DE2164227C3 - Drift-free analog-digital converter - Google Patents

Drift-free analog-digital converter

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DE2164227C3
DE2164227C3 DE19712164227 DE2164227A DE2164227C3 DE 2164227 C3 DE2164227 C3 DE 2164227C3 DE 19712164227 DE19712164227 DE 19712164227 DE 2164227 A DE2164227 A DE 2164227A DE 2164227 C3 DE2164227 C3 DE 2164227C3
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Bizerba Werke Wilhelm Kraut GmbH and KG
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gespeicherter Spannungswert durch eine von der »Elektronik«, Janrgang ivoö, neu ζ una 4, jeweils ' ^stored voltage value by one of the »electronics«, Janrgang ivoö, new ζ una 4, each '^

Vergleichsschaltung (3) bewirkte Verbindung mit auf den Seiten 37 bis 40 und 117 bis 120 Die dor- ; ™Comparison circuit (3) effected connection with on pages 37 to 40 and 117 to 120 Die dor-; ™

einer Spanungsquelle (+ Ub; ~Ub) gewünschten tige Veröffentlichung tragt den Titel »Die Grundlage ;,;a voltage source (+ U b ; ~ U b ) the desired publication is entitled »The basis;,;

Vorzeichens zur Steilheitsanpassung der Säge- 35 digitaler Spannungsmesser« und stammt von Manfred % Sign for the slope adjustment of the saw 35 digital voltmeter «and comes from Manfred %

zahnspannung an das Zeitintervall jeweils beim Klose. Danach erfolgt die Analog-Digitalwandlung i|f tooth tension to the time interval at each Klose. This is followed by the analog-to-digital conversion i | f

Referenzspannungsvergleich veränderbar ist und in der Weise, daß die Meßspannung mit einer linear ~gReference voltage comparison is changeable and in such a way that the measuring voltage with a linear ~ g

daß der Oszillator (6) freilaufend mit konstanter oder treppenförmig ansteigenden Referenzspannung ' »that the oscillator (6) runs freely with a constant or step-like increasing reference voltage ' ! Π »

Taktfrequenz ausgebildet ist. verglichen und bei Meßbeginn em digitale Impulse ' -Clock frequency is formed. compared and at the start of measurement em digital impulses' -

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 zählendes Element, etwa ein elektronischer Zähler, Φ kennzeichnet, daß die von dem Integrator (1) er- angeworfen wird, der bei Gleichheit von Meßspan- r reichte Endspannung (Uc) durch die Zählerend- nung mit der sich ändernden Referenzspannung aus- stellung (nmax) bestimmt ist. gelesen wird, wobei üblichenveise eine Vergleichs- »2. A transducer according to claim 1, characterized overall 30 scoring element, such as an electronic counter, Φ indicates that the ER is cranked from the integrator (1), the measured voltage in case of equality of r handed off voltage (U c) by Counter end is determined with the changing reference voltage exhibition (n max ). is read, whereby usually a comparison »

3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch schaltung vorgesehen ist. Durch die Erfassung der ": gekennzeichnet, daß ein Steuerwerk (8) vorge- 35 bis zur Spannungsgleichheit eingelaufenen Zähl- ι sehen ist, welches durch Abtrennen des Integra- impulse gewinnt man ein digitales Maß für den zu · tors (1) von seiner speisenden Analogspeicher- messenden analogen Spannungswert der Eingangs-3. Converter according to claim 1 or 2, characterized in that a circuit is provided. The detection of the " : " indicates that a control unit (8) is provided, counting which has been entered until the voltage equals, which, by separating the integral pulse, provides a digital measure for the to-tor (1) from its feeding Analog memory measuring analog voltage value of the input

schaltung (2) die Integrator-Endspannung (Uc) spannung IZ1. Nachteilig ist jedoch bei diesen gmnd- 1^circuit (2) the integrator final voltage (U c ) voltage IZ 1 . However, this is disadvantageous in these gmnd- 1 ^

j dann festlegt, wenn der Zähler (5) seinen maxi- legenden Verfahren, daß sowohl Ungenauigkeiten in £ j then defines when the counter (5) uses its maxi-laying method that both inaccuracies in £

malen Zählinhalt (;jma J erreicht hat. 4° der Erzeugung linear ansteigenden Referenzspan- ιpaint count content (; j ma J has reached. 4 ° of the generation of linearly increasing reference span ι

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch ge- nung, d. h., in deren Steilheit, als auch Frequenz- '■ 4. Converter according to claim 3, characterized in that, in the steepness of which, as well as frequency- '■

\. kennzeichnet, daß das Steuerwerk (8) während änderungen des Oszillators als Meßfehler in die Mes- if \. indicates that the control unit (8) during changes in the oscillator as a measurement error in the measurement if

s der Meßphase bei Verschwinden der resultieren- sung eingehen, des weiteren ergeben sich Meß- $■■ s of the measurement phase are included when the result disappears, furthermore measurement $ ■■ results

den Eingangsspannung an der Vergleichsschal- ungenauigkeiten, die sich zu beträchtlich™ Fehlern the input voltage at the comparison circuit inaccuracies, which can lead to considerable ™ errors

tung (3) von dieser gesteuert durch eine Schiebe- 45 addieren können, durch das Driften der verwende- ■$ device (3) controlled by this by a sliding 45 can add, by drifting the used- ■ $

impulsübertragung des Zählerinhalts auf einen ten Bauelemente, Verstärker, VergleichsschaltungenPulse transmission of the counter content to a th component, amplifier, comparison circuit

