DE1814710B2 - Schaltungsanordnung zum nullinienabgleich - Google Patents

Description

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eines Schwellwertes einen zweiten, z. B. auf negative Die Digital-Analog-Wandlerschaltung kann eine

Polarität ansprechenden Schwellwertschalter schaltet. Mehrzahl von Widerständen unterschiedlicher Be- Es handelt sich bei dieser Anordnung nicht um einen messung aufweisen, die über von den Zählerstufen Nullinienabgleich, sondern um eine Art Extremwert- gesteuerte Schaltglieder parallelschaltbar sind,

fühler. 5 Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Schaltungsanordnung für den Nullinienabgleich zu näher erläutert.

schaffen, bei welcher die Nachteile der vorbekannten F i g. 1 zeigt als Blockschaltbild eine erste Aus-Schaltungen vermieden werden. führungsform der Erfindung;

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe io Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsfonn der

zugrunde, eine Schaltungsanordnung für den Nullinien- Erfindung;

abgleich zu schaffen, die einen schnellen und genauen F i g. 3 zeigt ein Schaltbild einer dritten Aus-

Nullinienabgleich gestattet. führungsform der Erfindung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 liegt eine Schaltungsanordnung für den Nullinienabgleich zu 15 Eingangsspannung Ug über einen Widerstand 10 an schaffen, welche eine Speicherung des Korrektur- einem Analog-Digital-Wandler 12 an. Der Analogsignals auch über längere Zeit ermöglicht. Digital-Wandler enthält einen Summierverstärker und

Die Erfindung besteht darin, daß das Signal über liefert an seinem Ausgang eine Impulsfolge, die zum

einen Integrator auf wenigstens einen Schwellwert- Zweek der Integration auf einen Zähler gegeben wird,

schalter geschaltet ist und der Ausgang des Schwell- ao Der Zählerstand wird nach Durchlaufen einer Bande

Wertschalters an einem UND-Glied anliegt, an dessen des Eingangssignals mittels eines Druckers ausgedruckt

zweitem Eingang ein Impulsgenerator mit einer festen und liefert somit ein Maß für die Fläche unter der

Frequenz anliegt und dessen Ausgang auf einen Bande der Eingangsspannung Ug. Es kann sich bei der Eingang des elektronischen Zählers geschaltet ist. Eingangsspannung beispielsweise um das Signal eines

Durch die Integration wird das der Nullinie über- f$ Ionisationsdetektors bei einem Gaschromatographen lagerte Rauschen weitgehend ausgeglichen. Bei dem handeln. Es kann nun bei solchen Geräten eine geringsten Nullinienversatz ergibt sich ein stetig Nulliniendrift auftreten, d. h., die Nullinie kann mit ansteigendes Ausgangssignal. Wenn dieses Ausgangs- der Zeit wandern. Das führt zu einem Fehler, und die signal den Schwellwert des Schwellwertschalters vorliegende Erfindung bezweckt, diesen Fehler durch erreicht hat, wird von diesem das UND-Glied geöffnet 30 Korrektur der Nulliniendrift zu vermeiden. Zu diesem und von dem Impulsgenerator mit einer festen Zweck wird zwischen den einzelnen zu messenden Frequenz so lange Impulse in den Zähler eingezählt, Banden, wo das Eingangssignal Ug Null sein sollte, bis das Eingangssignal des Integrators Null geworden die Ausgangsfrequenz zusätzlich auf einen binären ist. Der Abgleich geht relativ schnell, da mit einer festen vorwärts und rückwärts zählenden Zähler 14 gegeben, von dem absoluten Betrag des Nullinienversatzes 35 Die einzelnen Stufen dieses Binärzählers 14 steuern unabhängigen Frequenz gearbeitet wird. Andererseits eine Schaltungsanordnung 16, über welche von einer führt schon der kleinste Nullinienversatz durch die Widerstandskette 18, die an einer Korrektursignal-Integration schließlich zu einem Überschreiten des Hilfsspannung Uk anliegt, eine Korrekturspannung Schwellwertes. entsprechend den Zuständen und Gewichten der ein-

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ver- 40 zelnen Zählstufen abgegriffen wird, die über einen

wirklicht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß Widerstand 20 zusätzlich zu der Eingangsspannung Ub

der Zähler mit zwei Eingängen vor- und rückwärts auf den Eingang des Analog-Digital-Wandlers gegeben

zählend ausgebildet ist und daß ein Impulsgenerator wird. Solange in dem Intervall zwischen den zu messen-

mit dem Vorwärts- und dem Rückwärtseingang des den Banden ein Restsignal auftritt, ergibt sich auch

Zählers über zwei UND-Gatter verbunden ist, von 45 eine Impulsfolge am Ausgang des Analog-Digital-

denen während des Nullinienabgleichs in Abhängigkeit Wandlers, und diese Impulsfolge wird in den Zählet

von der Polarität des Restsignals jeweils eines oder bei eingezählt und verändert das Kcrrektursignal so

verschwindendem Restsignal keines öffnet. lange, bis das Korrektursignal dem durch die Nullinien-

