DE1922979C3 - Schaltungsanordnung zur digitalen Messung von elektrischen Gleichstromsignalen oder langsam veränderlichen Signalen - Google Patents

Description

Korrekturglied für den Verstärker dienendes digital verstellbares Potentiometer geschaltet wird und dieses ό verstellt wird, daß der Ausgangswert des Analog-Digital-Umsetzers Null wird, worauf, vom Programmwerk gesteuert, während der folgenden Meßwertumsetzungsvorgänge der das Potentiometer verstellende Ausgangswert des Analog-Digital-Umsetzers in einem Speicher gespeichert wird und das Potentiometer festgehalten wird. Dieses bekannte Verfahren erfordert aber einen beträchtlichen Schaltungsaufwaiid, weil einerseits ein digitaler Speicher zum Festhalten des digitalen Korrekturwertes und andererseits ein digital steuerbares Potentiometer zur Rückumsetzung des digitalen Korrekturwertes in einen Analogwert benötigt werden. Im Gegensatz dazu kann bei der eingangs angegebenen bekannten Schaltungsanordnung die am Ausgang des Rechenverstärkers in Analogform abgenommene Driftspannung in einem einfachen Analogspeicher, beispielsweise einem Kondensator, gespeichert und der gespeicherte Analogwert unmittelbar als Korrekturwert verwendet werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art, bei der Änderungen der Integrierschaltung ohne Einfluß auf das Meßergebnis bleiben.

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch ein Programmwerk, das so ausgeführt ist, daß es jeden Zyklus in drei Zeitintervalle unterteilt und die Schaltglieder so steuert, daß in dem ersten Zeitintervall die Drifl-Spannung des Rechenverstärkers gemessen und gespeichert wird, in dem zweiten Zeitintervall die Summe des zu messenden Signals und der gespeicherten Drift-Spannung integriert wird und in dem dritten Zeitintervall die Summe der Bezugsspannung und der gespeicherten Drift-Spannung integriert wird.

Die besondere Ausbildung des Programmierwerks ergibt die Wirkung, daß die Drift-Spannung des Rechenverstärkers während des ersten Zeitintervalls gespeichert wird und diese Drifl-Spannung während der beiden Integrationszeiten berücksichtigt wird. Dadurch werden die Auswirkungen von Änderungen der tligenschaften der Integrierschaltung beseitigt, vorausgeset?t. daß sich diese Eigenschaften nicht zwischen dem zweiten Zeitintervall und dem unmittelbar darauffolgenden dritten Zeitintervall ardern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 ein Teilschaltbild einer ersten Ausfuhrungsiorm der Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. Z das Schaltbild des Programmierwerks bei der Schaltungsanordnung von Fig. 1,

Fig. 3, 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung von Fig. 1 und Z und

Fig. 6 ein Teilschaltbild einer zweiten Ausfuhrungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Gleidutrornmeßschakung mit diöiafcr Anzeige dargestellt, bei welcher die Umwandhing des zu messenden analogen Signals in eine Zahl ir. ir. sich bekannter Weise eine Umformung d;e»es SiIiTM.':- tn eins η äquivalenten Zeitabschnitt umfaßt D>;r ikr-iivale nie Zeitabschnitt wird anschließend in ;mii Zahl durch einen Steueroszillator und einen Im-.-uisziüiier u~ige«andeli, *ekhe in Fig. 1 nicht dari'istüLt ¹JiUG- Die Umwandlung des Signals in eine iuuivalente ZeU erfolgt mittel» einer nungs-Integricrschaltung.

Die schematisch in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung benutzt ein an sich bekanntes Integrationsverfahren, das darin besteht, während eines bcstimmten festen Zeilabschnitts das zu messende Signal zu integrieren und hierauf während eines /weiten Zeitabschnitts eine Bezugsspannung zu integrieren, deren Polarität derjenigen des Signals entgegengesetzt ist, bis die Spannung am Ausgang der Intcgrierschal-

tung auf ihren Anfangswert zurückgekehrt ist. Dieser zweite Zeitabschnitt wird mittels des StcucOSzillators und des Impulszählers gemessen.

