DE1487295A1

DE1487295A1 - Schaltungsanordnung zur Kompensation von Bezugspotentialschwankungen

Info

Publication number: DE1487295A1
Application number: DE19661487295
Authority: DE
Inventors: Rice Jun Willard Wadsworth
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1965-07-27
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1969-02-27
Also published as: GB1144371A; US3448393A

Description

Poxboro. Mass._f USA 2 ft IM!f *κς

Schaltungsanordnung zur Kompensation von Bezugspotential-

s chwankungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Kompensation von Systemfehlern und insbesondere eine Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation von Bezugswertschwankungen eines Eingangsignals.

Auf dem Gebiet der Chromatographie kann der Bezugswert der von den einzelnen Säulen abgegebenen Signale beim Umschalten zwischen den Säulen in manchen Fällen um bis zu 50 % der abgegebenen Maximalamplitude schwanken. Für eine richtige Auswertung der von den Säulen abgegebenen Spitzenamplituden ist es daher erforderlich, die Bezugswerte aller Säulen wirksam auf einen ausgewählten Wert zurückzustellen. Ein bekanntes Verfahren zur Rückstellung bzw. Kompensation der Bezugswerte besteht in der Verwendung von mechanischen Servosteuerungen, die auf den Ausgang eines Chromatographie-Signalverstärkers einwirken. Die Servosteuerung stellt periodisch einen Fehler bzw. eine Abweichung fest und kompensiert den Eingangswert entsprechend. Ein Nachteil des mit Servosteuerung durchgeführten Verfahrens besteht in der verhältnismäßig langsamen Ansprechzeit dieser Vorrichtung, die häufig nicht

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ausreicht, um stärkere Schwankungen der Bezugswerte zwischen nacheinander ausgewählten Säulen vollständig kompensieren zu können. Ein anderes bekanntes Verfahren verwendet ebenfalls zusätzliche Verstärker zur Hervorbringung der Bezugswerteinsteilung, was infolge der zusätzlichen Verwendung einer großen Anzahl von Bauteilen erhöhte Baukosten und erhöhte Kompliziertheit mit sich bringt.

Aufgabe der Erfindung ist mithin die Schaffung einer Schaltungsanordnung zur Kompensation von Bezugswertschwankungen am Eingang eines Arbeitsverstärkers, die im Vergleich zu den herkömmlichen Nullwert-Berichtigungsvorrichtungen einfach aufgebaut, billig in der Herstellung und im Betrieb, leicht einzustellen und genau ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, sooft dies erforderlich ist, zu vorbestimmten Zeitpunkten betätigt werden, um b eine Fehlerberichtigung an den gewünschten Betriebs-Zeitpunkten und -Zeitspannen zu gewährleisten. Sie zeichnet sich eine durch außerordentlich hohe Ansprechempfindlichkeit aus und vermag jegliche Schwankung im Bezugswert des dem Arbeitsver-^ stärkers zugeführten Signals vollständig zu kompensieren.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung zweier

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Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur Kompensation von. Bezugswertschwankungen mit den Merkmalen der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten, vereinfachten Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist ein Arbeitsverstärker 10 einen Eingang mit sehr hoher Ansprechempfindlichkeit von beispielsweise

10 ^A bei Maximalamplitude des an seinem Ausgang 12 erscheinenden Signals auf, welches beispielsweise zwischen 0 und 12 V bei Maximalamplitude betragen kann. Die vom Verstärkerausgang 12 abgenommene Spannung wird über mit einem beweglichen Abgriff 16 eines Potentiometers S17 in Reihe geschaltete Widerstände R13» B14 und R15 abgeleitet. Das Potentiometer ä R17 ist über eine Klemme 18 an eine negative Gleichspannungsquelle angeschlossen, wodurch der Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen R13 und R14 auf das Potential Null eingestellt werden kann, wenn dem Verstärker 10 kein Signal eingespeist wird.

V/enn dem Eingang 11 des Verstärkers 10 über eine Klemme 19

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und einen Verzweigungspunkt 20 eine Bezugsspannung aufgeprägt wird, wählt ein Relaisschalter K21 einen Teil der über Widerstände R22 und R23 abfließenden Verstarkerausgangsspannung aus. Die am Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen R22 und H23 erscheinende Spannung beträgt beispielsweise ein Zehntel dee Potentials am Schalterkontakt 2k, welches dem Potential des Verzweigungspunkts zwischen den Widerständen R13 und R14- entspricht. Falls die Bezugsspannung von Null ab-

weicht, macht sich dies verstärkt bei der vom Verstärker 10 abgegebenen Spannung und anschließend an den Schalterkontakten Zk und 25 bemerkbar. Der am Schalterkontakt 25 durch das Beiais K21 ausgewählte Teil der Verstärkerausgangsspannung wird über einen Widerstand R26 von beispielsweise 10° -^- in Form einer negativen Rückkopplung zum Verzweigungspunkt 20 zurückgeführt. Diese Auswahl von beispielsweise einem Zehntel der Verstarkerausgangsspannung durch das Relais K21 zur Lieferung einer negativen Rückkopplung für den Verstärker 10 erhöht wirksam dessen Ansprechempfindlichkeit um den Faktor 10, wenn das Relais K21 den Schalterkontakt 25 schließt.

