DE2214602C3 - Verfahren und Vorrichtung zum digitalen Messen schwacher elektrischer Gleichsignale - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum digitalen Messen schwacher elektrischer GleichsignaleInfo
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Description
des Integrators auf Null als Maß füV das Gleich- .
signal verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß vorher die in der Meßanord- . ,. ,
ming entstehende Pefalerspannung während des Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen vorgegebenen Zeitintervalls integriert und dann 15 Messen eines schwachen Gleichsignals, indem das invertiert wird und der so gewonnene Wert auf Gleichsignal während eines vorgegebenen Zeitmterdeu iategrator gegeben wird. valls linear auf einen Integrator gegeben wird und
ming entstehende Pefalerspannung während des Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen vorgegebenen Zeitintervalls integriert und dann 15 Messen eines schwachen Gleichsignals, indem das invertiert wird und der so gewonnene Wert auf Gleichsignal während eines vorgegebenen Zeitmterdeu iategrator gegeben wird. valls linear auf einen Integrator gegeben wird und
2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch ge- dieser unter Verwendung einer Bezugsspannung linear
kennzeichnet, daß in einem ersten Funktions- bis auf Null entladen wird, wobei die Zeit zum Ent-•bschnitt
der Integrator von der Fehlerspannung 20 laden des Integrators auf Null gemessen wird
während eines vorgegebenen Zeitraumes linear Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine geladen wird, daß während eines zweiten Funk- Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, m:t tionsabschnittes der Integrator unter Mitwirkung einer Einrichtung zum Erzeugen einer Bezugsspaneiner Bezugsspannung mit gegenüber der Fehler- nung, mit einem Operationsverstärker, mit einer spannung entgegengesetztem Vorzeichen linear 25 ersten Weiche zum abwechselnden Verbinden des entladen wird, sodann von der Bezugsspannung Operationsverstärkers mit einem Signaleingang und während eines gleichen Zeitintervalle, wie es zum mit Masse, mit einem Integrator, mit einer zweiten Entladen desselben auf Null erforderlich war, Weiche zum abwechselnden Verbinden des Eingangs wieder geladen wird, daß während eines dritten des Integrators mit der Bezugsspannungsquelle bzw. Fun.ktionsabschnittes mit einer Zeitdauer entspre- 30 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers, mit chend dem ersten Funkticnsabschnitt der Integra- einem Zähler für Taktimpulse, mit logischen Schaltor entladen wird und sodann von der Gesamt- tungen zum Steuern der Umschaltung der Weichen, spannung linear geladen wird und daß während und mit einem Nulldeiektor zum Feststellen des Nulleines vierten Funktionsabschnittes der Integrator durchganges der Ausgangsspannung des Integrators, von der Bezugsspannung linear bis auf Null ent- 33 Es ist bereits eine Meßvorrichtung bekannt (DT-PS laden wird, wobei diese Entladezeit ah Maß für 1 270092), bei der der Nullpunktfehler eines Gleichdie von Fehlerspannungen befreite Signalspan- Stromverstärkers dadurch zu beheben versucht wird, nung verwendet wird. daß in kurzen Zeitabständen der Verstärkereingang
während eines vorgegebenen Zeitraumes linear Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine geladen wird, daß während eines zweiten Funk- Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, m:t tionsabschnittes der Integrator unter Mitwirkung einer Einrichtung zum Erzeugen einer Bezugsspaneiner Bezugsspannung mit gegenüber der Fehler- nung, mit einem Operationsverstärker, mit einer spannung entgegengesetztem Vorzeichen linear 25 ersten Weiche zum abwechselnden Verbinden des entladen wird, sodann von der Bezugsspannung Operationsverstärkers mit einem Signaleingang und während eines gleichen Zeitintervalle, wie es zum mit Masse, mit einem Integrator, mit einer zweiten