Wenn das Restsignal unterschiedliche Polaritäten drift hervorgerufenen Restsignal am Eingang des

haben kann, so kann an dem Eingang dann zusätzlich 5& Analog-Digital-Wandlers die Waage hält,

ein konstantes, dem Korrektursignal entgegenwirken- Bei der Messung der einzelnen Banden wird in

des Signal anliegen. Bei verschwindendem Restsignal bekannter Weise der Nullinienabgleich abgeschaltet,

stellt sich dann ein Gleichgewichtszustand ein. wobei Der Binärzähler 14 und damit auch die Schaiter-

dieses zusätzliche Signal durch ein von Null verschie- anordnung 16 bleiben in ihrem letzten Zustand. Das

denes Korrektursignal kompensiert wird. Tritt nun 55 Korrektursignal wird also während der Messung und

ein Restsignal der einen oder der anderen Polarität Integration der Banden digital gespeichert,

auf. so wird der Zähler am Vorwärts- oder am Rück- Bei der Anordnung nach Fig. 1 tritt noch die

wärtseinf-ing mit Impulsen beaufschlagt und bewirkt Schwierigkeit auf. daß in dem Maße, wie sich das

eine Änderung des Gleichgewichts-Korrektursignals Korrektursignal dem durch Nulliniendrift henor-

nach der einen oder der anderen Richtung hin. um 60 gerufenen Restsignal dem Betrase nach nähen, die

das Restsignal zu kompensieren. Ausgangsfrequenz des Analog-Disital-Wandlers auf

Eine andere Möglichkeit der Verwirklichung der Null absinkt. Dementsprechend nähert sich der Erfindung besteht darin, daß der Zähler nur vorwärts Binärzähler 14 und die Schalteranordnung 16 und zählend ausgebildet ist. daß in Abhängigkeit von der damit das Korrektursignal dem endeii'iisen Abeleich-Polarität des Restsignals am Ausgang die Polarität 55 zustand in immer langsameren Schritten,
der das Korrektursignal bildenden Signale umkehrbar Dieser Mangel ist bei der Anordnung nach F i 2. 2 ist und daß zu Beginn jedes NuIIinienabsrleichs eine vermieden.
Rückstellung des Zählers auf Null erfolgt. Bei der Anordnung nach F i s. 2 liest eine Eingangs-

(j

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spannung Ur mit einzelnen bandenförmigen Signalen, die zwischen diesen Signalen Null sein sollte, über einen Widerstand 22 am Eingang eines Miller-Integrators 24 an. Der Miller-Integrator enthält einen Operationsverstärker 26 mit einer Gegenkopplung über dnen Kondensator 28. Dieser Miller-Integrator kann gleichzeitig dazu dienen, die Eingangssignale Ue analog zeitlich zu integrieren.

Am Ausgang des Miller-Integrators 24 liegen zwei polaritätsabhängige Trigger 30, 32, die jeder bei Überschreiten eines Signalschwellwerts der einen bzw. der anderen Polarität an ihren Ausgängen ein I-Signal liefern. Die Ausgänge der beiden Trigger liegen an je einem Eingang je eines UND-Gatters 34 bzw. 36. Ein zweiter Eingang jedes dieser UND-Gatter liegt an einer Signalleitung 38, auf welche ein Signal zum Ein* und Abschalten des Nullabgleich^ gegeben wird.

Die Ausgänge der UND-Gatter 34 und 36 liegen an je einem Eingang je eines weiteren UND-Gatters 40 bzw. 42. Auf die zweiten Eingänge der UND-Gatter 42 und 40 werden Impulsfolgen von einem Impulsgenerator 44 gegeben, der Impulse mit einer festen vorgegebenen Frequenz liefert. Die Ausgänge der UND-Gatter 40 bzw. 42 sind mit dem Vorwärts- bzw. Rückwärtseingang 46 bzw. 48 eines Zählers 50 verbunden. Der Zähler 50 ist als ein vorwärts und rückwärts zählender Binärzähler ausgeführt. Die verschiedenen Zählerstufen des Zählers 50 sind somit bistabile Kippstufen.

Eine Korrektursignal-Hilfsspannung Ur liegt über je einen Transistor 52 bis 60 und je einen damit in Reihe liegenden Widerstand 62 bis 70 an dem Eingang des Operationsverstärkers 26 an. Die Transistoren 52 bis 60 werden von je einer Zählerstufe des Zählers 50 gesteuert. Sie wirken als Schalter, durch welche der damit in Reihe liegende Widerstand eingeschaltet wird.

Über einen Summierwiderstand 72 liegt ferner am Eingang des Operationsverstärkers 26 eine dem Korrektursignal entgegenwirkende Zusatzspannung Uv-

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Zwischen den zu messenden Banden des Eingangssignals Ue wird ein L-Signal auf die Steuerleitung 38 gegeben. Wenn jetzt das Restsignal am Eingang des Miller-Integrators 24 Null ist, dann bleibt auch das Ausgangssignal Null, die Trigger 30 und 32 liefern Nullsignal sowohl an dem einen Eingang des UND-Gatters 34 als auch an dem einen Eingang des UND-Gatters 36. Infolgedessen bleiben die UND-Gatter 40 und 42 gesperrt. Der Zähler erhält keine Impulse. Wenn jedoch arn Eingang des Miller-Integrators 24 ein Restsignal bleibt, so wird der Schwellwert entweder des Triggers 30 oder des Triggers 32 überschritten.

Es sei einmal angenommen, daß der Trigger 30 anspricht. Dann wird ein Z-Signal auf den zweiten Eingang des UND-Gatters 34 gegeben. Infolgedessen wird das UND-Gatter 40 geöffnet. Es wird eine Impulsfolge von dem Impulsgenerator 44 über das UND-Gatter 40 auf den Vorwärts-Eingang 46 des Zählers 50 gegeben.