Speicher (7) veranlaßt. usw. und durch Bauelementabwcichungcn. 'M Memory (7) causes. etc. and by component deviations. 'M

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch ge- Bei dem bekannten Analog-Digitalwandler nach |H|5. Converter according to claim 1, characterized in that in the known analog-digital converter according to | H |

kennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle der erwähnten DT-OS 2108 329 wird so vorgegan- 1^indicates that the reference voltage source of the aforementioned DT-OS 2108 329 is so vorgegan- 1 ^

dem komplimentären Ausgang von dem gleichen 50 gen, daß die dort als Rampenspanniing bezeichnete 'Wthe complementary outcome of the same 50 gene that the 'W

Spannungswert mittels eines invertieicnden Ver- Sägezahnspannung zu vorgegebenen Zeitpunkten ^Voltage value by means of an inverting sawtooth voltage at predetermined times ^

stärkers erzeugt. mit Referenzsignalen in entgegengesetzter Polarität ^stronger generated. with reference signals in opposite polarity ^

fv Wandler nach einem oder mehreren der An- verglichen und ein Rückführschaltkreis vorgesehen &fv converter compared according to one or more of the approaches and a feedback circuit provided &

Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Lsi, der auf dem Oszillator arbeitet und diesen in sei- 1^Proverbs 1 to 5, characterized in that Lsi, who works on the oscillator and this in his- 1 ^

zur Eliniinierung von auf Veränderungen an der 55 ner Frequenz so verstellt, daß Sägezahnspannung Ά for adjusting to changes in the frequency so adjusted that sawtooth voltage Ά

Refcrenzspannunpsquellc zurückgehenden Feh- und Os/illatorfrcquenz einander angeglichen werdenRefrenzspannunpsquellc decreasing error and oscillation frequency are adjusted to each other

lern eine einem zu messenden Wert analoge Fun- bzw. <l;ili die ImpuKzahl in einem Referen/zeitintcr- '*learn a fun or analogue value to be measured <l; ili the number of impulses in a reference / zeitintcr- '*

gangsspannung (Ux) mit Hilfe der Referenzspan- vall bei einer vorgegebenen Zahl gehalten wird. Esoutput voltage (U x ) is kept at a predetermined number with the aid of the reference voltage. It

nungsquelle erzeugbar ist. lassen sich auf diese Weise Meßfehler vermeiden, l«voltage source can be generated. measurement errors can be avoided in this way, l «

60 die auf eine Frequenzänderung des Oszillators un- ί60 which indicate a change in frequency of the oscillator un- ί

abhängig von einer Sleilheitsänderung der Sägezahn- ? depending on a change in slew rate of the sawtooth ?

spannung zurückgehen.tension decrease.

Bekannt ist aus dieser DT-OS 2108 329 (siehe tIt is known from this DT-OS 2108 329 (see t

Die Erfindung bezieht sich auf einen driftfreien S. 18) auch, das Referenzzeitintervall durch Ver- '5iThe invention also relates to a drift-free S. 18), the reference time interval by Ver '5i

Analog-Digitalwandler mit einem eine linear anstei- 65 änderung des Anstiegs der Sägezahnspannung zu wAnalog-digital converter with a linearly steep change in the rise of the sawtooth voltage to w

gende, in ihrer Steilheit veränderbare Sägezahnspan- steuern, wobei die Steilheit der Sägezahnspannung RThe slope of the sawtooth voltage R

nung erzeugendem Sägezahngenerator, einem von so eingestellt wird, daß während des Intervalls eine ·;voltage generating sawtooth generator, one of is set so that during the interval a ·;

einem Oszillator stammende Taktimpulse zählenden feste Impulszahl eingehalten wird.an oscillator originating clock pulses counting fixed number of pulses is observed.

Nachteilig ist jedoch bei dem bekannten Analog-Digitalwandler, daß ein Impulsgenerator oder Oszillator verwendet werden muß, der spannungsgesteuert ist bzw. der allgemein in seiner Frequenz beeinflußt werden kann, so daß ein quarzgesteuerter Oszillator nicht verwendet werden kann. Damit weist der Oszillator bei dem bekannten Analog-Digitalwandler auch nicht die Zitterfreiheit auf, die zur Erzielung einer größeren Auflösung erforderlich ist. Allgemein sei zu dem bekannten Analog-Digitalwandler noch bemerkt, daß dieser äußerst umständlich aufgebaut ist und eine beträchtliche Anzahl von unabhängigen Schaltkreisen besitzt, die selbst wieder ein eigenes Driftverhalten aufweisen, so daß sich auch höhere Genauigkeiten nicht realisieren lassen.However, the disadvantage of the known analog-to-digital converter that a pulse generator or oscillator must be used, which is voltage controlled is or the general frequency can be influenced, so that a crystal-controlled oscillator cannot be used. Thus, the oscillator in the known analog-digital converter nor does it have the freedom from tremors which is necessary to achieve a greater resolution. General it should be noted that the known analog-digital converter is extremely cumbersome and has a considerable number of independent circuits which are in turn their own Have drift behavior, so that higher accuracies cannot be achieved either.