Entladen desselben auf Null erforderlich war, Weiche zum abwechselnden Verbinden des Eingangs wieder geladen wird, daß während eines dritten des Integrators mit der Bezugsspannungsquelle bzw. Fun.ktionsabschnittes mit einer Zeitdauer entspre- 30 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers, mit chend dem ersten Funkticnsabschnitt der Integra- einem Zähler für Taktimpulse, mit logischen Schaltor entladen wird und sodann von der Gesamt- tungen zum Steuern der Umschaltung der Weichen, spannung linear geladen wird und daß während und mit einem Nulldeiektor zum Feststellen des Nulleines vierten Funktionsabschnittes der Integrator durchganges der Ausgangsspannung des Integrators, von der Bezugsspannung linear bis auf Null ent- 33 Es ist bereits eine Meßvorrichtung bekannt (DT-PS laden wird, wobei diese Entladezeit ah Maß für 1 270092), bei der der Nullpunktfehler eines Gleichdie von Fehlerspannungen befreite Signalspan- Stromverstärkers dadurch zu beheben versucht wird, nung verwendet wird. daß in kurzen Zeitabständen der Verstärkereingang
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kurzgeschlossen wird und mittels eines Potentiometers
gekennzeichnet, daß das Laden und Entladen des 40 an einem Digital-Analog-Umsetzer die am Ausgang
Integrators mit einer bestimmten Frequenz peri- des Verstärkers vorhandene Fehlerspannung auf Null
odjsch wiederholt wird und daß die Wieder- gestellt wird. Ein derartiges Korrekturveitahren ist
holungsfrequenz so gewählt ist, daß die aus den nicht genau, da die Offsetspannung des Analog-Schaltungseinrichtungen
herrührenden Driftwerte Digital-Umsetzers nicht berücksichtigt wird, denn es
und industriellen Störfrequenzgeräusche möglichst 45 wird nur die Ausgangsspannung des Verstärkers zu
gering sind. Null gemacht. Außerdem ist eine Digital-Analog-
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- Umwandlung der Ausgangsspannung des Umsetzers
rens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zum erforderlich. Diese Umwandlung, die mittels des
Erzeugen einer Bezugsspannung, mit einem Ope- Potentiometers· gesteuert wird, ist verhältnismäßig
rationsverstärker, mit einer ersten Weiche zum so grob, so daß die Endgenauigkeit begrenzt ist.
abwechselnden Verbinden des Operationsverstär- Es ist auch bereits ein Verfahren vorgeschlagen kers mit einem Signaleingang und mit Masse, mit worden, gemäß dem an einem einfachen Gleic'ispaneinem Integrator, mit einer zweiten Weiche zum nungsverstärker, vorzugsweise einem Opcrationsverabwechselnden Verbinden des Eingangs des Inte- stärker, aufeinanderfolgend das zu verstärkende editors mit der Bcugsspannungsquelle bzw. mit 55 Gleichsignal und ein Nullpotential gegeben wird, wodem Ausgang des Operationsverstärkers, mit bei von der Gesamtspannung während einer ersten einem Zähler für Taktimpulse, mit logischen Verstärkungsphase die in einer zweiten Phase beSchaltungen zum Steuern der Umschaltung der stimmte Fehlerspannung subtrahiert wird und wobei Weichen, und mit einem Nulldetektor zum Fest- diese beiden Verstärkungsphasen, die jeweils einen stellen des Nulldurchganges der Ausgangsspan- 60 Meßzyklus bilden, periodisch mit einer solchen Frenung des Integrators, gekennzeichnet durch eine quenz wiederholt werden, daß die Drift der Verstärmit dem Nulldetektor zusammengeschaltete Um- ker vernachlässigbar klein ist und daß andererseits die schalteinrichtung zum Umschalten des Zählers Wiederholungsfrequenz klein genug ist, damit induauf Aufwärtszählung bzw. Abwärtszählung beim strielle Störfrequenzen keinen Einfluß haben. Ein Nulldurchgang während des zweiten Funktions- 65 derartiges Meßverfahren ist unter Verwendung von abschnittes und zum Rückstellen des Zählers auf analogen Schaltungsbausteinen in einer gleichzeitig Null am Ende des vierten Funktionsabschnittes eingereichten Anmeldung des Anmelders beschrieben, und durch eine Einrichtung zum Festhalten des Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