Jede belegte Binärstufe des Zählers schließt den angeschlossenen Schalter (Transistor 52 bis 60). und es fließt über die entsprechend bemessenen Widerstände 62. 64. 66. 68 bzw. 70 ein Strom zu dem Summierpunkt am Eingang des Miller-Tntegrators 24. Dieser Kompensationsstrom wirkt als Korrektursignal und muß den Kondensator des Miller-Integrators entladen. Er wird im abgeglichenen Zustand so groß wie der durch die Restspannung am Eingang hervorgerufene Eingangsstrom. Die Polarität dieser beiden Ströme ist ver- schieden. Im abgeglichenen Zustand nimmt dann dei Ausgang des Miller-Integrators einen Wert zwischer den Schwellwerten 30,32 der Trigger an. Dadurch wire das Gatter 40 gesperrt, und der Abgleich ist beendet Der Zustand des Zählers 50 und damit der Kompen sationsstrom bleibt erhalten, auch wenn jetzt arr Eingang eine zu integrierende Bande der Eingangsspannung Us auftritt.

ίο Die Zusatzspannung Ur, die über den Widerstand 72 eingespeist wird, bedingt auch bei Abwesenheit einei Restspannung des Detektorsignals (Nulliniendrift), daß zunächst am Ausgang des Miller-Integrators ein Signal auftritt, welches die Einzahlung von Impulser

is von dem Impulsgenerator 47 in den Zähler 50 bewirkt, Der Zähler wird dadurch auf einem von Null verschiedenen Zählerstand gehalten, bei welchem dei Kompensationsstrom über die Widerstände 62 bis 70 dem Strom über den Widerstand 72 die Waage hält.

ao Bei Auftreten einer Restspannung mit positivem oder negativem Vorzeichen wird eine Impulsfolge von dem Impulsgenerator 44 über Gatter 40 oder 42 auf den Vorwärts- oder Rückwärtseingang 46 bzw. 48 des Zählers 50 gegeben, so daß der Zählerstand nach dei

»5 einen oder der anderen Richtung von dem Gleichgewichtszählerstand abweicht, bis die Restspannung kompensiert ist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist als Schaltbild in F i g. 3 dargestellt.

Ein Signal, z. B. vom Detektor eines Gaschromatographen, erscheint an einem Eingang zwischen einer Signalleitung F und einer Meßerde ME. Es kann sich dabei beispielsweise um das Signal eines Flammenionisationsdetektors handeln. Dieses Signal wird über

einen Widerstand 74 von 3 Ohm und Siebglied, bestehend aus einem Widerstand 76 und einem Kondensator 78, auf einen Verstärker 80 gegeben. Das so verstärkte Signal wird über ein Siebglied, bestehend aus Widerstand 82 und Kondensator 84,

und über einen Widerstand 86 von 1 kOhm auf den Eingang eines Operationsverstärkers 88 gegeben. Der Operationsverstärker ist über einen Widerstand 90 von 1 MegOhm gegengekoppelt und liefert einen Verstärkungsgrad V = 1000. Über einen Widerstand

92 kann mittels eines Potentiometers 94, mit welchem die Widerstände 96 und 98 zwischen einer Spannung von +15 V und einer Spannung von —15 V in Reihe geschaltet sind, ein anfänglicher Abgleich der Verstärker erfolgen. Der Ausgang des Verstärkers 88 wird

5c über einen Widerstand 100 auf eine Komparatorscha'.tung gegeben, die generell mit 102 bezeichnet ist. Die Komparatorschaltung enthält zwei komplementäre Transistoren 104 und 106, deren Emitter durch Dioden 108 bzw. 110 gegen die Meßerde ME voree-

spannt sind. An den Basen der Transistoren 104 und 106 liegt der Ausgang des Verstärkers 88. Parallel zu den Transistoren 104.106 und den Dioden 108 und 110 liegen gleiche Widerstände 112 bzw. 114. Die Kollektoren der Transistoren 104 und 106 sind über ein

unsymmetrisches Paar von Widerständen 116 bzw 118

mit der Basis eines weite, en Transistors 120 verbunden

Der Widerstand 116 hat einen Wert von ~> ~> kOhm'

Der Widerstand 118 hai einen Wert von 1 !Ohm Dt

Transistor 120 liegt über einen KollektonviderstanJ

122 an einer Versorgungssnannune von plus 5 " an Die Transistoren 104 und 106 liegen über Kollektorwmerstande 124 und 126 an Versorgungsspannun_aen von -15 V br,,.-,,ν. Die Komparatorschaltung

209 520 269

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102 hat zwei Ausgänge 128 und 130, und zwar wird ist, wenn an keinem der Eingänge L-Signal liegt,

der Ausgang 128 von dem Kollektor des Transistors /.-Signal entspricht bei der dargestellten Anordnung

104 gebildet, während der Ausgang 130 von dem einer Spannung von +5 V. Im Normalzustand, also

Kollektor des 1 ransistors 120 gebildet wird. während der Messung, ist d = 0, und die monostabile Die Ausgänge 128 und 130 der Komparator- 5 Kippstufe 182 nicht angestoßen. Infolgedessen wird

schaltung liegen an einer Logikschaltung, die generei! auf die Basis des Transistors 174 eine positive Spannung

mit 132 bezeichnet ist. Diese Logikschaltung enthält gegeben. Der Transistor ist leitend und schließt den

ein UND-Gatter 134 mit Siiversion des Ausgangs. Eingang der Komparatorschaltung kurz. Um den

wobei der Ausgang mit d bezeichnet werden soll. Die Nullabgleich einzuleiten wird die monostabile Kipp-

Logikschaltung 132 enthält ferner eine bistabile Kipp- io stufe 182 angestoßen. Das ODER-Gatter 180 erhält

stufe, die in F i g. 3 durch zwei UND-Gatter mit an einem Eingang für eine definierte Zeit /,-Signal.

