-
Schaltungsanordnung zur Taktsteuerung automatischer Impedanzbrücken
Die Erfindung betrifft eine digitale Schaltungsanordnung zur automatischen Takt
steuerung von lDmpedanzbrucken.
-
Bekannt sind digitale, nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Impedanzbrücken
mit Handabgleich. Ihr Nachteil besteht darin, daß ihre Bedienung großen Zeit- und/oder
Arbeitsaufwand erfordert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das digitale Kompensationsprinzip
bei Impedanzbrücken, das bekanntlich eine hohe Meßgenauigkeit in breiten Frequenzbereichen,
gegebenenfalls bei kleiner Spannungsamplitude am Meßobjekt und/oder bei Gleichspannungs-Vorpolarisation
des Meßobjektes zuläßt, direkt zu automatisieren und dadurch alle genannten Vorteile
mit dem der automatischen Messung zu verbinden.
-
Erfindungsgemäß wird der Abgleich einer Impedanzbrücke durch ein Taktsystem
gesteuert, das aus einem Taktgenerator besteht, der mit einem Und-Tor, einem Impulsverteiler,
Dekadenschaltern, einem Oder-Tor und einem Abgleichzahlvorwähler nacheinander verbunden
ist. Jeder Dekadenschalter enthält .ein Und-Tor, einen bistabilen Multivibrator
und ein Schaltrelais, die nacheinander angeordnet sind. Der Abgleichzahlvorwähler
enthält eine 3inärzählkette, eine Und-Tor-Matrix, einen schalter zur Einstellung
der Abgleichzahl und einen bistabilen Multivibrator, wobei der Eingang des Abgleichzahlvorwählers
mit dem Oder-Tor, der Ausgang mit dem Und-Tor verbunden ist und die Binär«-zählkette,
die Und-Tor-Matrix, der Umschalter und der bistabile Multivibrator nacheinander
verbunden sind.
-
Das angegebene Taktsystem läßt sich im gesamten Frequenzbereich bekannter
Brückenmethoden einsetzen. Die
Taktfrequenz ist hierbei der Meßfrequenz
anzupassen.
-
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei spiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1s Blockschaltbild der
Schaltungsanordnung zur automatischen Taktsteuerung einer Impedanzbrücke, Fig. 2:
Dekadenschalter auszugweise aus Fig. 1, Fig. 3: Abgleichzahlvorwähler auszugsweise
aus Fig. 1.
-
Das Ausführungsbeispiel betrifft eine unsymmetrische X-Brücke fur
elektrochemische Meßobjekt mit kapazitiver Imaginärkomponente der Impedanz und Meßfrequenzen
im 1- bis 100-kHz-Bereich. Die in einem Brückenzweig befindliche Abgleichimpedanz
enthält je 4 Kapazitäts- und Widerstandsdekaden, wobei die Abgleichelemente in den
Kapazitätsdekaden parallel, in den Widerstandsdekaden in Serie angeordnet sind;
alle Schalter werden als Ruhekontakte betrieben. Real- und Imaginärteil der Abgleichimpedanz
sind zweckmäßig durch vier Elemente je Dekade, beispielsweise im 2-4-2-1-Code oder
in gleichwertigen Codes, dargestellt cim folgenden mit a bis d bezeichnet)0 Nach
Fig. 1 ist ein freilaufender Taktgenerator 1 über ein Und-Tor 2 mit einem Impulsverteiler
3 verbunden, der seinerseits mit 32 Schaltern Sla bis S8d, die den abgleichbaren
Bestandteilen eines Brückenzweiges einer Impedanzmeßbrücke zugeordnet sind, verbunden
ist, Die mit den Schaltern S4d und ß8d verbundenen Ausgangsanschlüsse des Impulsverteilers
3 sind außerdem mit den Eingangsanschlüssen des Oder-Tores 8 verbunden. Der Ausgang
des Oder-Tores 8 ist au dem Abgleichzahlvorwähler 4 angeschlossen. Der Ausgangsanschluß
des Abgleichzahlvorwählers 4 ist mit dem zweiten Eingang des
Uuld-Tores
2 verbunden. Jeder Schalter ala bis S8d besteht nach Fig. 2 aus einem Schaltrelais
10, das mit einem bistabilen Multivibrator 11 und einem Und-Tor 12 verbunden ist.