Aus der DT-AS 12 90181 ist ebenfalls ein Analog-Digitalumsetzer bekann*, mit einem eine Sägezahnspannung erzeugendem Sägezahngenerator, wobei die Steigung des Sägezahnsignals von den einen Zähler speisenden Taktimpulsen abhängig gemacht wird in der Weise, daß bei Veränderungen der Taktimpulsfrequenz die Steigung der Sägezahnspannung nachgeregelt wird und man auf diese Weise einen festen Zusammenhang zwischen der Steigung des Sägezahns und der Taktimpulsfrequenz aufrechterhält. Hierzu sind zwei Vergleichsschaltungen erforderlich; von einer Abtastschaltung wird eine vorbestimmte Gruppe von Taktimpulsen abgriffen und einer Rückkopplungsschaltung zugeführt, die aus Summengliedern, Integratoren und einem Steuergalter besteht und die in der Weise arbeitet, daß zu dem Bezugssignal einer Bezugsspannungsquelle ein von der Rückkopplungsschaltung abgeleitetes Signal hinzuaddiert wird. Das gewonnene Summensignal dient dann zur Beaufschlagung des Sägezahngenerators, der sein Ausgangssignal beiden Vergleichern und einem zusätzlichen Summenglied zuführt, das ebenfalls von der Bezugsspannungsquelle beaufschlagt ist. Auch diese Schaltung ist äußerst aufwendig und kann auf Driftspannungen oder sonstige Bauelementveränderungen zurückführende Fehler nicht ausgleichen. Besonders nachteilig ist, daß zwei Vergleicherschaltungen verwendet werden, die unterschiedlich driften können.An analog-to-digital converter is also known from DT-AS 12 90181 *, with one Sawtooth voltage generating sawtooth generator, the slope of the sawtooth signal from the a counter feeding clock pulses is made dependent in such a way that when changes the clock pulse frequency the slope of the sawtooth voltage is readjusted and you in this way maintains a fixed relationship between the slope of the sawtooth and the clock pulse frequency. Two comparison circuits are required for this; from a sampling circuit is a predetermined Group of clock pulses tapped and fed to a feedback circuit, which consists of summers, integrators and a control gate and which operates in such a way that a reference voltage source is added to the reference signal from the feedback circuit derived signal is added. The sum signal obtained then serves to act on the sawtooth generator, which sends its output signal to both comparators and an additional summing element, which is also acted upon by the reference voltage source is. This circuit is also extremely complex and can rely on drift voltages or other Failure to compensate for errors that result in component changes. It is particularly disadvantageous that two Comparator circuits are used that can drift differently.

Schließlich läßt sich der DT-t\S 16 16 050 noch eine Einrichtung zum automatischen Eichen von Analog-Digitalumsetzern mit digitaler Anzeige entnehmen, wobei die Eicheinstellung mit Hilfe eines schrittweise arbeitenden elektrischen Motors vorgenommen wird, der eine Stelleinrichtung zum Fichen des Analog-Umsetzers antreibt.Finally, the DT-t \ S 16 16 050 can still take a device for the automatic calibration of analog-digital converters with digital display, the calibration setting being carried out with the aid of a step-by-step electric motor which drives an adjusting device for fichening the analog converter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne größeren Schaltungsaufwind einen sicher und mit hoher Genauigkeit arbeitenden Digitalwandler zu schaffen, der durch Verknüpfung von Taktfrequenz mit Steilheit der Sägezahnspannung, die auf dem Veischlüsselungsprinzip beruhenden Fehler eliminiert uii(' gleichzeitig die wesentlichen, auf Driftverbalten. Änderungen von Bauelementen. Tempi ι.π urgang u. ι!)·], zurückgehenden Fehler beseil i',tThe invention is based on the object of creating a digital converter that works reliably and with high accuracy without a major increase in circuitry, which by linking the clock frequency with the steepness of the sawtooth voltage eliminates the errors based on the encryption principle uii ('at the same time the essential drift ve r . Changes to components, tempos ι.π urgang u. Ι!) ·], Declining errors beseil i ', t