Inversion des Ausgangs 136 bzw. 138 dargestellt ist. Der invertierte Ausgang wird Null, und der Transistor Der invertierte Ausgang des einen UND-Gatters 136 174 sperrt. Ergibt der Vergleich in der Komparator-

ist mit dem einen Eingang des UND-Gatters 138 ver- schaltung 102, daß ein Restsignal vorhanden ist, so

bunden. Ebenso ist der invertierte Ausgang des 15 wird, wie noch beschrieben wird, der Ausgang d = L.

UND-Gatters 138 auf einen Eingang des UND- Solange ein solches Restsignal vorhanden ist und Gatters 136 geschaltet. Die beiden anderen Eingänge infolgedessen ein /.-Signal am Ausgang d auftritt,

der UND-Gatter 136 und 138 sind mit den Ausgängen bleibt über das ODER-Gatter 180 der Transistor 174

128 bzw. 130 der Komparatorschaltung verbunden. gesperrt. Der Nullabgleich wird also fortgesetzt, bis

Die bistabile Kippstufe 136,138 liefert zwei Ausgangs- ao das Restsignal verschwunden ist. Dann wird der

signale b und c, die zueinander komplementär sind. Ausgang des ODER-Gatters mit Inversion des Aus-

Mit 140 ist ein selbstschwingender Multivibrator gangs 180 wieder +5 V, und der Transistor 174 wird

bezeichnet, bestehend aus Transistoren 142 und 144, durchgesteuert. Der Eingang der Komparatorschal-

deren Kollektoren über Widerstände 146 bzw. 148 tung 102 wird kurzgeschlossen. Es erfolgt keine Ein-

und deren Basen über Widerstände 150 bzw. 152 an 95 zählung von Impulsen von dem Impulsgenerator 140

einer Versorgungsspannung von 5 V anliegen. Der in den Zähler 166 mehr.

Kollektor des Transistors 142 ist über einen Konden- Von den einzelnen Zählerstufen und den einzelnen

sator 154 mit der Basis des Transistors 144 verbunden, bistabilen Kippstufen der verschiedenen Dekaden

und der Kollektor des Transistors 144 ist über einen werden über Widerstände 184 Schaltverstärker 186

Kondensator 156 mit der Basis des Transistors 142 30 angesteuert. Über diese Schaltverstärker 186, deren es

verbunden. zwölf Stück, entsprechend der Anzahl der bistabilen

Eine solche Schaltung ist an sich bekannt. Sie ist so Kippstufen in dem Zähler 166, gibt, werden Reed-

ausgelegt. daß sie eine Impulsfolge mit einer Frequenz Kontakte 188 betätigt. Jeder bistabilen Kippstufe in

von ungefähr 100 Hertz liefert. Diese Impulsfrequenz dem Zähler 166 ist entsprechend ihrem Gewicht ein

wird über eine Leitung 158 auf einen Eingang eines 35 Widerstand 190 zugeordnet. Die Widerstände 190

UND-Gatters 160 gegeben. Auf den anderen Eingang können über die Reed-Kontakte 188 parallel zuein-

des UND-Gatters 160 kommt der Ausgang d des ander in einen Stromkreis eingeschc'tet werden, der

UND-Gatters mit Inversion 134. Solange der Aus- eine umpolbare Spannungsquelle enthält, die generell

gang d = L ist, werden also Impulse von dem selbst- mit 192 bezeichnet ist, sowie den 3-Ohm-Widerstand 74

schwingenden Multivibrator 140 über die Leitung 162 40 im Meßkreis. Über die Widerstände 190 werden

auf den Eingang 164 eines Zählers gegeben, der Ströme durch den Widerstand 74 geschickt, so daß ar

generell mit 166 bezeichnet ist. Der Zähler arbeitet dem Widerstand 74 eine Spannung abfällt, die pro-

im binärverschlüsselten Dezimalsystem und enthält portionalzudendurchdieverschtedeneneingeschalteter

drei Zähldekaden 167. 168 und 169. Jede der Zähl- Widerstände fließenden Strömen ist.

dekaden ist ein Binärzähler mit vier Flip-Flops, denen 45 Der Widerstand 74 ist dabei natürlich klein geger

die Gewichte 1, 2, 4 und 8 in der Dekade 167 bzw. 10, die Widerstände 190. Wenn die Ströme entsprechenc

20, 40 und 80 in der Dekade 168 und 100, 200, 400 den Gewichten der einzelnen die Reed-Kontakte 18}

und 800 in der Dekade 169 zukommen. Der Zehner- steuernden bistabilen Kippstufen in dem Zähler 16(

übertrag erfolgt über Leitungen 170 und 171. Der gemacht werden, was sich durch geeignete Bemessung

