DE2057663A1

DE2057663A1 - Method and circuit arrangement for the electronic measurement of charge quantities

Info

Publication number: DE2057663A1
Application number: DE19702057663
Authority: DE
Inventors: Jochen Brandt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-11-24
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1972-05-31

Description

"Verfahren und Schaltungsanordnung zur elektronischen Messung von Ladungsmengen" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Messung von Ladungsmengen."Method and circuit arrangement for the electronic measurement of Amounts of charge "The invention relates to a method and a circuit arrangement for the electronic measurement of charge quantities.

Bisher wurden Ladungsmengen, die beispielsweise einer Batterie zugefiihrt werden, mit auf elektromechanischer oder chemischer Basis arbeitenden Amperestundenzählern gemessen. Diese Meßgeräte sind nicht so genau und wegen der Verwendung bewegter Bauteile und des demzufolge auftretenden Verschleißes nur bedingt zuverlässig. Ebenfalls sind die zulässigen Vibrationswerte wesentlich geringer.So far, amounts of charge have been supplied to a battery, for example with ampere-hour meters working on an electromechanical or chemical basis measured. These gauges are not as accurate and are more agitated because of their use Components and the resulting wear only partially reliable. Likewise the permissible vibration values are significantly lower.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird daher darin gesehen, zur Vermeidung der obengenannten Nachteile ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Messung von Ladungsmengen vorzuschlclgell, die auf elektronischer Basis arbeiten und eine digitale Meßwertazeige mit Ziffernröhren ermöglichen.The object on which the invention is based is therefore seen as a method and a circuit arrangement to avoid the above-mentioned disadvantages to measure amounts of charge that work on an electronic basis and enable a digital display of measured values with numeric tubes.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren zur Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß ein an einem Meßwiderstand erzeugter stromproportionaler Spannungsabfall über einen Eingangsverstärker einer steuerbaren Stromquelle zugeführt wird, deren eingangsproportionaler Strom zur Ladung eines Kondensators herangezogen wird, daß die an dem Kondensator liegende Spannung in einem Vergleichsglied mit einer Referenzspannung verglichen wird und daß bei Erreichen der Referenzspannung ein Impuls abgegeben wird, der als Zählimpuls einer Zählkette zugeführt wird und der gleichzeitig die Entladung des Kondensators herbeführt.The measuring method according to the invention for solving this problem exists in this, that a current-proportional voltage drop generated at a measuring resistor over an input amplifier is fed to a controllable current source whose input is more proportional Current is used to charge a capacitor that the capacitor lying voltage compared in a comparison element with a reference voltage and that when the reference voltage is reached, a pulse is emitted which is called Counting pulse is fed to a counting chain and simultaneously discharges the Condenser brought about.

Zur Durchführung dieses Meßverfahrens wird gemäß der Erfini dung eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der einem strombeaufschlagten Meßwiderstand ein Eingangsverstärker und eine steuerbare Stromquelle nachgeschaltet sind, daß ein von der steuerbaren Stromquelle beaufschlagtes, einen Kondensator enthaltendes Integrationsglied ausgangsseitig mit einem Vergleichsglied verbunden ist, dem von einem Referenzwertgeber eine Referenzspannung zugeführt ist, und daß der Ausgang des Vergleichsgliedes mit dem Eingang einer Zählkette und gleichzeitig mit einem dem Kondensator des Integrationsgliedes parallel geschalteten Transistor zur Entladung des Kondensators verbunden ist.To carry out this measurement method, according to the invention, a Circuit arrangement proposed in which a current-fed measuring resistor an input amplifier and a controllable current source are connected downstream that one acted upon by the controllable current source and containing a capacitor Integration element is connected on the output side to a comparison element that of a reference voltage is supplied to a reference value transmitter, and that the output of the comparison element with the input of a counting chain and at the same time with a The transistor connected in parallel to the capacitor of the integration element for discharge of the capacitor is connected.

