DE2060786B2

DE2060786B2 - Vorrichtung zum zeitlichen integrieren einer mess-spannung

Info

Publication number: DE2060786B2
Application number: DE19702060786
Authority: DE
Inventors: Ernst Spreitzhofer
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1970-12-10
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1375005A; DE2060786A1; IT943718B; NL7116897A; US3774018A

Description

gangenen Integrationsvorgaiig und der zugehörigen Spannungsteiler-Schaltstellimg entspricht.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß die Meßbereichsumschaltung über Flip-Flops (FFl. FFl, FF3) erfolgt, die von den Zählimpulsen geschaltet werden, und daß die Flip-Flops von den Grenzwertschaltern (AT₁, K.,) über eine Logikschaltung (/1, II, Cl, 6'2, G3) nach Maßgabe des geforderten Meßbereichs in Schaltbereitschaft versetzbar sind. ίο

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer in Form eines Integrators mit Rückintegration;

F i g. 2 zeigt den zugehörigen Verlauf des Ausgangssignals:

F i g. 3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In F i g. 1 enthält der Spannungs-Frequenz-Umsetzer einen Integrator mit einem Verstärker Vl mit hohem Verstärkungsgrad, einem ohmschen Widerstand Rl, über den an dem Verstärker eine Eingangsspannung Ue anliegt, und einem Kondensator Cl im Gegenkopplungskreis. Eine solche Schaltung ist ein sogenannter »Miller-Integrator«, und das Ausgangssignal Uc ist gleich dem Zeitintegral des Eingangssignals U_e. Wenn das Ausgangssignal U_n einen vorgegebenen Schwellwert erreicht hat, dann wird durch einen Fühler F zweierlei ausgelöst: Es wird ein Zählimpuls abgegeben, und über einen Widerstand Rl wird auf den Eingang des Verstärkers Vl ein Signal mit einer genormten Spannungs-Zeit-Fläche für die Rückintegration gegeben. Es entsteht dann am Ausgang des Integrators ein Signalverlauf von U_c, wie er in F i g. 2 dargestellt ist, und es werden Impulse erzeugt, deren Frequenz proportional zu dem Eingangssignal Ue ist und von denen jeder einem Zeitintegral von Ue gleich der genormten Spannungs-Zeit-Fläche entspricht.

Durch einen Spannungsteiler kann, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 294 052 beschrieben ist, eine Meßspannung um Faktoren von z. B. 10 oder 100 heruntergeschaltet werden, so daß Ue auch bei hohen Meßspannungen in einem günstigen Bereich liegt. Dafür werden die dann erhaltenen Impulse mit einem entsprechenden höheren Stellenwert im Zähler gezählt.

Wenn nun beispielsweise die Umschaltung im Zeitpunkt I₁ (F i g. 2) kurz vor Erreichen des Schwellwertes erfolgt, dann wird der kurz darauf erzeugte Zählimpuls vom Zähler mit z. B. dem Stellenwert »10« gezählt, obwohl die Integration bis zum Zeitpunkt Z₁ noch keineswegs mit einer um den Faktor 10 abgeschwächten Meßspannung erfolgt war. Um das zu vermeiden, ist die in F i g. 3 dargestellte Schaltung für die Meßbereichsumschaltung vorgesehen.

Mit K_x und A'.. sind zwei Grenzwertschalter bezeichnet, die wie folgt ansprechen:

Meßbereich	A',	K .
1	0	0
	L	0
3	L	L

Die Umschaltung der Meßbereiche erfolgt durch drei Flip-Flops FFl, FFl und FF3. Die Flip-Flops FFl bis FF3 werden parallel von den Zählimpulsen des Spannungs-Frequenz-Umsetzers AD Wangesteuert, jedoch schaltet jeweils nur dasjenige Flip-Flop um, welches über einen Steuereingang in Schaltbereitschaft versetzt ist. An diesen Steuereingängen liegen UND-Glieder Cl, Gl und C3. Die UND-Glieder Cl, Gl und G3 werden von den Grenzwertschaltern wie folgt gesteuert:

An einem Eingang des ersten UND-Gliedes Cl liegt der Grenzwertschalter K₁ über eine Umkehrstufe I₁, und an dem anderen Eingang des UND-Gliedes G1 liegt über eine zweite Umkehrstufe /» der Grenzwertschalter K₂.