Zähler kann über eine Leitung 172 auf Null zurück- 5° der Widerstände 190 erzielen läßt, dann ist de

gestellt werden. Spannungsabfall am Widerstand 74 proportional zi

Parallel zum Eingang der Komparatorschaltung 102 der Summe der Ströme durch die eingeschaltete!

liegt ein Transistor 174 oder ein ähnliches Schalt- Widerstände und damit dem Zählerstand des Zähler

element, das auch ein Relais sein kann. Dieser Tran- 166 analog. Diese Anordnung stellt also einen Digital

sistor schließt normalerweise den Eingang der Korn- 55 Analog-Wandler dar.

paratorschaltung kurz, so daß die Komparator- Die umpolbare Spannungsquelle 192 enthält ein

schaltung nicht in Tätigkeit tritt und auch keine Quecksilberzelle 194. Diese Quecksilberzelle kann übe

Impulse in den Zähler 166 eingezählt werden. Die Relaiskontakte 196 und 198. die gegensinnig betätig

Basis des Transistors 174 liegt über einen Widerstand werden, mit der einen oder der anderen Polarität a;

176 an der Meßerde ME. Außerdem ist die Basis des So Ausgänge 200 und 202 angelegt werden. Die Relais

Transistors 174 über einen Widerstand 178 mit dem kontakte 196 und 198 werden von Relais 204 und 20

invertierten Ausgang eines ODER-Gatters mit In- betätigt, die von den beiden Ausgängen b und c de

version des Ausgangs 180 verbunden. An den zweiten bistabilen Kippstufe 136. 138 über Widerstände 20

Eingängen des ODER-Gatters 180 liegt einmal der und 210 und Transistoren 212. 214 erregt werder

Ausgang d des UND-Gatters mit Inversion des ⁵5 Jedem Zustand der bistabilen Kippstufe 136. 138 en

Ausgangs 134 und zum anderen der Ausgang einer spricht somit eine Polarität der von der Quecksilbei

monostabilen Kippstufe 182 an. Das ODER-Gatter zelle 194 an den Ausgängen 200. 202 anliegende

—180 invertiert den Ausgang, d. h.. daß der Ausgang L Spannung.

ΐ P.

In dem Stromkreis der Stromquelle 192 ist außerdem ein Anzeigeinstrument 216 eingeschaltet, durch welches da? Korrektursignal angezeigt werden kann.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Vor dem Auftreten einer Signalbande an der Signalleitung F oder zwischen zwei solchen Banden wird ein Impuls auf die monostabile Kippstufe 182 gegeben. Hierdurch wird der Transistor 174 gesperrt und die KomparatorschaUung 102 zur Wirkung gebracht. Wenn das Restsignal sich unterhalb eines durch die Dioden 108 und 110 («stimmten Schwellwertes befindet, so bleiben beide Transistoren 104 und 106 der Komparatorschaltung 102 gesperrt. Wegen der Unsymmetrie der Wider ?tände 116 und 118 liegt auch eine negative Spannung an der Basis des Transistors 120, so daß auch dieser gesperrt bleibt. In diesem Falle ist l λι Ausgang 128 der Komparatorschaltung 102 L-Signal in Gestalt einer Spannung von +5V. L-Signal erscheint auch an dem Ausgang 130, da der Transistor 120 gesperrt ist. Der invertierte Ausgang des UND-Gatters 134 ist d = Null.

Wenn das Restsignal einen positiven Wert hat, der den durch die Diode T08 gegebenen Schwellwert überschreitet, dann wird der Transistor 104 leitend. Der Ausgang 128 der Kompara-orschaltung 102 geht auf Null. Die Spannung an der Basis des Transistors 120 wird dagegen noch stärker negativ, so daß der Transistor 120 gesperrt bleibt. In diesem Zustand ist also an dem Ausgang 128 der Zustand Null und an dem Ausgang 130 der Zustand L. Die bistabile Kippstufe 136, 138 geht dann in einen Zustand, wo b = L und c — Null wird. Infolgedessen wird das Relais 204 anziehen, das Relais 206 abfallen. Die Quecksilberzelle 194 wird mit der in F i g. 3 dargestellten Polarität angelegt.

Da der Ausgang 128 der Komparatorschaltung 102 Null ist, wird der invertierte Ausgang des UND-Gatters 134 d = L. Das hat zwei Wirkungen: Über das ODER-Gatter 180 mit der Inversion des Ausgangs wird das L-Signal als 0 Volt (invertiert) auf die Basis des Transistors 174 gegeben. Der Transistor 174 bleibt also gesperrt, auch wenn die monostabile Kippstufe 182 in ihre Ausgangsstellung zurückfällt. Außerdem wird das Gatter 160 geöffnet, so daß der Impulsgenerator oder selbstschwingende Multivibrator über die Leitung 162 Impulse auf den Zähler 166 geben kann.

Hierdurch wird über die Reed-Kontakte 188 und die Widerstände 190 ein Korrektursignal in Gestalt eines Spannungsabfalls an dem Widerstand 74 in den Meßkreis eingespeist. Die Größe des Korrektursignals hängt von dem Zählerstand ab und ist diesem proportional. D^:e Polarität hängt von der Stellung der Kontakte 196. 198 ab und ist so gewählt, daß das Korrektursignal der Nullpunktdrift oder dem Restsignal im Meßkreis entgegenwirkt.