Die Integrierschallung 1 zur Integration der Gleichspannung enthält einen Gleichstrom-Rechcn-

•5 verstärker 2 mit großem Verstärkungsfaktor Mine E'rngangsklemmc 3 des Rechenverstärkers 2 is! mit Masse verbunden, währei.d die andere Hingangsklemme 4 mit einem Widerstand 5 verbunden ist. Ein Integrierkondensator 6 ist zwischen eine Ausgangs-

klemme 10 des Rcchcnvcrslärkers 2 und die F;ingangsklemme 4 geschaltet. Der Widerstand 5 ist ferner mit Schaltgliedern zur Umschaltung des Eingangssignals verbunden, welche bei der dargestellten Ausfuhrung durch Transistoren gebildel sind. Hin Transistor 7 ist zwischen den Widerstand 5 und die Eingangsklemme 8 der Schaltungsanordnung geschaltet, an welche das zu messende Signal X angelegt wird. Ein anderer Transistor 9 ist zwischen den Widerstand 5 und eine Klemme 11 geschaltet, an welche eine Bezugsspannung R angelegt wird, deren Polarität derjenigen des Signals X entgegengesetzt ist Diese Spannung R kann entweder durch einen außerhalb der Schaltungsanordnung befindlichen Eichgenerator oder durch einen nicht dargestellten, an sich bekannten, in die Schaltungsanordnung eingebauten Generator erzeugt werden.

Die Schaltungsanordnung enthalt ferner einen Kondensator 12 /ur Meßspcichcrung und Kompcnsierungder Drift-Spannung des Rcchenverstarkers 2.

*<■> Eine Klemme des Kondensators 12 ist mit Masse verbunden, während seine andere Klemme 14 über einen Widerstand 13 mit der Eingangsklemmc 4 des Re chenverstärkers 2 verbunden ist Der Widerstandsv.crt des Widerstands 13 ist praktisch gleich demjenigen des Widerstands 5.

Ferner sind Schaltglieder zur Messung und Spei cherungder Drift-Spannung vorgesehen. Beider dargestellten Ausfuhrung sind diese Schaltglicder cm zwischen dem Widerstand 5 und Masse angeschlosse-

V- ner Transistor 15 und ein zwischen die Ausgangsklemme 10 des Rechenverstärkers 2 und die Klemme 14 des Kondensator?. 12 geschalteter Transistor 16 Die Basiselektroden der Transistoren 7, 9, 15 und 16 sind mit einem weiter unter, beichriebenen Pro-

Ά grammwerk verbunden.

Die Schaltungsanordnung enthalt noch einen Spannungskompara'or, der durch einen Gleichstromverstärker 17 mit großem Verstärkungsfaktor gebildet ist. Eine Eingangsklemme die«;* Verstärkers ist mit der

ίο Ausgangsklemme 10 der integrierschaJtung über einen Widerstand 18 verbunden. Die andere Eingan&v iclemme des Verstärken 17 «t mit der Klemme 14 des Kondensators L2 über zwei in Reihe geschähet?; Wideritände 19 und 21 verbunden. Der Ausgang des

ij Spannungskomparators 17 ist mit dem oben erwähnlen Prograrnrnwerk verbunden.

Der Verbindungspunkt zwischen den Widerstünde r. 19 und 21 tu mit ein«m einstellbaren Hilf.wpan-

riungsgencrator über einen Widerstand 22 verbinden Dieser Hilfsspannungsg^nerator 20 enthalt ?. B r^ei Batterien 23 und 24. weiche in Reihe geschalte! sind. und deren Verbindungssteile mit Masse verbunder, ,st An die Klemmen dieser Batterien ist ein Potentiorr.etei 25 angeschlossen, dessen Schleifer 26 mit dem Widerstand 22 verbunden ist. D«r Hilfsspannungsgcnt·- rator enthält noch einen an die Klemmen der Batterien 23 und 24 angeschlossenen Widerstand 27 mit einer Anzapfung 28. welche über einen Widerstand 29 mit der Klemme 14 des Kondensators 12 verbunden ist.

Das weiter unten genau beschriebene Programmwerk ist so ausgebildet, daß es die Transistoren 7. 9. 15 und 16 in einem Arbeitsspiel steuert, welches drei Zeitabschnitte umfaßt, nämlich einen der Speicherung der Drift-Spannung entsprechenden Zeitabschnitt T und zwei der Meßzeit entsprechende Zeitabschnitte T und T,.