abwechselnden Verbinden des Operationsverstär- Es ist auch bereits ein Verfahren vorgeschlagen kers mit einem Signaleingang und mit Masse, mit worden, gemäß dem an einem einfachen Gleic'ispaneinem Integrator, mit einer zweiten Weiche zum nungsverstärker, vorzugsweise einem Opcrationsverabwechselnden Verbinden des Eingangs des Inte- stärker, aufeinanderfolgend das zu verstärkende editors mit der Bcugsspannungsquelle bzw. mit 55 Gleichsignal und ein Nullpotential gegeben wird, wodem Ausgang des Operationsverstärkers, mit bei von der Gesamtspannung während einer ersten einem Zähler für Taktimpulse, mit logischen Verstärkungsphase die in einer zweiten Phase beSchaltungen zum Steuern der Umschaltung der stimmte Fehlerspannung subtrahiert wird und wobei Weichen, und mit einem Nulldetektor zum Fest- diese beiden Verstärkungsphasen, die jeweils einen stellen des Nulldurchganges der Ausgangsspan- 60 Meßzyklus bilden, periodisch mit einer solchen Frenung des Integrators, gekennzeichnet durch eine quenz wiederholt werden, daß die Drift der Verstärmit dem Nulldetektor zusammengeschaltete Um- ker vernachlässigbar klein ist und daß andererseits die schalteinrichtung zum Umschalten des Zählers Wiederholungsfrequenz klein genug ist, damit induauf Aufwärtszählung bzw. Abwärtszählung beim strielle Störfrequenzen keinen Einfluß haben. Ein Nulldurchgang während des zweiten Funktions- 65 derartiges Meßverfahren ist unter Verwendung von abschnittes und zum Rückstellen des Zählers auf analogen Schaltungsbausteinen in einer gleichzeitig Null am Ende des vierten Funktionsabschnittes eingereichten Anmeldung des Anmelders beschrieben, und durch eine Einrichtung zum Festhalten des Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen schwa- φ& Gleichsignale zu schaffen, welche mit einfacheren
jjgaaltungsmitteln zu realisieren ist als die bekannten
Ueßvorrichtungen uud welche eine sehr genaue Korzu
erreichen gestattet.
verfahrensmäßige Lösung ist darin zu sehen, ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren
vorher die in der Meßanordnung entstehende Fehlerspannung während des vorgegebenen Zt :tjntervalls
integriert und dann invertiert wird und der jo gewonnene Wert auf den Integrator gegeben wird.
Die vorrichtungsmäßige Lösung zeichnet sich, ausjphead
von der eingangs genannten bekannten Vorrichtung, aus durch eine mit dem Nulldetektor zujammengeschaltete
Umschalteinrichtung zum Umschalten des Zählers auf Aufwärtszählung bzw. Abwärtszählung
beim Nulldurchgang während des zweiten Funktionsabschnittes und zum Rückstellen des
JKWers auf Null am Ende des vierten Funktionsabschnittes und durch eine Einrichtung zum Fest-
halten des Zählwertes des Zählers am Ende des vierten Funktionsabschnittes.
Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich aus d-'ch eine dritte Weiche zum abwechselnden Anschalten
des Ausganges des Verstärkers an einen ersten bzw. einen zweiten Analogspeicher und durch
eine Einrichtung zum Bilden der Differenz der beiden Analogspeicher in jedem Meßzyklus.
Die logischen Schaltungen sind vorzugsweise so beschaffen, daß die zweite Weiche zeitlich nach der
ersten Weiche umgeschaltet wird.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung;
F i g. 2 ist eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung;
F i g. 3 zeigt ein Detailschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt
ein η Meßwandler 2 mit einer Einstelleinrichtung 20 uih einer Speisespannungsquelle 1. Diese speist einen
Differenzverstärker 3, welcher über eine Weiche 5, die zwei Stellungen F3 und F4 einnehmen kann, mit
einem Integrator 7 verbunden ist.
Der Wandler selbst ist mittels einer Weiche 4, die zwei Stellungen F1 und F2 einnehmen kann, mit einem
direkt gekoppelten Signalverstärker 6 verbunden. Der Ausgang des Integrators 7 ist mit einem Nulldetektor
8 verbunden, dessen Ausgang zwei logische Gatter 12 und 13 steuert.