Wenn das Restsignal negativ ist. dann wird der Transistor 104 gesperrt. Transistor 106 wird leitend. Hierdurch wird die Spannung an der Basis des Transistors 120 zum positiven hin verschoben. Transistor 120 wird leitend. In diesem Zustand tritt an dem Ausgang 128 der Komparatorschaltung 162 ein L-Signal von + 5 Volt auf und an dem Ausgang 130 ein Null-Signal von 0 Volt. Der invertierte Ausgang des UND-Gatters mit Inversion 134 wird wieder ΰ = L. Die bistabile Kippstufe 136, 138 wird jedoch in ihren anderen stabilen Zustand umgeschaltet, d. h. es wird b — Null und c = L. Dadurch werden die Relais kontakte 196 und 198 umgeschaltet, die Quecksilber zelle 194 also umgepolt. Es wird jetzt über die Widerstände 190 wieder ein Strom durch den Widerstand 74 geschickt, dessen Stärke proportional zu dem Zählerstand ist, dessen Polarität jedoch umgekehrt ist und

is ebenfalls dem Restsignal entgegenwirkt.

Wenn der Nullabgleich erfolgt ist, dann geht das Signal d am Ausgang des UND-Gatters 134 auf Null zurück. Damit wird das Einzahlen der Impulse vom Impulsgenerator 140 in den Zähler 166 unterbrochen.

«ο Gleichzeitig wird über das ODER-Gatter 180 und den Transistor 174 die Komparatorschaltung 102 wieder unwirksam gemacht. Es kann jetzt die Messung erfolgen, wobei die bistabile Kippstufe 136, 138 in ihrem letzten Zustand verbleibt und die erforderliche Polarität der Spannung von der Spannungsquelle 192 aufrechterhält.

Ebenso bleibt das Korrektursignal erhalten, da dieses Korrektursignal durch den Zähler 166 gespeichert ist und über die Reed-Kontakte 188 und Widerstände 190 in ein entsprechendes analoges Korrektursignal umgesetzt wird.

Es ergibt sich somit folgende Wahrheitstabelle für die Komparatorschaltung 102 und Logik 132:

Ein gang	b	C	d	während des Abgleichs positiver Nullinien versatz.
+	0	L	L	Ruhestellung nart. Jem Abgleich positiv.
0	0	L	0	während des Abgleichs negativer Nullinienversatz.
—	L	0	L	Ruhestellung nach dem Abgleich negativ.
0	L	0	0

L= +5V O = 0,2 V

Die bistabile Kippstufe 136, 138 speichert alsc während der Dauer der eigentlichen Messung dei Banden die Polarität des Nullinienversatzes, währenc in dem Zähler 166 die Größe des Nullinienversatze: gespeichert ist.

Durch die beschriebene Anordnung ergibt sich eint hohe Genauigkeit und Stabilität. Die Speicherfähig keit ist zeitlich nicht begrenzt. Mechanisch bewegt' Teile wie Motoren und Potentiometer entfallen Gegenüber 'Orbekannten Systemen mit Speicher Potentiometern kann die Abgleichgeschwindigkeit we sentlich erhöht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2^86

Claims (14)

1 8 1471 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum automatischen Nullinienabgleich zwischen dem Auftreten bandenartiger Signale mit einem elektronischen Zähler, in welchen eine Impulsfolge bei Auftreten eines Restsignals vor oder zwischen den bandenartigen Signalen einzählbar ist, und mit einem von dem Zähler gesteuerten Digital-Analog-Wandler zur Erzeugung eines Korrektursignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal über einen Integrator auf wenigstens einen Schwellwertschalter geschaltet ist und der Ausgang des Schwellwertschalter^ an einem UND-Glied anliegt, *n dessen zweitem Eingang ein Impulsgenerator mit einer feste 1 Frequenz anliegt und dessen Ausgang auf einen Eingang des elektronischen Zählers geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (50) mit rwei Eingängen (46,48) vor- und rückwärts zählend ausgebildet ist und ^aß ein Impulsgenerator (44) mit dem Vorwärts- und dem Rückwärtseingang (46, 48) des Zählers (50) über zwei UND-Gatter (40,42) verbunden ist, von denen während des Nnlljnienabgleichs in Abhängigkeit von der Polarität des Restsignals jeweils eines oder, bei verschwindendem Fjstsignal, keines öffnet.