Wahrend des ersten Zeitabschnitts 7", macht das Programmwerk die Transistoren 15 und 16 leitend Der Widerstand S am Eingang der Integrierschaltung ist dann mit Masse verbunden, und die Klemme 14 des Kondensators 12 ist mit der Ausgangsklemmt 10 der Integrierschaltung verbunden. Während dieser Zeit T₁ sind die Transistoren 7 und 9 gesperrt.

Unter diesen Bedingungen liegt der Widerstand 13 parallel zu dem Integrierkondensator 6, wodurch der Verstärkungsfaktor des Rechenverstärkers 2 während der Zeit T₁ praktisch auf Eins gebracht wird Wenn mit e die Drift-Spannung des Rechenverstärkers 2 in dem oben definierten Sinn bezeichnet wird, ist der Kondensator 12 am Fnde des Zeitabschnitts Tl auf eine Spannung geladen, welche praktisch gleich der Drift-Spannung e ist Femer ist, da die Klemmen 10 und 14 praktisch durch den Transistor 16 kurzgeschlossen sind, die an den Eingang des Spannungskomparators 17 wäh'end dieser Zeit T₁ angelegte Spannung gleich dor von dem Hilfsspannungsgcncrator 20 gelieferten Spannung Diese Spannung wird durch Einstellung des Schleifers 26 so gewählt, daß die Ausgangsspannung des Spannungskomparators 17 ihren Sältigungswert während der Zeit T, erreicht und somit konstant bleibt. Hierdurch wird vermieden, daß am Ausgang des Spannungskomparators 17 Schwankungen mit steilen Flanken entstehen, welche infolge der Störkooplungen in der Schaltung das Arbeiten der Transistoren stören und Meßfehler bewirken könnten

Während des zweiten Zeitabschnitts T₂ bestimmter Dauer des Arbeitsspiels macht das Programmwerk den Transistor 7 leitend, während die anderen Transistoren gesperrt sind. Dadurch wird das zu messende Signal X an den Eingang des Rechenverstärkers 2 angelegt. Ferner ist. da der Transistor 16 gesperrt ist. der Kondensator 12 über den Widerstand 13 ebenfalls mit dem Eingang des Rechenverstärkers verbunden, so daß die Ladespannung e dieses Kondensators, welche, wie oben ausgeführt, gleich der Driftspannung ist, ebenfalls an den Eingang des Rechenverstärkers angelegt wird. Der Gegenkopplungskreis dieses Verstärkers enthält nur noch den Integrierkondensator so daß der Rechenverstärker 2 als Integrierschaltung arbeitet.

Die Signale am Eingang der Integrierschaltung bestehen zu Beginn der Zeit T₂ aus dem über den Widerstand 5 angelegten zu messenden Signal X, der über den Widerstand 13 angelegten Klemmenspannung c des Kondensators 12 und der unmittelbar an den Eingarigsklemrr.en 3 und 4 hegenden äquivalenten Drift-Spar.rsung t'. Unter der Annahme, daß die Ladung des Kondensators 12 wahrend der Zeit T₂ konstant bleibt, zeigt die Rechnung, daß die Ableitung ' der zwischen der Klemme 10 und Masse gemessenen Aus£.ar.gsspannung zu dem zu messenden Signal .V proportional ist. Die Ausgangsspannung ist ihrerseits gleich dem Integral des Signals Λ' über die Zeil T . zu welchem eine Konstante tritt, welche gleich der ^:c Drift-Spannung c ist Hieraus ergibt sich. da3 die Spannung zwischen den Klemmen 10 und 14 gleich dem Integral des. Signals -Y ist. vorausgesetzt, daß die Spannung an den Klemmen des Kondensators 12 während der Zeit T₁ konstant bleibt ^;; Wahrend des dritten Zeitabschnitts T, des Arbeitsspiels macht das Programmwerk den Transistor 9 leitend, während die anderen Transistoren gesperrt sind. Dadurch wird die Bezugsspannung R über den Widerstand 5 an den Eingang der Integrierschaltung 1 ^J angelegt. Die Arbeitsweise entspricht der oben fur den vorhergehenden Zeitabschnitt T₂ beschriebenen, und man erhalt, wiederum unter der Annahme, daß die Ladung des Kondensators 12 konstant bleibt, zwischen den Klemmen 10 und 14 eine dem Integral der Spannung R entsprechende Spannung. Da diese die entgegengesetzte Polarität wie das Signal Λ hat. nimmt die Spannung zwischen den Klemmen 10 und 12 ab Das Programmwerk ist. wie weiter unten ausgeführt, so ausgebildet, daß die Integration unterbrochen wird, wenn diese Spannung Null ist Die Dauer des Zeitabschnitt«; T. bildet so ein Maß für das Signa! X.