Zur Lösung dieser Aufgabe gel ι die ; limiting an1 von dem eingangs als bekannt voiai · s.'t/ten drillfreien Analog Digitalwandler u κΙ bes .' ' erfindii'.gsgemäß darin, daß dem Sägezringciu <>· eine Ar llog-Speicherschaltung zugeordn ι ist, ι tson von dein Sägezahngenerator jeweils aifinlegi ■ Mer gespeicherter Spannungswert durch emc vor ck-r Versuchsschaltung bewirkte Verbindung r ι! einer Spannungsquelle gewünschten Vorzeichens zur Steilheitsanpassung der Sägezahnspannung an das Zeitintervall jeweils beiir Referenzspannungsvergleich veränderbar ist, und daß der Oszillator freilaufend mit konstanter Taktfrequenz ausgebildet ist.To solve this problem, the; limiting to 1 of the initially known as voiai · s.'t / ten drill-free analog to digital converter u κΙ bes. ''Erfindii'.gsgemäß that the Sägezringciu <> · an Ar LLOG memory circuit Settings Associated ι is ι t son of your ramp each aifinlegi ■ Mer stored voltage value by emc before ck-r test circuit caused connection r ι! a voltage source of the desired sign for adapting the slope of the sawtooth voltage to the time interval can be changed for each reference voltage comparison, and that the oscillator is designed to run freely with a constant clock frequency.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird unabhängig von der Auslösung des Schiebeimpulses, d. h. der veranlaßten Auslesung des Zählers bei Spannungsgleichstand von Meßspannung und Sägezahnspannung die Integration und damit die Erzeugung des Sägezahns in dem Moment von einem Steuerwerk beendet, wenn der Zähler seinen Maximalwert erreicht hat. Dadurch erzielt man eine Verknüpfung des Zählerstandes mit dem erzeugten Sägezahnsignal, das dann in der anschließenden Eichphase mit einer festen Referenzspannung verglichen und gegebenenfalls in seiner Steilheit für den nächsten MeßzykJus verändert wird.According to an advantageous embodiment, regardless of the triggering of the shift pulse, d. H. the initiated reading of the counter when there is a tie between the measuring voltage and the sawtooth voltage the integration and thus the generation of the sawtooth is terminated by a control unit at the moment when the counter is running Has reached the maximum value. This results in a link between the counter reading and the generated one Sawtooth signal, which is then compared with a fixed reference voltage in the subsequent calibration phase and, if necessary, its slope is changed for the next measurement cycle.

Besonders vorteilhaft ist beim Anmeldungsgegenstand, daß in keiner Weise versucht wird, auf die Schwingfrequenz des Oszillators einzuwirken, daher kann zur Taktimpulserzeugung ein quarzgesteuerter Oszillator verwendet werden, auch führt dies zu einer be*rächtlichen Schaltungsvereinfachung, einer vollständigen Zitterfreiheit der erzeugten Taktimpulse und einer größeren Auslösung.It is particularly advantageous in the subject matter of the application that no attempt is made in any way to the The oscillation frequency of the oscillator can therefore be used to generate the clock pulse using a crystal-controlled Oscillator are used, this also leads to a considerable circuit simplification, a complete one Tremble-free of the generated clock pulses and a larger trigger.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die zu messende analoge Größe, nämlich die Eingangsmeßspannung mit Hilfe der Referenzspannungsquelle erzeugt werden kann, beispielsweise in der Weise, daß die Referenzspannungsquelle gleichzeitig zur Speisung einer Meßbrücke verwendet wird, deren Ausgangssignal daher ein Maß der Veränderung der Brückenwiderstände und der Speisespannung ist. In diesem Falle sind notwendigerweise Meßsignal und Referenzsignal in Meß- und Eichphase gleich, so daß sich, wie leicht einzusehen ist, Veränderungen der Referenzspannungsquelle herausheben, es ist daher auch in diesem Falle nicht erforderlich, zur Stabilisierung der verwendeten Referenzspannungsquellen einen erhöhten Aufwand zu betreiben.Another advantageous embodiment of the invention is that the analog to be measured Size, namely the input measurement voltage can be generated with the help of the reference voltage source, for example in such a way that the reference voltage source simultaneously feeds a measuring bridge is used, the output signal of which is therefore a measure of the change in the bridge resistances and the supply voltage is. In this case the measuring signal and the reference signal are necessarily in The measurement and calibration phases are the same, so that, as is easy to see, there are changes in the reference voltage source emphasize, it is therefore also not necessary in this case to stabilize the used To operate reference voltage sources an increased effort.

Die Vorteile der Erfindung sind daher insbesondere darin zu sehen, daß man eine extrem hohe Meßgenauigkeit erreicht, ohne daß die Anforderungen an die Frequenzkonstanz des Oszillators übertrieben werden müssen, da nach jeder Meßphase zwangsweise geeicht wird und Frequenzänderungen automatisch ausgeglichen werden. Die Meßgenauigkeit des Analog-Digitalwandlers wird durch Driften der Vergleichsschaltung in keiner Weise beeinflußt, daher sind Nullpunktkorrekturen nicht erforderlich, außerdem benötigt jeder Meßzyklus die gleiche Zeit, unabhängig von Polarität und Höhe der Meßspannung.The advantages of the invention are therefore to be seen in particular in the fact that one has an extremely high measurement accuracy achieved without exaggerating the requirements for the frequency constancy of the oscillator must be, since after each measurement phase is forcibly calibrated and frequency changes automatically be balanced. The measuring accuracy of the analog-digital converter is reduced by drifting the Comparison circuit is not affected in any way, so zero point corrections are not required as well each measuring cycle requires the same time, regardless of polarity and level of the measuring voltage.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt Further refinements of the invention are the subject matter of the subclaims and are laid down in them

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbcispiels dt τ Erfindung an Hand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 die Schaltung des \nalog-Digitalwandlers in schematischer Darstellung undIn the following, the structure and mode of operation of an exemplary embodiment dt τ invention are shown on the basis of the figures explained in more detail. 1 shows the circuit of the analog digital converter in schematic representation and

