) des Spannungsteilers (12) und des Zählwertigkeitsumschalters eingerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Signalfrequenz ansprechende Grenzwertschalter (41) am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (24) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertschalter (41) zwei Grenzwertfühler (50, 56) aufweist, von denen einer beim Überschreiten einer vorgegebenen Signalfrequenz im herabschaltenden Sinne und der andere beim Unterschreiten einer davon verschiedenen vorgegebenen Signalfrequenz im hinaufschaltenden Sinne anspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertschalter (41) ein mit Vorwärts- und Rückwärtseingang an die Grenzwertfühler (50,56) angeschlossenes Schieberegister (42) aufweist, durch welches in an sich bekannter Weise der Spannungsteiler (12) und der Zähler dekadisch umschaltbar sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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