Die an den Eingang ies Spannungskoniparators 17 angelegte Spannung ist gleich der Summe der zwisehen den Klemmen 10*und 14 integrierten Spannung und der von dem Hilfsspannungs-generator 20 gelieferten Hilfsspannung. Um die Wirkung dieser Hilfsspannung während der die Meßzeit bildenden Zeitabschnitte T. und T₃ auszugleichen, wird die Spannung <" an den Klemmen des Kondensators 12 verändert, indem sich dieser über den Widerstand 29 entladen kann. Zur Einstellung dieses Ausgleichs werden an die Eingangsklemmen 8 und 11 der Schaltungsanordnung Spannungen des Wertes Null angelegt, und der «5 Schleifer 26 wird so verstellt, daß die Ablesung Null am Ausgang der Schaltungsanordnung erhallen wird. Dieser Abgleich ist nur ein einziges Mal bei dct anfänglichen Einstellung der Schaltungsanordnung vorzunehmen.

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 bi: 5 eine Ausführungsform des Programmwciks be schrieben.

Fig. 2 zeigt außer dem eigentlichen Programm

werk die integrierschaltung und den Spannungskom

paralor mit den Schaltgliedern gemäß Fig. f sowii einen Impulszähler 31 und eine digitale Anzeigevor richtung 32 von an sich bekannte? Bauart.

Das eigentliche Programmwerk enthält eine Steueroszillator 33 und einen Taktgenerator 34. De 6c Taktgenerator ist durch einen Oszillator mit einer seh niedrigen Frequenz gebildet, welche z.B. zwische 1 und 2 Hz liegt, während die Frequenz des Steuern; ziüators 33 z.B. gTÖßenordnungsmäßig 100 kHz tx trägt. Die Frequenz des Steueroszillators wird gleic einem Vielfachen der Frequenz des derr Meßgerät d erforderliche Leistung liefernden Wechselstromne zes gewählt, so daß der Einfluß eines ;·:orspannui ausgeschieden wird, deren Frequenz ^!--ich der d

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Netzes oder gleich einem Vielfachen derselben ist. grammwerks während einer normalen Messung dar-

Der Steueroszillator 33 ist mit einem Eingang einer stellen.

UND-Schaltung 35 verbunden, deren Ausgang mit Der Beginn des Arbeitsspiels wird durch die Koindem Eingang 36 des Zählers 31 verbunden ist. Es ist zidenz eines Impulses des Steueroszillators 33 mit eiangenommen, daß der Zähler 31 ein Dezimalzähler 5 nem Impuls des Taktgenerators 34 (Kurve G) und mit drei Stellen ist, welcher die Zählung von 0 bis den Nulldurchgang der an die Klemme 41 angelegten 999 gestattet. Die Übertragsimpulse des Zählers 31 Spannung des Wechselstromnetzes bestimmt. Die sind an e^;ncr Klemme 37 verfügbar. UND-Schaltung 38 wird dann entsperrt und stellt den Das Programmwerk enthält noch drei bistabile Zähler 31 und die Kippschaltungen b und c (Kur-Kippschaltungen a, b und c. Zur Vereinfachung der ^:° ven B und C) auf »0« zurück. Die Kippschaltung a Beschreibungsind nachstehend die beiden zueinander wird in ihren Zustand »1« gebracht (Kurve A).
komplementären Ausgänge dieser Kippschaltungen Die Ausgangsspannung des Spannungskomparaals direkter Ausgang bzw. als komplementärer Aus- tors 17 erreicht sehr schnell ihren Sättigungspegel und gang bezeichnet. Als Einstelleingang wird der Eingang bringt praktisch zu Beginn des Arbeitsspiels die Kippbezeichnet, welcher bei Empfang eines Impulses die >5 schaltung c in den Zustand »1«. Die UND-Schaltung Kippschaltung in ihren Zustand »1« bringt, d.h. in 35 überträgt dann die Impulse des Steueroszillators positiver Logik den direkten Ausgang positiv und den 33 auf den Zähler 31.