Fig. 2 das Funktionsdiagi imm der sich ändernden Spannungen in Meß- und Eichphase in Abhängigkeit von der Zeil, wobei im unteren Teil auch noch die Zustände der einzelnen Schalter angezeigt sind.
Wie der Schaltung der Fig. 1 entnommen wer-
2 shows the functional diagram of the changing voltages in the measuring and calibration phases as a function of the line, the states of the individual switches also being displayed in the lower part.
As can be seen from the circuit of FIG.

den kann, wird die zu messende Eingangsspanung Ux über den Schalter 53 zum Schaltungspunkt A gegeben und gelangt von dort über den Widerstand Ra an den Eingang der Vergleichsschaltung 3. Weiterhin sind noch vorgesehen eine Analog-Speicherschaltung 2, ein als üblicher Integrator geschaltete Sägezahngenerator 1 und eine Referenzspannungsquelle 4 mit komplementärem Ausgang. Die Referenzspannung läßt sich dabei über die Schalter Sl und S 2 jeweils auf den Schaltungspunkt A legen. The input voltage U x to be measured is sent via switch 53 to circuit point A and from there reaches the input of comparison circuit 3 via resistor R a 1 and a reference voltage source 4 with a complementary output. The reference voltage can be applied to circuit point A via switches S1 and S2.

Der Ausgang der Vergleichsschaltung 3 steuert ein Steuerwerk 8. dieses wiederum einen Vorwärts-Rückwärtszähler 5 sowie einen Speicher 7; der Vorwärts-Rückwärtszähler ist von einem Taktgenerator 6 mit Taklimpuls beaufschlagt.The output of the comparison circuit 3 controls a control unit 8, which in turn controls an up / down counter 5 and a memory 7; the up-down counter is from a clock generator 6 acted upon with Taklimpuls.

Die Wirkungsweise ist folgende, wobei zunächst auf die Meßphase eingegangen wird. Vor Beginn der Meßphasc wird der Sägezahngenerator, nämlich der Integrator 1, durch Schließen des Schalters 5, der ihnThe mode of operation is as follows, with the measurement phase being discussed first. Before the start of the The sawtooth generator, namely the integrator 1, is measured by closing the switch 5 that controls it

dem Bezugsz;eichen Uc bezeichnet. Durchlaufen Zähler und Integrator den Wert Null, so wird der Zählrichtungsschalter 58 im Steuerwerk von »Rückwärtszähler« auf »Vorwärlszähler« umgeschaltet und der Zähler zählt nunmehr aufwärts, so daß Zähler 5 und Integrator 1 weiterhin parallel laufen. Ist dann die Ausgangsspannung des Integrators Uc negativ gleich der unbekannten Meßspannung Ux (Zeitpunkt /„), was einem Null-Werden der Eingangs-the reference number U c . If the counter and integrator pass through the value zero, the counting direction switch 58 in the control unit is switched from "down counter" to "advance counter" and the counter now counts up so that counter 5 and integrator 1 continue to run in parallel. If the output voltage of the integrator U c is then negative equal to the unknown measurement voltage U x (time / "), which means that the input

»o spannung Uv der Vergleichsschaltung 3 entspricht, dann löst die Vergleichsschaltung 3 über das Steuerwerk 8 einen Schiebeimpuls aus, der den momentanen Zählerinhalt in den Speicher 7 überträgt. Im Speicher 7 ergibt sich damit ein Zählerstand, derIf the voltage U v corresponds to the comparison circuit 3, the comparison circuit 3 then triggers a shift pulse via the control unit 8 which transfers the current counter content to the memory 7. In the memory 7 there is thus a counter reading that

dem Wert der zu messenden Spannung U1 entspricht.corresponds to the value of the voltage to be measured U 1 .

F-'iir den Fall, daß die zu messende Spannung Ux For the case that the voltage to be measured U x

negativ ist. entsteht der Schiebeimpuls bereits in der Phase, in der der Zähler 5 rückwärts zählte. Dieis negative. the pushing impulse occurs already in the Phase in which the counter 5 counted down. the

damit hat der Integrator 1 seinen unteren Extremwert erreicht, da keine weitere zu integrierende Spannung mehr zur Verfugung steht und gleichzeitig blib d 2'h h lbthe integrator 1 has thus reached its lower extreme value, since there is no further value to be integrated More tension is available and at the same time blib d 2'h h lb

Meßphase ist damit beendet, und eine eindeutige Zuordnung der Frequenz der Taktimpulse zu dem Intcgrator-Endwcrt ist ebenfalls erreicht, d. h ,The measuring phase is thus ended, and a clear assignment of the frequency of the clock pulses to the The end of the integrator has also been reached; H ,

Infotmaiion für die Polarität der zu messenden Span-Infotmaiion for the polarity of the span to be measured

mit einer Spannungsquelle 17,, vorgegebener Span- 20 nung läßt sich daher der Stellung des Zählrichtungs-with a voltage source 17 ,, predetermined voltage, the position of the counting direction can be

nung verbindet, hochgefahren, bis er seinen oberen schalters 58 entnehmen. Sie wird, ebenfalls durchconnection, powered up until it removes its upper switch 58. She will, too, through