Parallel zu den Widerständen RI3 und Rl^ liegt ein Potentiometer R27, dessen Abgriff mit dem Kontakt 28 eines Relaisschalters K29 verbunden ist und bei der Prüfung des Bezugswerts einen niGht-elektrplytisGhen Kondensator C30 von

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beispielsweise 10 mF, mit geringen Stromverlusten, beispielsweise einen Mylar-Kondensator auflädt. Das Potentiometer HI7 wird so eingestellt, daß bei Verstärkereingangsspannung Null am Verzweigungspunkt zwischen den Widerständen Rl3 und B14 ebenfalls das Potential Null herrscht. Falls jedoch ein Eingangsignal auftritt, durch welches das von der Klemme I9 abgenommene Bezugspotential von Null abweicht, gibt der Verstärker eine verstärkte Spannung ab, welche den Kondensator C30 in der Stellung 28 des Heiaisschalters K29 auflädt, und zwar f auf den zehnfachen Wert der Aufladung, welche durch die Verstärkerausgangsspannung bewirkt würde, wenn der Verstärker mit voller negativer Bückkopplung arbeiten würde.

Die Zeitkonstanten im Aufladungskreis für den Kondensator C30 sind derart gewählt, daß sich der Kondensator C30 sehr schnell auflädt.

Wenn der Verstärker 10 die von der Klemme I9 erhaltenen Ein- | gangsignale verarbeiten soll, werden die Relaisschalter K21 und K29 auf ihre Kontakte 2k bzw. 31 umgeschaltet, wie in Fig. 1 dargestellt ist, wodurch der Verstärker 10 auf Normalbetrieb eingestellt wird. Die Nullkorrektur wird durch den Kondensator G30 über den Schalterkontakt 31 und den beispielsweise 10 JX besitzenden Widerstand R32 zum Verzweigungspunkt 20 hervorgebracht. Die durch den Relaisschalter K21 ausgewählte

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negative Rückkopplung besitzt nunmehr den vollen Wert der vom Verstärkerausgang 12 über den Widerstand RI3 abfließenden Spannung, wodurch der Verstärkungsgrad dieses Verstärkers auf ein Zehntel des vorherigen Werts während der Aufladung des Kondensators C30 begrenzt wird. Die Ladung des Kondensators G30 entspricht einer Nullabweichung, die zehnmal so groß ist wie der Wert, welcher unter normalen Betriebsbedingungen erzielt werden würde. Da der Widerstand R32 um den Paktor größer ist als der negative Rückkopplungswiderstand R26, ist das sich am Verzweigungspunkt 20 einstellende Potential von gleicher Größenordnung und hebt sich somit auf. Der Widerstand R27 kompensiert etwa vorhandene Unterschiede zwischen dem RückkopplungsVerhältnisregelkreis über den Relaisschalter K21 und dem Verhältnis der Widerstände R26 und R32 durch Peineinstellung der Aufladung des Kondensators G30. Der Widerstand R32 besitzt vorzugsweise einen Wert von 10 SL , so daß eine große Zeitkonstante erhalten wird. Der Kondensator G30 versorgt nunmehr den Verzweigungspunkt 20 mit einem Ersatzstrom gleicher Größe für den durch den negativen Rückkopplungskreis gelieferten Strom. Hierbei reicht der Strom vom Kondensator G30 selbst aus, um den durch eine Abweichung vom Null-Bezugswert hervorgerufenen Fehler am Ausgang 12 des Verstärkers 10 aufzugeben. Der Ausgang 12 wird mithin auf Null gebracht, während die negative Rückkopplung über den Widerstand R26 ebenfalls auf Null reduziert wird.

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Die Gesamtsumme der drei Ströme am Verzweigungspunkt 20 ist gleich Null. Der Widerstand R32 muß in der Größenordnung von 10 JX liegen, damit die Zeitkonstante von Kondensator C30 und Widerstand R32 so groß ist, daß während der für die Signal verstärkung ausgewählten Zeitspanne keine wesentliche Änderung der Bezugswertberichtigung auftritt. Ein Kriechstrom von beispielsweise 1 % über den Kondensator C30 hat einen Genauigkeitsverlust der Bezugswertberichtigung von 1 % zur Folge. \

Der Innenwiderstand der Stromquelle muß bei dieser Anordnung

12 hoch sein und beispielsweise im Bereich von 10 SL liegen, da sonst die Rückkopplungsschleifen abwärts aufgeladen und ihre Wirkungen aufgehoben werden.