komplementären Ausgang negativ oder zu Null Da sich die Kippschaltung α in dem Zustand *1« macht. Ebenso wird Rückstelleingang der Eingang befindet, wird der Transistor 7 (Kurve T₇) leitend, und genannt, welcher bei Empfang eines Impulses den di- ^Jr> die UND-Schaltungen 55 und 56 werden gesperrt, rek cn Ausgang negativ und den komplementären wodurch die Transistoren 9, 15 und 16 (Kurven T₉ Ausgang positiv macht. und Γ,, ,„) gesperrt werden. Das zu messende Si-Der Einstelleingang 43 der Kippschaltung a, der gnal .V wird durch die Integrierschaltung 1 während Rückstelleingang 44 der Kippschaltung b und der des Zeitabschnitts T₂ integriert (Kurve /).
Rückstclleingang45 der Kippschaltung c sind mitein- ^a5 Die UND-Schaltung 53 wird durch die Kippschalander verbunden und an den Ausgang einer UND- tung α gesperrt, so daß der die Anzeige der vierten Schaltung 38 mit drei Eingängen angeschlossen Der Stelle steuernde Eingang 54 gesperrt wird (Kurve E). Ausgang der UND-Schaitung 38 ist noch mit der Der Eingang 59 zur Steuerung der Anzeige wird Klemme 39des Zählers 31 verbunden, welche die Lo- ebenfalls durch die UND-Schaltung 56 gesperrt schung desselben steuert. Ein Eingang der UND- 3° (Kurve A). und die Anzeigevorrichtung 32 ist ge-Schaltung 38 ist mit dem Steueroszillator 33 verbun- löscht.

den. der zweite Eingang ist mit dem Taktgenerator Bei dem ers.cn von dem Zähler 31 gelieferten 34 verbunden, und der dritte Eingang ist über eine Übertragsimpuls (Kurve O) geht die Kippschal-Differentiierschaltung 42 an eine mit dem Wechsel- tung b in den Zustand »1« über. Bei dem nächsten stromnetz verbundene Klemme 41 angeschaltet. ό Übertragsimpuls kehrt sie in den Zustand Null zurück Der Rückstelleingang 46 der Kippschaltung α ist und bringt dann die Kippschalung α in den Zustand mit dem direkten Ausgang 47 der Kippschaltung b »0«. was das Ende des Zeitabschnitts T₂ und den Beverhunden. Der Einstelleingang 48 der Kippschal- ginn des Zeitabschnitts T, bestimmt. Der Transistor 7 tung c ist mit dem Ausgang des Spannungskompara- wird nämlich durch die Kippschaltung α gesperrt, die tors 17 verbunden. Die Kippschaltung b besitzt einen *° UND-Schaltung 55 wird entsperrt und die UND-Eingang49zur symmetrischen Steuerung, welcher mit Schaltung 56 wird gesperrt gehalten. Der Transistor 9 der Ubertragsklemme 37 des Zählers 31 verbunden wird leitend gemacht, was die Integration des Bezugsist, signals R zur Folge hat. Die Anzeigesteuerung 59 wird Der direkte Ausgang 51 der Kippschaltung a ist mit gesperrt gehalten. Die Frequenz des Steueroszillators der Basis des Transistors 7 verbunden. Der komplc- 45 33 ist so gewählt, daß die Dauer des Zeitabschnitts mentäre Ausgang 52 dieser Kippschaltung ist mit ei- T₂ praktisch gleich der Periode des Speisenetzes ist, nem Eingang einer UND-Schaltung 53 verbunden, so daß der Einfluß von Störspannungen ausgeschieden deren zweiter Eingang mit dem direkten Ausgang 47 wird, deren Frequenz gleich der des Netzes oder gleich der Kippschaltung b verbunden ist. Der Ausgang der einem Vielfachen derselben ist.
UND-Schaltung53 ist mit einem Eingang 54 der digi- 50 Während des Zeitabschnitts T₃ nimmt die Aus· talen Anzeigevorrichtung 32 verbunden, welcher die gangsspannung der Integrierschaltung ab (Kurve J) Anzeige einer vierten Stelle steuert, falls die Kapazität Wenn sie den Wert Null erreicht, bringt der Span des Zählers überschritten wird. nungskomparator 17 die Kippschaltung c in den Zu Der komplementäre Ausgang 52 der Kippschal- stand »0«, wodurch die UND-Schaltung 55 geschlos tung α ist noch mit je einem Eingang von zwei UND- 55 sen und die UND-Schaltung 56 geöffnet wird. De Schaltungen 55 und 56 verbunden. Die zweiten Ein- Transistor 9 wird gesperrt, und die Transistoren Ii gänge der UND-Schaltungen 55 und 56 sind mit dem und 16 werden leitend. Hierdurch erfolgt der Über direkten Ausgang 57 bzw. dem komplementären gang von dem Zeitabschnitt T₃ zu dem Zeitabschnit Ausgang 58 der Kippschaltung c verbunden. Der T₁, während welchem die Drift-Spannung gespeichei Ausgang der UND-Schaltung 55 ist mit der Basiselek- 60 wird. Gleichzeitig schickt die UND-Schaltung 56 eil trode des Transistors 9 und der Ausgang der UND- Signal zum Eingang 59 der digitalen Anzeigevomch Schaltung 56 mit den Basiselektroden der Transisto- tung 32, welche aufleuchtet. Außerdem schließt di ren 15 und 16 und mit dem Steuereingang 59 der Kippschaltung c die UND-Schaltung 35, weiche di digitalen Anzeigevorrichtung 32 verbunden. Der di- Übertragung der Impulse von dem Steueroszillator 3 rekte Ausgang 57 der Kippschaltung c ist noch mit «5 auf den Zähler 31 unterbricht. Der Zeitabschnitt 1 dem zweiten Eingang der UND-Schaltung 35 verbun- endet zu dem durch den Taktgenerator bestimmte den. Beginn des nächsten Arbeitsspiels.