An einem Eingang des zweiten UND-Gliedes C2 liegt über die Umkehrstufe L der Grenzwertschalter K₂, und an dem anderen Eingang des zweiten UND-Gliedes G 2 liegt der Grenzwertschalter K₁.

An einem Eingang des dritten UND-Gliedes G3 liegt der Grenzwertschalter K₁ und an dem anderen Eingang des dritten UND-Gliedes G3 liegt der Grenzwertschalter Kl.

Es ergibt sich folgende Wahrheitstabelle für das Zeitintervall t„ vor dem umschaltenden Zählimpuls und für das Zeitintervall I_n^₁ nach diesem Zählimpuls:

	K,	FFl	FFl	FF 3
			'n+[
0	0	L	0	0
L	0	0	L	0
L	L	0	0	L

Man erhält also die richtige Umschaltung, wenn FFl den ersten, FF2 den zweiten und FF3 den dritten Meßbereich einschaltet.

Die Wirkungsweise der Logikschaltung kann leicht verifiziert werden und wird an einem Beispiel für den ersten Meßbereich erläutert:

Im ersten Meßbereich sind K₁ und K₂ gleich 0. Die Umkehrstufen/1 und 11 sind L. Das UND-Glied Gl ist L, während G2 und G3 am Ausgang 0 liefern. FFl ist in Schaltbereitschaft, und nach dem Zählimpuls zu Beginn der Rückintegration geht FFl in den Zustand ■>£.«.

Sinngemäßes gilt auch für den zweiten und dritten Meßbereich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims

1 2 die Meßspannung anliegt, einem Integrator, der bei Patentansprüche: Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes der inte grierten Spannung einen Zählimpuls abgibt und auf

1. Vorrichtung zum zeitlichen Integrieren einer Null zurückgestellt wird, als Spannungs-Frequenz-Meßspannung mit einem stufenweise umschalt- 5 Umsetzer zum Umsetzen der von dem Spannungsteiler baren Spannungsteiler, an dem die Meßspannung abgegriffenen Spannung in eine dazu proportionale anliegt, einem Integrator, der bei Erreichen eines Zählimpulsfrequenz, einem Zähler, der mit dieser vorgegebenen Schwellwertes der integrierten Span- Signalfrequenz über einen Zählwertigkeitsumschalter nung einen Zählimpuls abgibt und auf Null zurück- beaufschlagt ist, und Grenzwertschaltern, durch die gestellt wird, als Spannungs-Frequenz-Umsetzer io bei Überschreiten vorgegebener Größen der Meßzum Umsetzen der von dem Spannungsteiler ab- spannung eine gegensinnige Umschaltung von Spangegriffenen Spannung in eine dazu proportionale nungsteiler und Zählwertigkeitsumschalter (Meß-Zählimpulsfrequenz, einem Zähler, der mit dieser bereichsumschaltung) auslösbar ist.
Signalfrequenz über einen Zählwertigkeitsumschal- Solche Schaltungsanordnungen sind bekannt, beiter beaufschlagt ist, und Grenzwertschaltern, durch 15 spielsweise durch die deutsche Patentschrift 1 294 052. die bei Überschreiten vorgegebener Größen der Bei den Spannungs-Frequenz-Umsetzern wird üblicher-Meßspannung eine gegensinnige Umschaltung von weise durch einen Miller-Integrator das Eingangs-Spannungsteiler und Zählwertigkeitsumschalter signal bis zu einem Schwellwert integriert. Wenn (Meßbereichsumschaltung) auslösbar ist, d a- dieser Schwellwert am Ausgang des Miller-Integrators durch gekennzeichnet, daß die Meß- 20 erreicht ist, wird ein Zählimpuls abgegeben und gleichbereichsumschaltung nach Maßgabe der Grenz- zeitig eine genormte Spannungs-Zeit-Fläche auf den wertscbaltersignale aber erst durch einen Zähl- Eingang geschaltet, welche eine Rückintegration beimpuls erfolgt. wirkt. Bei bekannten Anordnungen zur Meßbereichs-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- umschaltung kann die Meßbereichsumschaltung in kennzeichnet, daß die Meßbereichsumschaltung 25 jedem Zeitpunkt dieses Integrations- und Rückinteüber Flip-Flops (FFl, FFl, FF3) erfolgt, die von grationszyklus erfolgen. Dabei kann es auch vorden Zählimpulsen geschaltet werden, und daß kommen, daß die Meßbereichsumschaltung in einem die Flip-Flops von den Grenzwertschaltern (K₁, K₂) Zeitpunkt erfolgt, in welchem der Ausgang des Millerüber eine Logikschaltung (/I₅ II, Gl, Gl, GS) Integrators gerade bis dicht unter den Schwellwert nach Maßgabe des erforderten Meßbereichs in 30 angestiegen war. In diesem Falle tritt eine Über- oder Schaltbereitschaft versetzbar sind. Unterbewertung des dann erzeugten Zählimpulses