Als Vorteil der Erfindung ist zu nennen, daß die Meßwerte infolge ihrer digitalen Anzeige besser und genauer erkennbar sind, daß eine größere Genauigkeit und wegen des Fehlens von Verschleiß unterworfenen Bauteilen eine höhere Zuverlässigkeit erzielt werden kann. Erfindungsgemäß ausgebildete Meßgeräte zeichnen sich zudem durch kleine Abmessungen aus.An advantage of the invention is to be mentioned that the measured values as a result Their digital display is better and more precisely recognizable that greater accuracy and due to the lack of components subject to wear and tear, greater reliability can be achieved. Measuring devices designed according to the invention are also distinguished characterized by small dimensions.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Es zeigen Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.In the drawing, an embodiment of the invention is shown, which is explained in more detail below. Show it Fig. 1 is a schematic Block diagram for carrying out the method according to the invention. FIG. 2 is a circuit diagram the circuit arrangement according to the invention.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Eingangsglied bezeichnet, das neben einem mit dem Strom I beaufschlagten Meßwiderstand einen Eingangsverstärker enthält. Die am Ausgang des Eingangsgliedes 1 vorhandene Spannung U1 w A1. I ist also dem zu messenden Strom I proportional, wobei A1 ein konstanter Proportionalitätsfaktor des Eingangsgliedes 1 ist. Mit dieser Spannung wird eine steuerbare Stromquelle 2 beaufschlagt, die einen eingangsspannungsproportionalen Strom Il X A2 U A1 A2 1 Z liefert. Dieser Strom 11 wird in einem Integrationsglied 3 über die Zeit integriert, indem ein Kondensator eine Ladung speichert, die der zu messenden Ladungsmenge proportional ist. Die an dem Kondensator liegende Spannung wobei A1, A2 und C die konstanten Proportionalitätsfaktoren des Eingangsgiiedes 1, der steuerbaren Stromquelle 2 und des Integrationsgliedes 3 sind, wird nun einem Vergleichsglied 5 eingegeben, in dem sie mit einer von einem Referenzwertgeber 4 zugeführten Referenzspannung Uref verglichen wird. Hat die vom Integrationsglied 3 kommende Spannung U2 den Wert der Referenzspannung Uref erreicht, so erscheint am Ausgang des Vergleichsgliedes 5 ein Impuls, der also eine bestimmte Ladungsmenge Qo repräsentiert.In Fig. 1, 1 denotes an input element which, in addition to a measuring resistor to which the current I is applied, contains an input amplifier. The voltage U1 w A1 present at the output of the input element 1. I is therefore proportional to the current I to be measured, with A1 being a constant proportionality factor of the input element 1. This voltage is applied to a controllable current source 2, which supplies a current II X A2 U A1 A2 1 Z proportional to the input voltage. This current 11 is integrated over time in an integration element 3 in that a capacitor stores a charge which is proportional to the amount of charge to be measured. The voltage across the capacitor where A1, A2 and C are the constant proportionality factors of the input element 1, the controllable current source 2 and the integration element 3, a comparison element 5 is now entered, in which it is compared with a reference voltage Uref supplied by a reference value transmitter 4. If the voltage U2 coming from the integration element 3 has reached the value of the reference voltage Uref, a pulse appears at the output of the comparison element 5, which thus represents a certain amount of charge Qo.