Fig. 3 zeigt Kurven, die den Betrieb des Pro- Fig. 4 zeigt die Betriebskurven des Programrr

ίο

werks für den Fall, daß die Ausgangsspannung der Integrierschaltung 1 nicht auf Null zurückgekehrt ist, wenn der Zähler seine größte Zahl (999 bei dem betrachteten Beispiel) erreicht. In dieser Figur sowie in F i g. 5 sind die den Kurven der F i g. 3 entsprechenden Kurven mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Wenn unter diesen Bedingungen der Zähler einen dritten Übertragsimpuls (Kurve O) während des Zeitabschnitts T₃ liefert, geht die Kippschaltung b von neuem in den Zustand »l« über. Da die Kippschaltung α in dem Zustand »0« bleibt, ist die UND-Schaltung 53 offen und gibt ein Signal E auf den Eingang 54 der digitalen Anzeigevorrichtung 32. Dieses Signal bewirkt das Aufleuchten der vierten Stelle der Anzeige. Der Rest der Arbeitsweise entspricht dem vorhergehenden Fall.

Zur Einstellung des Nullpunkts des Apparats durch Betätigung des Schleifers 26 des Hilfsspannungsgenerators 20 legt man die Eingangsklemme 8 an Masse. Die Betriebskurven des Programmwerks entsprechen dann der Darstellung von Fig. 5. Die Ausgangsspannung der Integrierschaltung -leibt während des Zeitabschnitts T₁ (Kurve /), auf dem Wert Null, so daß die Kippschaltung c in dem Zustand »0« bleibt. Die UND-Schaltung 55 bleibt daher geschlossen und der Transistor 9 gesperrt, so daß die Bezugsspannung nicht mehr an die Integrierschaltung angelegt wird. Hierdurch wird der Zeitabschnitt Γ_} zu Null gemacht.

Bei der Ausführungsform von F i g. 1 ist die Kompensation der Spannung des Hilfsspannungsgenerators 20 während der Meßzeiten durch die Entladung des Kondensators 12 in den Widerstand 29 nicht streng genau. Hieraus ergibt sich eine gewisse Ungenauigkeit, welche bei einer Schaltungsanordnung mit einem Zähler für vier Dezimalstellen störend werden könnte. In diesem Fall wird eine verbesserte, in F i g. 6 dargestellte Ausführungsform benutzt.