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet ein. Wenn beispielsweise die Integration eines Eindurch gangssignals U_e mit einem Meßbereichsfaktor »1«

- . , . . _, erfolgt, dann wird das volle Signal von dem Miller-

a) einen ersten und einen zweiten Grenzwert- _g5 integrator i_nteg_rj_{ert un}d jeder Zählimpuls im Zähler

f.of¹ ^¹' 1 ?^{}) V0}" ^{enen m el}"^em ??? mit »1« bewertet. Erfolgt kurz vor Erreichen des

Meßbereich keiner, in einem zweiten Meß- Schwellwertes am Ausgang des Miller-Integrators

bereich der erste und m einem dritten Meß- _{die Umschaltung um den} Meßbereichsfaktor »10«,

bereich beide ansprechen, _{dann wird der kurz danmf erscheinende} Zählimpuls,

b) em erstes, em zweites und em drittes Flip- _4<J obwohl er im wesentlichen auf einer Integration des Flop (FFl, FFl, FFS) zur Einschaltung des _vou_en Signals beruht, vom Zähler mit »10« bewertet, ersten, zweiten und dritten Meßbereichs, die d. h. auf den Zehnereingang geschaltet. Für den nächstparallel von den Zählimpulsen des Spannungs- folgenden Impuls ist diese Bewertung wieder richtig, Frequenz-Umsetzers (A-D-W) ansteuerbar da dieser Impuls nach der Umschaltung des Span- und über je einen Eingang in Schaltbereit- ₄₅ nungsteilers auf einer Integration des Eingangsschaft versetzbar sind, signals U_e mit einer um den Faktor »10« verminder-

c) eine Logikschaltung mit einem ersten, einem ten Amplitude beruht. Durch die Umschaltung kann zweiten und einem dritten UND-Glied (Gl₅ aber ein nicht zu vernachlässigender Fehler in dem Gl, GS) an je einem der Schaltbereitschafts- Integral hervorgerufen werden.

Eingänge der Flip-Flops (FFl, FFl, FFS) 50 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine und zwei Umkehrstufen (I₁, I₂), wobei der Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszu-Ausgang des ersten Grenzwertschalters an bilden, daß eine Über- oder Unterbewertung von je einem Eingang des zweiten und des dritten Zählimpulsen in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der UND-Gliedes (Gl, GS) sowie über die eine Meßbereichsumschaltung vermieden wird.
Umkehrstufe (/1) an einem Eingang des 55 Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß ersten UND-Gliedes (Gl) liegt und der Aus- die Meßbereichsumschaltung nach Maßgabe der gang des zweiten Grenzwertschalters an dem Grenzwertschaltersignale aber erst durch einen Zähizweiten Eingang des dritten UND-Gliedes impuls erfolgt.

(GS) sowie über die andere Umkehrstufe (Z₂) Es wird also nach der Erfindung nicht unmittelbar

an den zweiten Eingängen des ersten und des 60 von den Grenzwertschaltersignalen die Meßbereichszweiten UND-Gliedes (Gl, Gl). umschaltung bewirkt, sondern diese erfolgt jeweils

durch einen Zählimpuls, während die Grenzwert-

Schaltersignale nur bestimmen, ob der nächste Zählimpuls eine Umschaltung auslösen soll oder nicht. 65 Auf diese Weise wird sichergestellt, daß eine Meß-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeit- bereichsumschaltung jeweils nur zu Beginn der Rücklichen Integrieren einer Meßspannung mit einem integration stattfinden kann und jeder Zählimpuls stufenweise umschaltbaren Spannungsteiler, an dem mit dem Stellenwert gezählt wird, der dem vorange-