3. Schaltungsanordnung nach .. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem besagten Ausgang zwei polaritätsabhängige Trigger (30, 32) liegen, die jeder bei Überschreiten eines Signalschwcllwertes der einen bzw. der anderen Polarität ein L-Signal liefern, welches im öffnenden Sinne an dem zweiten Eingang je eines der besagten UND-Gatter (40, 42) anliegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Trigger (30, 32) und die zugehörigen, an dem Impulsgenerator (44) anliegenden UND-Gatter (40, 42) je ein weiteres UND-Gatter (34, 36) geschaltet ist, das von eir.em Signal zum Ein- und Abschalten des "Nullabgleichs geöffnet oder gesperrt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator ein Miller-Integrator ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Eingang zusätzlich ein konstantes, dem Korrektursignal entgegenwirkendes Signal (U _t) anliegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (166) nur vorwärts zählend ausgebildet ist, daß in Abhängigkeit von der Polarität des Restsignals am Ausgang die Polarität der das Korrektursignal bildenden Signale umkehrbar ist und daß zu Beginn jedes Nullinienabgleichs eine Rückstellung des Zählers (166) auf Null erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Restsignal eine Komparatorschaitung (102) mit einem ersten und einem zweiten Ausgang beaufschlagt, weicht an beiden Ausgängen L-Signal liefert, wenn das Restsignal sowohl zum Positiven als auch zum Negativen hin unter einem vorgegebenen Schwellten liegt, daß der eine oder der andere Ausgang auf 0-Signal geht, wenn das Restsignal den Schwellwert zum Positiven bzw. zum Negativen hin überschreitet, und daß die beiden Ausgänge der Komparatorschaitung an einem UND-Gatter (134) mit Inversion des Ausgangs anliegen, dessen invertierter Ausgang ein UND-Gatter (160) steuert, über welches die Impulse von dem Impulsgenerator (140) auf den Zähler (166) gegeben werden.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgänge (128, 130) der Komparatorschaitung (102) außerdem mit den beiden Eingängen einer bistabilen Kippstufe (136, 138) verbunden sind, deren komplementäre Ausgänge über je ein Relais (204, 206) die Umschaltkontakte (196, 198) zum Umpolen einer Korrektursignalspannung betätigen.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaitung (102) zwei komplementäre Transistoren mit dazu parallelen Widerständen (104,106) enthält, deren Emitter durch Dioden (108, 110) vorgespannt sind, die über Kollektorwiderstände (124, 126) an einer positiven bzw. negativen Versorgungsspannung (+15 V, —15 V) anliegen und an deren Basen die Restspannung liegt, daß die Basis eines dritten Transistors (120) über ein unsymmetrisches Widerstandspaar (116,118) mit den Kollektoren der beiden ersteren Transistoren (104,106) verbunden ist, so daß der dritte Transistor (120) gesperrt ist, wenn die ersteren Transistoren (104, 106) gesperrt sind, und daß der besagte erste Ausgang (128) der Komparato.schaltung (102) von dem Kollektor des einen der ersteren Transistoren (104) und der besagte zweite Ausgang (130) von dem Kollektor des dritten Transistors (120) gebildet wird.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Komparatorschaitung (102) durch ein Schaltglied (174) (Transistor, Relais) kurzschließbar ist und daß das Schaltglied (174) über ein ODER-Gatter (180) sowohl von einer monostabilen Kippstufe (182) zu Beginn des Nullinienabgleichs als auch durch das Ausgangssignal des die Impulseinzählung steuernden UND-Gatters mit Inversion (134) in den Sperrzustand überführbar ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Analog-Wandlerschaltung eine Mehrzahl von (62 bis 70,190) Widerständen unterschiedlicher Bemessung aufweist, die über von den Zählerstufen gesteuerte Schaltglieder (52 bis 60, 188) parallelschaltbar sind.

13. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2, 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektursignal-Hilfsspannung (Uk) über je einen von je einer Zählstufe eines Binärzählers (50) gesteuerten Transistor (52 bis 60) und je einen geeignet bemessenen Widerstand am Eingang des Operationsverstärkers (26) des Miller-Integrators (24) liegt.

14. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis einer umpolbaren Spannungsquelle (192) die Parallelschaltung von Widerständen (190) und vom Zähler (166) gesteuerten Schaltelementen (188), z. B. Reed-Relais, sowie ein Widerstand (74) liegt,

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der gleichzeitig im Stromkreis einer hinsichtlich den Restsignals wird eine Drehung des Schrittmotors der Nullinie abzugleichenden Meßspannung liegt in der einen oder der anderen Richtung eingeleitet, und das Korrektursignat in diesen Meßspannungs- Nach Durchführung der Korrektur wird der Schritt-Stromkreis einspeist. motor abgeschaltet. Während des Auftretens der

5 nächsten zu messenden Bande bleibt das Konektur-

signal, welches durch die Stellung des Potentiometers

gespeichert ist, wirksam. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß mechanisch bewegte Teile

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist erforderlich sind und der Abgleich relativ langsam

gekennzeichnet durch einen elektronischen Zähler io erfolgt. Bei einer anderen bekannten Anordnung

als Integrier- und Speichernd, Mittel zum Einzählen (USA.-Patentschrift 3 221 628) wird die Nulliniendrift

einer Impulsfolge in den Zähler bei Auftreten eines eines Ionisationsdetektors dadurch korrigiert, daß

Restsignals am Ausgang vor oder zwischen den kurz vor der Messung jeder Bande der Detektorausgang

besagten bandenartigen Signalen und eine Digital- in einem Kondensator gespeichert wird und dann

Analog-Wandlerschaltung, gesteuert von den einzelnen 15 während der eigentlichen M'essucg der Kondensator

Zählerstufen des Zählers zur Erzeugung analoger an einem Versiärker angelegt wird, der das Signal des

Signale entsprechend den Zuständen und Gewichten IonÄationsdetektors verstärkt, so daß die gespeicherte

der Zählstufen zur Bildung des besagten Korrektur- Kondensatorspannung der» der Nulliniendrift ent-

signals. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sprechenden Anteil des Detektursignals kompensiert,

bietet einmal die Vorteile des »digitalen« Nullinien- 20 Diese Anordnung arbeitet relativ ungenau, da Leck-

abgleichs hinsichtlich Genauigkeit und Speicher- ströme und die Belastung des Kondensators die

fähigkeit. Zum anderen werden aber bewegte Teile Korrekturwirkung verfälschen,

wie der Schrittmotor bei der deutschen Patentschrift Bei einer weiteren bekannten Anordnung (franzö-