In Fig. 2 ist eine abgewandelte und vereinfachte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Ein Arbeiteverstärker 40 ist über einen Verzweigungspunkt 42 an eine Eingangsklemme 41 angeschlossen und weist einen Ausgang 43 auf, der an ein weiteres Gerät 44, beispielsweise ein Aufzeichnungsgerät, sowie an einen Rückkopplungswiderstand 945 und an den einen Kontakt 46 eines Umschalters S50 angeschlossen ist. Vor Einspeisung eines Eingangsignals in den Verstärker 40 wird der Bezugswert geprüft, indem der Schalter S$Q auf den Kontakt 46 umgelegt und ein Kondensator G4S auf die am Verstärkerausgang 43

erscheinende Ausgangsspannung des Verstärkers 40 aufgeladen wird. Falls eine Abweichung des Bezugswerteingangs an der Klemme 41 auftritt, wird das Verstärkerausgangsignal auf ähnliche Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 unter Multiplizierung mit der Ansprechempfindlichkeit des Verstärkers 40 verlagert. Die Ansprechempfindlichkeit des Verstärkers 40 wird durch den zwischen den Verstärkerausgang 43 und die Eingangsklemme 41 eingeschalteten Euckkopplungswiderstand R45 bestimmt.

Wenn der Verstärker 40 zur Aufarbeitung eines Eingangssignals verwendet werden soll, wird der Kondensator G48 des Schalters S50 über den Kontakt 47 und den Widerstand R49 mit dem Verzweigungspunkt-42 verbunden. Da der Widerstand R49 denselben Widerstandswert wie der negative Euckkopplungswiderstand R45 besitzt^ liefert der Kondensator G48 über den Widerstand R49 an den Verzweigungspunkt 42 genau den negativen Rückkopplungswert, welcher vom Verstärker 40 beim Bezugswert-Prüfachritt seiner Arbeitsweise benötigt wird. Das sich aus dem Bezugswert am Verzweigungspunkt 42 ergebende Verstärkerausgangsignal fällt nunmehr auf Null ab, da die negative Rückkopplung über den Widerstand R45 für den abgeglichenen Betrieb nicht mehr benötigt wird.

Obgleich vorstehend 2.Zt. bevorzugte Ausführungsformen der

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Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Aus diesem Grund soll die Erfindung alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit einschließen.

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Claims

Patentansprüche

1. j Schaltungsanordnung zur Kompensation von Bezugspotentialschwankungen am Eingang eines Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verstärkerausgang (12;4-3) und den Verstärkereingang (20;4-2) eine negative Rückkopplungseinrichtung (R26; R4-5) eingeschaltet ist und daß eine Einrichtung (C30; C^8) zur Speicherung der vom Verstärker (10;*JO) zu einem vorbestimmten Prüf Zeitpunkt abgegebenen Spannung und eine Einrichtung (K29, R32; S50, R4-9) zum Aufprägen des Potentials der Speichereinrichtung (G30; C4-8) an den Verstärker eingang zu einem vorbestimmten Betriebs-Zeitpunkt zwecks Kompensation des Bezugspotentials am Verstärkereingang vorgesehen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Rückkopplungseinrichtung eine Impedanz (R26) aufweist, daß die Speichereinrichtung (G30) über einen Spannungsteiler (R27) auf einen vorbestimmten Anteil des Potentials des Verstärkerausgangs (12) im Prüf-Zeitpunkt aufladbar ist, daß die Einrichtung zum Aufprägen des Potentials der Speichereinrichtung eine Impedanz (R32) aufweist und daß das Verhältnis der Widerstandswerte der beiden Impedanzen (R26, R32) gleich dem Anteil des Potentials des Verstärkungsausgangs ist, auf den die Speicher-

einrichtung im PrufZeitpunkt aufgeladen wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung aus einem Kondensator (C30; C*f8) besteht, der zum Betriebszeitpunkt über eine Schalteinrichtung (K29; S50) mit dem Verstärkereingang (20; k2) verbindbar ist.

k. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungseinrichtung eine Einrichtung (K21) zum nacheinander erfolgenden Anlegen von zwei verschiedenen, in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehenden negativen Rückkopplungsspannungen zu zwei vorbestimmten Prüf-Zeitpunkten über eine Impedanz (R26) an den Verstärkereingang (20) aufweist und daß das Verhältnis der Widerstandswerte der beiden Impedanzen (R26, R32) praktisch gleich dem Verhältnis der beiden Rückkopplungsspannungen ist.

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