-
Der Abgleichzahlvorwähler 4 enthält nach Fig. 3 eine Binärzählkette
13, die aus hintereinander geschalteten getriggerten bistabilen Multivibratoren
14 besteht und an Uie eine Und-Tor-Matrix 15 und nachfolgend ein Umschalter 16 angeschlossen
ist. Der Umschalter 16 ist mit einem bistabilen Multivibrator 17 und dieser mit
dem Und-Tor 2 gemäß Fig. 1 verbunden.
-
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: Der freilauf
ende Taktgenerator 1 liefert rechteckförmige Taktimpulse, die bei geöffnetem Und-Tor
2 zum Impulsverteiler 3 gelangen. Dieser enthält eine Binärzählkette mit angeschlossener
Und-Tor-Matrix und steuert nacheinander die Dekadenschalter S1a bis S8d an, wobei
sich diese Ansteuerung je nach Einstellung des Abgleichzahlvorwählers 4 wiederholt.
Damit wird das fortlaufende automatische Aus- und Einschalten von Vergleichselementen
einer Abgleichimpedanz und ein Mehrfachabgleich, das heißt, ein mehrfaches Durchlaufen
der Dekaden der beiden Komponenten der Abgleichimpedanz ermöglicht.
-
In Jedem Schalter Sx in Fig. 2 wird bei anliegenden Taktimpuls die
Binärstufe 11, die die J!unktion einer Halteschaltung hat, in Schaltstellung ("offen")
versetzt. Ein während des Taktimpulses über das Und-Tor 12 eintreffender Entscheidungsimpuls,
der in einem separaten, der Meßbrücke zugeordneten Entscheidungssystem erzeugt wird,
wirft die Binärstufe 11 in die Ausgangsstellung ("geschlossen") zurück.
-
Die jeweils letzten Taktimpulse der Schalter 51d und S8d der Kapazitäts-
und Widerstandsdekaden steuern über das Oder-Tor 8 die Binärzählkette 13 an. Die
gewünschte Abgleichzahl N ist am Umschalter 16 einstellbar. Die Abgleichzahl N ist
definiert als die Anzahl der jeweils abwechselnden Teilabgleiche der Imaginär- und
Realkomponente der Abgleichimpedanz. Bei Erreichen der Zahl N wird der bistabile
Multivibrator 17 durch einen Impuls umgekippt. Hierdurch wird das Und-Tor 2 geschlossen
und der Impulsverteiler 3 vom Taktgenerator 1 getrennt (Beendigung des Brückenabgleichs)
Der Start des Brückenabgleichs erfolgt durch einen über den Eingang 9 eingegebenen
Startimpuls, der den bistabilen Multivibrator 17 zurückkippt und damit das Und-Tor
2 öffnet. Die Rückstellung der Kapazitäts- und Widerstandsdekaden erfolgt jeweils
vor Beginn des betreffenden Deilabgleichs. Die Rückstellung der gesamten Schaltungsanordnung
(Impulsverteiler 3, Dekadenschalter S1a ... S8d und Abgleichzahlvorwähler 4) erfolgt
vor dem Start eines Meßvorganges.
-
Bei einer Taktfreqtienz von 70 Rz und einem Impulstastverhältnis 1:10
stehen etwa 12 ms für einen einzelnen Abgleichakt zur Verfügung; diese Zeit ist
für eine minimale Meßfrequenz von 1,6 kHz ausreichend. Bei einer Abgleichzahl N
= 4 benötigt der Abgleichvorgang etwa 1 s.
-
Bei weiteren Ausführungsmöglichkeiten lassen sich je nach Meßaufgabe
die Imaginärkomponente der Abgleichimpedanz (kapazitiv oder induktiv) die Zahl der
Dekaden in beiden Komponenten der Abgleichimpedanz, der Code, die Taktfrequenz,
die Einstellungsmöglichkeiten für die Abgleichzahl N verändern. Bei Widerholungsmessung
läßt sich das Taktsystem auch auf einmaligen Nachabg'leich einer Impedanskomponente,
gegebenenfalls unter Besckränltung auf kleine Dekaden, einstellen.