Anschlagspunkt erreicht hat. Dieser Wert und damit den Schiebeimpuls, in einen VorzeichenspeicherHas reached the stop point. This value and thus the shift pulse in a sign memory

auch die Spannung der Spannungsquelle 17,, liegt übernommenthe voltage of the voltage source 17 ,, is also taken over

höher als die Spannung, die von der Referenzspan- Anschließend laufen jedoch Zähler 5 und Intenungsquelle 4 erzeugt wird und durch Schließen des 25 giator weiter, und zwar unabhängig von der Aus-Schalters 51 oder 52 zum Schaltungspunkt A ge- lösung des Schiebeimpulses durch die Vergleichslangt. Der Voiwärts-Rückwärtszähler 5 steht dabei schaltung 3 und die Übernahme des momentanen aus seinem Maximalwert nmas, den er in der vorher- Zählerstandes in den Speicher 7, bis der Zähler gehenden Meßphase erreicht und der darauffolgenden seinen Extremwert erreicht hat. In diesem Augen-Eichphase beibehalten hat. Die Meßphase selbst wird 30 blick wird der Zähltakt über das Steuerwerk vom dann entweder durch ein externes Triggersignal aus- Zähler genommen und der Schalter 54 geöffnet, gelöst oder durch das Steuerwerk 8 automatisch eingeleitet. Hierzu wird der Schalter S5 geöffnet undhigher than the voltage that is then generated by the reference voltage, however, counter 5 and intensity source 4 and continues by closing the gate, regardless of the off switch 51 or 52 to circuit point A, the shift pulse is resolved by the comparison . The up-down counter 5 is thereby circuit 3 and the takeover of the current from its maximum value n mas , which it in the previous counter reading in the memory 7 until the counter reaches the measuring phase and the next one has reached its extreme value. Has maintained this eye calibration phase. The measuring phase itself is viewed, the counter clock is then either excluded by an external trigger signal via the control unit and the switch 54 is opened, released or automatically initiated by the control unit 8. To do this, switch S5 is opened and

die Schalter 54 und 52 geschlossen. Damit liegt __ ^switches 54 and 52 closed. This is __ ^

einmal die invertierte, also komplementäre Referenz- 35 bleibt der 2'ähler, wie soeben erwähnt, selbstverspannunu Urc, am Schaltungspunkt A und gelangt ständlich auf seinem Maximalwert «„.,„ stehen, die über den Widerstand R0 auf den Eingang der Vergleichsschaltung 3, zum anderen wird der Integrator 1
über den Schalter S4 mit der von der Analog-Speicherschaltung 2 bereitgestellten Konstantspan- 40 Oszillator und Sägezahngenerator in Form des Intenung Uc an seinem einen Eingang beaufschlagt und grators 1 sind miteinander verknüpft, beginnt diese in üblicher Weise aufzuintegrieren. Es Das Steuerwerk löst nunmehr zwangsweise die kommt zu dem Augenblick, an welchem die am Eichphase aas, wozu zusätzlich der Schalter S3 geAusgang C des Integrators 1 anstehende Integrator- öffnet und außerdem die Schalter Sl und S6 gespannung negativ gleich ist der invertierten Referenz- 45 schlossen werden. Das Öffnen des Schalter; S3 spannung und daher die Spannung am Eingang der nimmt die Eingangsmeßspannung vom Schaltungs-Vergleichsschaltung 3 zu Null wird. Diese Spannung punkt A weg, und durch Schließen des Schalters Sl ist in dem Funktionsdiagramm als Ux bezeichnet und wird an diesem Punkt die nichtinvertierte Referenzdurch die ausgezogene Linie dargestellt. Die Span- spannung Urr, angelegt. Durch den Schalter S6 (bei nun° U, am Eingang der Vergleichsschaltung 3 wird 5° geöffnetem Schalter 54, d h. eine Unterbrechung zuirT Zeitpunkt f, Null. In diesem Moment schaltet zwischen der Analog-Speicherschaltung 2 und dem die Vergleichsschaltung 3 über das Steuerwerk 8 die Integrator 1' wird die Analog-Speicherschaltung mit Taktimpulse des Oszillators oder Taktgenerators 6 einer Spannungsquelle wählbaren Vorzeichens, nämauf den Vorwärts-Rückwärtszähler 5. gleichzeitig Hch entweder mit -t- UB oder — UB verbunden. Zu-■svird der Schalter 52 geöffnet und der Schalter S3. 55 nächst liegt jedoch am Schaltungspunkt A die Refeder die Eingangsmeßspannung Ux mit dem Schal- renzspannurg Urct an. und die Vergleichsschaltung3 tungspunkt A verbindet, geschlossen. Dadurch springt
die Spannung an diesem Punkt zum Zeitpunkt r, auf
Once the inverted, i.e. complementary, reference value, the counter remains, as just mentioned, self-tensioning U rc , at circuit point A and constantly reaches its maximum value, which is sent to the input of the comparison circuit via resistor R 0 3, on the other hand the integrator 1
Via the switch S4 with the constant voltage 40 oscillator and sawtooth generator provided by the analog memory circuit 2 in the form of the Intenung U c applied to its one input and grators 1 are linked to one another, this begins to integrate in the usual way. The control unit now forcibly solves the moment at which the integrator opened at the calibration phase, for which the switch S3 geOutput C of the integrator 1 is also open and the switches S1 and S6 voltage negative, the inverted reference 45 is closed will. Opening the switch; S3 voltage and therefore the voltage at the input that takes the input measurement voltage from the circuit comparison circuit 3 and becomes zero. This voltage point A away, and by closing the switch Sl is designated in the function diagram as U x and at this point the non-inverted reference is represented by the solid line. The voltage U rr applied. The switch S6 (at now ° U, at the input of the comparison circuit 3) switches 54 open to 5 °, i.e. an interruption at time f, to zero. At this moment, the comparison circuit 3 switches between the analog memory circuit 2 and the control unit 8, the integrator 1 ', the analog memory circuit with clock pulses of the oscillator or clock generator 6 of a power source selectable sign, nämauf the up-down counter 5. Hch simultaneously with either -t-UB or - connected UB supply ■ svird the switch 52nd open and the switch S3.55 is next, however, at circuit point A, the reference spring, the input measurement voltage U x with the switching voltage U rct , and the comparison circuit 3 connects to point A, closed
the voltage at this point at time r