Bei dieser Ausführungsform sind der Hilfsspannungsgenerator 20 und der Entladewiderstand 29 fortgefallen, und der Eingang des Spannungskomparators 17 ist mit den Klemmen 10 und 14 über gleiche Widerstände 18 verbunden. Ein Transistor 61 ist zwischen eine Ausgangsklemme des Spannungskomparators 17 und die mit dem Kondensator 12 verbundene Eingangsklemme des Spannungskomparators geschaltet. Die Basiselektrode dieses Transistors ist mit den Basiselektroden der Transistoren 15 und 16 verbunden.

Während des Zeitabschnitts T_x zur Speicherung der Drift-Spannung wird der Transistor 61 durch das Programmwerk gleichzeitig mit den Transistoren 15 und 16 leitend gemacht. Die Ausgangsspannung des Spannungskomparators 17 wird auf diese Weise auf einen bestimmten Pegel festgelegt.

Die beschriebene Schaltung ermöglicht die Kompensation der Drift-Spannung des in das Meßgerät eingebauten Rechenverstärkers. Nach einer anfängli-

■5 chen Einstellung ist der Nullpunkt der Schaltungsanordnung stabil und von den Schwankungen der Temperatur und der Speisespannung unabhängig.

Diese Kompensation erfolgt automatisch. Dieses Ergebnis wird durch eine einfache billige Abänderung

»o des Programmwerks der Schaltungsanordnung erhalten.

Dank der Synchronisierung des Beginns des Meßarbeitsspiels mit dem Nulldurchgang der Speisespannung des Wechselstromnetzes und dank der Wahl der

²b Frequenz des Steueroszillators bleibt der Zeitabschnitt T₂ zur Integration des Signals X gleich einer Periode des Netzes und beginnt stets bei dem Nulldurchgang der Netzspannung. Hierdurch wird der Einfluß der Störspannungen ausgeschieden, deren Frequenz gleich der Frequenz des Netzes oder gleich einem Vielfachen dieser Frequenz ist.

Die Synchronisierung des Beginns des Arbeitsspiels mit einem Impuls des Steueroszillators ermöglicht die genaue Bestimmung der Dauer des Zeitabschnitts T₂, welcher so ein genaues Vielfaches der Periode des Steueroszillators ist. Die einzige Unbestimmtheit, welche in der Zeitmessung bestehen bleibt, ist die des Zeitabschnitts T_}, welcher nur bis auf ± 0,5 der Meßempfindlichkeit gemessen werden kann.