1 263 179 vermieden. Es ist auch nicht erforderlich, sische Patentschrift 1 448 815) wird das Restsignal,

ein Signal von einem Potentiometer abzugreifen, so 25 welches durch die Nulliniendrift hervorgerufen wird,

daß keine Probleme hinsichtlich der Genauigkeit dieses in eine signalproportionale Frequenz mittels eines

Abgriffs, des Kontaktwiderstands usw., auftreten. Spannungs-Frequenz-Wandlers umgesetzt und diese

Der Nullinienabgleich kann sehr schnell erfo'gen. Frequenz in den Zähler eingezählt. Das hat den

Andererseits gibt die digitale Arbeitsweise eine Gewähr, Nachteil, daß die Frequenz mit zunehmender An-

daß keine Regelschwingungen auftreten. 30 näherung an das Restsignal Null immer geringer wird,

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ver- so daß die Nullinisnkorrektur asymptotisch erfolgt, wirklicht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß Das gibt Schwierigkeiten, bei schnell aufeinanderder Zähler mit zwei Eingängen vor- und rückwärts folgenden Banden, wie sie beispielsweise bei gaszählend ausgebildet ist und daß ein Impulsgenerator chromatographischen Untersuchungen auftreten, wo mit dem Vorwärts- und dem Rückwärtseingang des 35 zwischen den einzelnen Banden nur venig Zeit für Zählers über zwei UND-Gatter verbunden ist, von den Nullinienabgleich zur Verfügung steht. Ein denen während des Nullimenabgleichs in Abhängigkeit weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht von der Polarität des Restsignals jeweils eines oder bei darin, daß dort unmittelbar das Nulliniensignal für die verschwindendem Restsignal keines öffnet. Spannungs-Frequenz-Umsetzung herangezogen wird,

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung 40 so daß der Spannungs-Frequenz-Umsetzer von dem

zum automatischen Nullinienabgleich zwischen dem gesamten Rauschpegel beaufscnlagt ist.

Auftreten bandenartiger Signale mit einem elektro- Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt (franzö-

nischen Zähler, in welchen eine Impulsfolge bei sische Patentschrift 1467 018), bei welcher ein zu

Auftreten eines Restsignals vor oder zwischen den integrierendes Meßsignal über einen Differenzver-

bandenartigen Signalen einzählbar ist, und mit einem +5 stärker einen Schwellwertschalter beaufschlagt. Der

von dem Zähler gesteuerten Digital-Analog-Wandler Schwellwertschalter steuert ein Gatter, über welches

zur Erzeugung eines Korrektursignals. eine feste Frequenz in einen Zähler einzählbar ist.

Bei einer bekannten Anordnung (deutsche Patent- Der Zähler steuert einen Digital-Analog-Wandler, der schrift 1 263 179) erfolgt eine Umsetzung eines Meß- ein analoges Gegensignal auf den Eingang des Diffesignals zwecks Integration in eine zu dem Meßsignal 50 renzverstärkers gibt. Es steigt dort das Meßsignal bis proportionale Impulsfrequenz. Diese Impulsfrequenz zu dem Scnwellwert des Schwel'.wertschalters an. wird zur Bildung des Integrals auf einen Zähler Dann wird das Gatter geöffnet und der Zähler mit gegeben. Zwischen den zu integrierenden Signalen, einer konstanten Frequenz von dem Frequenzbeispielsweise den nacheinander auftretenden Banden generator t .aufschlagt, so lange, bis in den Zähler eine am Detektor eines Gaschromatographen, soll die 55 dem Schwellwert proportionale Zahl von Impulsen Nullinie korrigiert werden. Zu diesem Zweck wird von eingezählt ist. Dann ist die Eingangsspannung an dem einem Potentiometer ein Korrektursignal abgegriffen Differenzverstärker wieder Null, und bei einem weiteren und das Korrektursignal auf den Eingang des Span- Anstieg des Meßsignals wiederholt sich dieser Vorgang, nungsfrequenzumselzers gegeben und dem Detektor- Parallel dazu werden die Impulse in einen Hauptzählet signal überlagert. 60 eingezählt. L*cr Vorgang läuft so lange ab, wie das

In den Zwischenräumen zwischen den Banden Meßsignal ansteigt. Wenn das Meßsignal absinkt,

erfolgt ein Nullinien abgleich derart, daß die Ausgangs- spricht der erstere Schwellwertschalter nicht mehr an,

frequenz Null wird. Zu diesem Zweck wird in den der Zählerstand bleibt erhalten und damit das von dem

Zwischenräumen zwischen den eigentlichen Signalen Digital-Analog-Wandler auf den Eingang des Diffe-

(Banden) von der Ausgangsfrequenz des Spannungs- ⁶5 renzverstärkers gegebene analoge Signal. Bei Absinken

frequenzumsctzers ein Schrittmotor beaufschlagt. des Meßsignals tritt daher an dem Ausgang des

Dieser Schrittmotor verstellt das Potentiometer. Je Differenzverstärkers ein Ausgangssignal mil umge

nach der Polarität des zwischen den Banden auftreten- kehrtern Vorzeichen auf, welches bei Überschreiten