UCIl WCIl Ui-I UUUVBU1.UIV.. i<i«.kn>jsuusiui»t, —.- ^p....UCIl WCIl Ui-I UUUVBU1.UIV .. i <i «.kn> jsuusiui» t , --.- ^ p ....

nung am Schaltwngspunkt A ist in dem
diagramm der Fig. 2 strichpunktiert mit jeweils einem Doppelpunkt zwischen den Strichen gekennzeichnet. Nunmehr laufen Integrator 1 und Zähler
voltage at switching point A is in the
The diagram of FIG. 2 is indicated by dash-dotted lines, each with a colon between the lines. Integrator 1 and counter are now running

von ihren Extremwerten rückwärts gegen Null, wobei „ der Zählerstand zu jedem Augenblick ein Maß für 65 und leitet einen geeigneten Spannungsimpuls auf diefrom their extreme values backwards towards zero, where " the counter reading at any moment a measure for 65 and sends a suitable voltage pulse to the

die Spannung am Integrator, d. h. für die Spannung Analog-Speicherschaltung, erhöht also deren Kon-the voltage at the integrator, d. H. for the voltage analog memory circuit, so increases its con-

am Schaltungspunkt C ist. Im Flußdiagramm ist stantspannung Uc oder verringert diese Spannung,at circuit point C. In the flow diagram is the constant voltage U c or reduces this voltage,

diese Spannung als strichpunktierte Spannung mit Nach dem Abgleich werden dann die Schalter Slthis voltage as a dot-dash voltage with After the adjustment, the switches S1

hat Gelegenheit, die Übereinstimmung dieser Referenzspannung mit der Integrator-Endspannung amhas the opportunity to match this reference voltage with the integrator end voltage on

D..-1* Γ ·>.. ::u~-~--:c 1 :-4. u — Um»» AH-D ..- 1 * Γ ·> .. :: u ~ - ~ -: c 1: -4. u - To »» AH-

* ui..vL »~ t-u uifVipiuiVU UIlU JwUw 11V/W11 3U n.vi.«. » »~* ui..vL »~ t-u uifVipiuiVU UIlU JwUw 11V / W11 3U n.vi.«. »» ~

Fluß- 6° weichung festzustellen. Ist eine Abweichung feststellbar, was bei entsprechend ausgelegter Verstärkung der Vergleichsschaltung 3 nahezu immer der Fall ist, dann schließt die Vergleichsspannung 3 auch noch den Schalter 57 in beliebiger Richtung Flux deviation of 6 ° to be determined. If a discrepancy can be determined, which is almost always the case with an appropriately designed gain of the comparison circuit 3, then the comparison voltage 3 also closes the switch 57 in any direction

und 56 wieder geöfTnet und die Schalter 55 und 52 geschlossen, d. h. es wiederholt sich der eingangs schon beschriebene Zyklus. Durch das Schließen des Schallers 55 wird der Integrator auf einen oberen oder unteren Anschlagpunkt, auf jeden Fall auf einen Extrempunkt gefahren und der Zählrichtungsschalter wieder auf »rückwärts« gelegt. Damit ist auch die Eichphasc beendet, und clic Meßphase kann erneut entweder automatisch oder durch Triggerung eingeleitet werden.and 56 reopened and switches 55 and 52 closed, i. H. the beginning is repeated cycle already described. By closing the Schaller 55, the integrator is on an upper or lower stop point, definitely driven to an extreme point and the counting direction switch put back on "backwards". This also ends the calibration phase, and the measurement phase can be repeated initiated either automatically or by triggering.