4» Die bei dem beschriebenen Beispiel ah Schaltglieder verwendeten Transistoren können durch gleichwertige elektronische Glieder ersetzt werden, und das Programmwerk kann auf jede beliebige dem Fachmann geläufige Art abgeändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur digitalen Messung voi, elektrischen Gleichstromsignalen oder langsam veränderlichen Signalen, mit einer ersten Klemme, der das zu messende Signal zugeführt wird, einer zweiten Klemme, an die eine Bezugsspannung angelegt wird, einem Analog-Digital-Umsetzer, der eine Rechenverstärker-Integrierschaltung enthält, einem Spannungskomparator, der Markierungssignale abgibt, wenn die Ausgangsspannung der Integrierschaltung bestimmte Werte erreicht, und mit einem Steueroszillator zur Messung der Zeit, die zwischen den Markierungssignalen verstreicht, wobei das Gerät ferner Einrichtungen zur Messung und Speicherung der Drift-Spannung des Rechenverstärkers sowie einen Taktgenerator und Schaltglieder enthält, mit denen periodisch das zu messende Signal und die Bezugsspannung in einem vorbestimmten Zyklus an der Integrierschaltung angelegt werden, gekennzeichnet durch ein Programmwerk (31 bis 59), das so ausgeführt ist, daß es jeden Zyklus in drei Zeitintervalle [T₁, T_:, T.) unterteilt und die Schaltglieder (7, 9, 15, 16) so steuert, daß in dem ersten Zeitintervall (T₁) die Drift-Spannung des Rechenverstärkers (2) gemessen und gespeichert wird, in dem zweiten Zeitintervall (T,) die Summe des zu messenden Signals und der gespeicherten Drift-Spannung integriert wird und in dem dritten Zeitintervall (T₃) die Summe der Bezugsspannung und der gespeicherten Drift-Spannung integriert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Messung und Speicherung der Drift-Spannung des Rechenverstärkers einen Kondensator (12) sowie Schaltglieder (15, 16) enthalten, welche nacheinander den Kondensator (12) während des ersten Zeitintervalls t. T₁) mit dem Ausgang des Rechenverstärkers (2) und während des zweiten und des dritten Zeitintervalls (T₂, T₃) mit dem Eingang des Rechenverstärkers (2) verbinden, und daß die Eingangsklemme.ι des Spannungskomparators (17) mit einer Ausgangsklemme (10) der Integrierschaltung (2) bzw. einer Klemme (14) des Kondensators (12) so verbunden sind, daß während des zweiten und des dritten Zeitintervalls (T₂, T₃) die Eingangsspannung des Spannungskomparators (17) gleich der Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Integrierschaltung (2) und der im Kondensator (12) gespeicherten Drift-Spannung ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein^n einstellbaren Hilfsspannungsgenerator (20), welcher in den Eingangskreis des Spannungskomparators (17) so eingeschaltet ist, daß die Ausgangsspannung des Spannungskomparators (17) während des ersten Zeitintervalls (T₁) ihren Sättigungsweri erreicht.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Stromkreis (29) zur Entladung des Kondensators (12), welcher so ausgebildet ist, daß er die Hilfsspannung während des zweiten und des dritten Zeitintervalls (T₂, T₃) kompensiert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder (7, 9, 15, 16) Transistoren sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Speisung aus einem Wechselstromnetz, gekennzeichnet durch logische Schaltungen (38, 42), welche mit dem Taktgenerator (34) so zusammenwirken, daß jedes Arbeitsspiel in der Nähe des Nulldurchgangs der Spannung des Netzes (41) beginnt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch logische Schaltungen (38), welche mit dem Steueroszillator (33) so zusammenwirken, daß jedes Arbeitsspiel bei dem ersten auf den Nulldurchgang der Spannung des Netzes (41) folgenden Impuls des Steueroszillators (33) beginnt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Schaltglied (61), welches den Ausgang und den Eingang des Spannungskomparators (17) während des ersten Zeitintervalls (T₁) verbindet.

Die Hriindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur digitalen Messung von elektrischen Gleichstromsignalen oder langsam veränderlichen Signalen, mit einer ersten Klemme, der das zu messende Signal zugeführt wird, einer zweiten Klemme, an die eine Bezugsspannung angelegt wird, einem Analog-Digital-Umsetzer, der eine Rechenverstärker-Integrierschaltung enthält, einem Spannungskomparator, der Markierungssignale abgibt, wenn die Ausgangsspannung der Integrierschaltung bestimmte Werte erreicht, und mit einem Steueroszillator zur Messung der Zeit, die zwischen den Markierungssignalen verstreicht, wobei das Gerät ferner Einrichtungen zur Messung und Speicheriingen der Drift-Spannung des Rechenverstärkers sowie einen Taktgenerator und Schaltglieder enthält, mit denen periodisch das zu messende Signal und die Bezugsspannung in einem vorbestimmten Zyklus an der Integrierschaltung angelegt werden.

Bei einer aus der deutschen Auslegeschrifl 1 146 195 bekannten Schaltungsanordnung dieser ArI ist der durch den Taktgenerator definierte Zyklus ir zwei Zeitintervalle unterteilt. Im ersten Zeitinterval 5f wird die Drift-Spannung des Rechenverstärkers gemessen und gespeichert, und im zweiten Zeitinterval wird diese Drift-Spannung dem Eingang des Rechen Verstärkers in Reihe mit der zu messenden Spannunj und dem Integral des Bezugsstroms angelegt.
Bei dieser bekannten Schaltung wird nur der Be zugsstrom als Funktion der Zeit integriert, wahrem die zu messende Spannung nicht integriert wird. Jed< zufällige Änderung in den Eigenschaften der Inte grierschaltung ergibt daher einen Fehler, der nich kompensiert wird.

Aus der deutschen Patentschrift 1 270092 ist ande rerseits ein Verfahren zur Nullpunktkorrektur eine einem Analog-Digital-Umsetzer vorgeschaltete Gleichspannungsverstärkers bekannt, bei welcher nach jeweils einer von einem Programmwerk be stimmten Anzahl von Umsetzungsvorgängen der Ein gang des Verstärkers kurzgeschlossen wird und de Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers auf ein al