Dieser Impuls wird als Zählimpuls einer nachgeschalteten Zählkette 6 zugeführt, in der die Impulse gezählt werden und ihre Zahl zur Anzeige gebracht wird. Diese Zahl der Impulse ergibt dann, multipliziert mit der konstanten Ladungsmenge QO, die zu messende Ladungsmenge. Der am Ausgang des Vergleichsgliedes 5 erscheinende Impuls wird außerdem dem Integrationsglied 3 zugefiihrt, wodurch der Kondensator kurzzeitig entladen wird und darxach zur erneuten Ladung i)ereit steht.This pulse is used as a counting pulse in a subsequent counting chain 6, in which the pulses are counted and their number is displayed will. This number of pulses is then multiplied by the constant amount of charge QO, the amount of charge to be measured. The one appearing at the output of the comparison element 5 Pulse is also fed to the integration element 3, whereby the capacitor is briefly discharged and then i) is ready to be recharged.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsmöglichkeit des im Blockschaltbild dargestellten Prinzips gezeigt. Dabei bilden ein Operationsverstärker 10 und Widerstände 11 bis 14 die steuerbare Stromquelle 2, während mit 16 der aufzuladende Kondensator bezeichnet ist. 15 stellt ein Kompensationsnetzwerk dar, mit dem durch Bauelemente-Toleranzen verursachte Fehler ausgeglichen werden sollen. Die am Kondensator 16 erscheinende Spannung (u2) wird über einen als Impedanzwandler wirkenden Operationsverstärker 18 und über Eingangswiderstände 19 und 20 auf einen als Vergleicher arbeitenden Operationsverstärker 22 gegeben. Ein dem Eingangswiderstand 20 parallel geschalteter Kondensator 21 dient dabei zur Kompensierung von aus dem Verhältnis Totzeit/Periodendauer herrührenden Fehlern. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 22 ist mit einem aus Widerständen 26 bis 30 und einer Zener-Diode 31 gebildeten Referenzspannungsgeber verbunden. Bei Erreichen dieser Referenzspannung kippt der Operationsverstärker 22 um und steuert einen Transistor 25 durch. Das Umkippen des Operationsverstärkers 22 wird von einer durch einen Widerstand 24 und einen Kondensator 23 gebildeten Mitkopplung unterstützt. Der durchgesteuerte Transistor 25 beaufschlagt nun die Basis eines zweiten, parallel zum Kondensator 16 geschalteten Transistors 17, wodurch der Kondensator 16 entladen wird und infolgedessen der Operationsverstärker 22 wieder zurückschaltet. Der Kondensator 23 sorgt dabei dafür, daß die Mitkopplung nach kurzer Zeit unwirksam wird. Am Ausgang des Operationsverstärkers 22 erscheint also ein Impuls, der nur solange andauert, wie der Kondensator 16 entladen wird.In FIG. 2 there is one possible implementation of the block diagram shown principle. In this case, an operational amplifier 10 and resistors form 11 to 14 the controllable current source 2, while with 16 the capacitor to be charged is designated. 15 illustrates a compensation network with which component tolerances caused errors should be compensated. The one appearing on the capacitor 16 Voltage (u2) is generated via an operational amplifier acting as an impedance converter 18 and via input resistors 19 and 20 to a working as a comparator Operational amplifier 22 given. One connected in parallel to the input resistor 20 Capacitor 21 serves to compensate for the ratio of dead time / period duration resulting errors. The other input of the operational amplifier 22 is with one Reference voltage generator formed from resistors 26 to 30 and a Zener diode 31 tied together. When this reference voltage is reached, the operational amplifier tilts 22 to and controls a transistor 25 through. The overturning of the operational amplifier 22 is formed by a resistor 24 and a capacitor 23 Positive feedback supported. The turned on transistor 25 now acts on the Base of a second transistor 17 connected in parallel to capacitor 16, whereby the capacitor 16 is discharged and, as a result, the operational amplifier 22 again switches back. The capacitor 23 ensures that the positive feedback after a short time Time becomes ineffective. A appears at the output of the operational amplifier 22 Pulse that lasts only as long as the capacitor 16 is discharged.

Die Widerstände 32, 34 und 35 und die Diode 33 dienen zu Festlegung des Arbeitspunktes des Transistors 17.The resistors 32, 34 and 35 and the diode 33 are used for fixing the operating point of transistor 17.

Das Ausgangssignal des Transistors 25 beaufschlagt auch eille Impulse zählende Zählkette 6, wobei Widerstände 37 bis 39 Illld ein Transistor 40 das Ausgaiigssigna]des Transistors tiemiiider Zählkette 6 verwendetell Pegel anpassels. Mit 36 ist scii ief1 icii ein Alasseleiter l)ezei chllet .The output signal of the transistor 25 also acts as a pulse counting counting chain 6, with resistors 37 to 39 Illld a transistor 40 the Ausgaiigssigna] des Transistor tiemiiider counting chain 6 used to adjust level. At 36, scii ief1 icii an Alasseleiter l) ezei chllet.

Claims

1. Method for the electronic measurement of charge quantities, thereby characterized in that a current-proportional voltage drop generated at a measuring resistor is fed to a controllable current source (2) via an input amplifier, whose input-proportional current is used to charge a capacitor (16) is that the voltage applied to the capacitor in a comparator (5) is compared with a reference voltage and that when the reference voltage is reached a pulse is emitted, which is fed as a counting pulse to a counting chain (6) and which at the same time causes the capacitor (16) to discharge.

2.) Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that a current-fed measuring resistor is an input amplifier and a controllable current source (2) are connected downstream that one of the controllable Power source applied, a capacitor (16) containing integration element (3) is connected on the output side to a comparison element (5), that of a reference value transmitter (4) a reference voltage is supplied, and that the output of the comparison element (5) with the input of a counting chain (6) and at the same time with one of the capacitor (16) of the integration element (3) parallel-connected transistor (17) for discharge of the condenser is connected.

L e r s e i t e