Die Abtastung der Analog-Speicherschaltung durch den Integrator 1 erfolgt selbstverständlich äußerst hochohmig, im übrigen sind die Betäligungszeiten für den Schalter 57 und die Bemessung der Analog-Speicherschaltung 2 so ausgelegt, daß bei Inbetriebnähme die richtige Spannung Uc nach wenigen Meß-The sampling of the analog memory circuit by the integrator 1 is of course extremely high-resistance, otherwise the operating times for the switch 57 and the dimensioning of the analog memory circuit 2 are designed so that the correct voltage U c after a few measuring

zyklen erreicht und damit nach Beendigung der Meßphase die Integratorspannung Uc negativ gleich der Referenzspannung Uref ist.cycles and thus after the end of the measuring phase the integrator voltage U c is negative equal to the reference voltage U ref .

Es ist ersichtlich, daß für Meß- und Eichphase lediglich eine einzige Vergleichsschaltung benötigt wird, so daß sich deren Driftverhalten vollständig heraushebt.It can be seen that only a single comparison circuit is required for the measurement and calibration phases so that their drift behavior stands out completely.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin, daß sich für bestimmte Anwendungsfälle die zu messende unbekannte analoge Größe mit Hilfe der schon erwähnten Referenzspannungsquelle 4 erzeugen läßt, beispielsweise, wenn sie als Speisespannung für eine Brücke verwendet wird, deren Widerstandsänderung ein Maß für die zu messende Größe ist, so daß die Meßgcnauigkeit auch noch von dem Verhalten der Referenzspannungsquelle unabhängig wird.It is also particularly advantageous that, for certain applications, the unknown to be measured analog quantity can be generated with the aid of the reference voltage source 4 already mentioned, for example, if it is used as a supply voltage for a bridge, the change in resistance is a measure for the variable to be measured, so that the measurement accuracy also depends on the behavior of the reference voltage source becomes independent.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

ι 2 ι 2 Zähler, einer bei Obereinstimmung einer Eingangs- "'Counter, one when an input "' .. , meßspannung mit der Sägezahnspannung durch.., measuring voltage with the sawtooth voltage Patentansprüche: Si°nalgabe die Auswertung des Zählerinhalts ermög-Claims: Si ° nalgabe enables the evaluation of the counter contents Ji ■* -^m lichenden Vergleichsschaltung und mit zwei gleichJi ■ * - ^ michenden comparison circuit and with two equal I.DriMhtoAnato|.I>^^«mtmffli "^^^spannungsquellen entgegengesetzterI.DriMhtoAnato | .I> ^^ «mtmffli" ^^^ sources of tension in opposite directions eine linear ansteigende, in ihrer Steilheit ver 5 B die jewei]s zu Beginn und Ende eines ca linearly rising, steepness ver 5 B the respective at the beginning and end of a c änderbare Sägezahnspannung erzeugendem Sage- roidr , j' Anzahl von Taktimpulsen t*Sage roidr, j ' number of clock pulses t *, which generates sawtooth voltage zahngenerator, einem von f™^«^ KS Zeitinlrvalls, in welchem auch die Meß- *tooth generator, one of f ™ ^ «^ KS time intervals in which the measuring * mende Takümpulse zahlenden Zahler einer bei oe Sägezahnspannung verglichen r mende clock pulse paying counter with a sawtooth voltage compared r Übereinstimmung einer Eingangsmeßspannung pnaseuegi,Agreement of an input measurement voltage pnaseuegi, mit der Sägezahnspannung durch Signalgabe die io wem«ι. ^ajog.Digitaiwandler ist bekannt aus )' with the sawtooth voltage by signaling the io whom «ι. ^ ajog.Digitaiwandler is known from ) ' Auswertung des Zählerinhalts ermöglichenden El«™ Qg 32| ^esenllich bei Analog-Digi- if Evaluation of the counter content enables El «™ Qg 32 | ^ Esenllich for analog digi if Vergleichsschaltung und mit zwei gleich^ großen de :U U> ^ ^ ^ ^ ^ Comparison circuit and with two equal ^ large de : U U> ^ ^ ^ ^ ^ Referenzspannungsquellen entgegengesetzter Po- »ü«^ Grüblicherweise ^fReference voltage sources of opposite Po- »ü« ^ Gr " usually ^ f larität. die jeweils zu Beginn und Ende eines zur^ S d Größe umzu_ Ul larity. each at the beginning and end of a to ^ S d size umzu _ ul durch eine vorgegebene Anzahl vor Taktimpul- iS ^tiijd. >P ^t höherer Genauigkeit gearbeitetby a predetermined number before clock pulse i S ^ tiijd. > P ^ t higher accuracy worked sen bestimmten Zeitintervals, in welchem auch ™^O n a auch läßt sich das umgewandelte Meß- ξsen certain time interval, in which also ™ ^ O n a can also be the converted measurement ξ die Meßphase liegt, mit der Sagezahnspannung ^™/3^^ besser weiterverarbeiten und .f the measuring phase is, process better with the sawtooth tension ^ ™ / 3 ^^ and .f verglichen werden, dadurch g^ennzeich- ^V™ bekannte Analog-Digitalwandler, '*be compared, thereby g ^ ennzeich- ^ V ™ known analog-digital converter, '* net, daß dem Sägezahngenerator (1) eine Analog- uDenragciK ^_:^_ ::u^_„ „u„;L „T.t j.. n..:.net that the sawtooth generator (1) has an analogue uDenragciK ^ _ : ^ _ :: u ^ _ "" u ";L" Tt j .. n ..:.
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