Das Gatter 12 steuert die Tätigkeit eines Zählers
10, der die wiederkehrenden Taktimpulse eines Taktgebers 9 zählt. Der Zähler 10 ist einerseits mit einem
Speicher 14 verbunden, welcher von dem Gatter 13 gesteuert wird, und mit einer Ziffernanzeigevorrichtung
15 gekoppelt ist, und andererseits mit einer Gatteranordnung 11, welche die Umschaltung der
Weichen 4 und 5 steuert.
Die vorhergehend beschriebene Schaltung bildet eine Meßschaltung mit digitaler Anzeige.
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Analoganzeigeeinrichtung, welche die Speisespannungsquelle 1, den
Meßwandler 2, die Weiche 4 und den Signalverstärker 6 umfaßt, ferner einen Impedanzwandler 16, eine
Weiche 17 mit den beiden Stellungen F5 und F6, eine
logische Speicher- und Subtrahierschaltung 18 und eine Meßeinrichtung 19. Die Umschaltung der Weichen
4 und 17 wird durch die Gatteranordnung gesteuert.
Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. ί ist an Hand von Fig. 2 näher erläutert. Die Schaltung
weist vier Funktionsabschnitte auf. Zu Beginn des ersten Funktionsabschnittes ist die Weiche 4 in der
Stellung F2, die Weiche S in der Stellung F3 und der
Zähler auf Null. Der Zähler ist so beschaffen, daß er eine vorgegebene Zahl von Taktimpulsen zählt
Wenn z. B. diese Zahl erreicht ist, die etwa der maximalen Kapazität des Zählers entspricht, wird der
Zählei auf Null zurückgestellt, wobei die Gatteranordnung 11 die Weichen 4 und S durch einen
Impuls umschaltet.
Genauer gesagt erfolgt die Umschaltung der Weiche 5 in die Stellung F4 ein kurzes Zeitintervall nach
der Umschaltung der Weiche 4 in die Stellung F1. Dadurch werden Fehler vermieden, welche in den
Transistoren bei der Umschaltung des Signalverstärkers 6 entstehen.
Während des ersten Funktionsabschnittes ist der Eingang des Signalverstärkers 6 mit Masse verbunden.
Die Eingangsspannung des Integrators 7 ist sodann gleich groß Vi 0, d. h. dem Effektivwert der
Fehlerspannungen, die von den Weichen 4 und 5 und von dem Signalverstärker 6 herrühren. Die Zeitkonstante
KC des Integrators ist so gewählt, daß dessen Ausgangsspannung während der Zeitdauer T linear
als Funktion der Zeit ansteigt. Der Integrator selbst hat eine Driftspannung K10.
Nach Ablauf der Zeit T ist die Ausgangsspannung V des Integrators:
K
^ V)
(1)
wie aus F i g. 2 a hervorgeht.
Während des zweiten Funktionsabschnittes, also nach Ablauf der Zeit T, liegt am Eingang des Integrators
eine Spannung Vn die von dem Referenzverstärker 3 herrührt. Die Schaltung ist so getroffen,
daß V, eine entgegengesetzte Polarität hat wie die obengenannten Fehlerspannungen (die den Integrator
während des ersten Funktionsabschnittes auf eine negative Spannung aufgeladen haben) und daß Vr
proportional zur Spannung der Speisespannungsquelle 1 ist.
Daraus ergibt sich, daß die Ausgangsspannung des Integrators nach Ablauf der Zeit T1 Null wird. Wenn
daher Vr 0 der aus dem Referenzverstärker 3 herrührende
Fehler ist, so ergibt sich:
RC
Der Zähler zeigt sodann einen Wert T1 entsprechend
der Zeit an. Sobald die Ausgangsspannung des Integrators durch Null geht, erzeugt ein Detektor 8
einen Impuls, der über das logische Gatter 12 den Zähler auf Abwärtszählung umschaltet. Während des
zweiten Zeitintervalls T1, welches zur Nullstellung des
Zählers durch Rückwärtslauf erforderlich ist, liegt ar dem Integrator noch die Spannung Vr an, so daß an
Ende des zweiten Funktionsabschnittes von dei Dauer 2 T1 die Ausgangsspannung des Integrators ist
RC
liegt an dem Integrator die Störspannung an, d. h. durch den Detektor 8 auf Null zurückgestellt und
die Spannung des Meßwandlers, zu der sich die beginnt neu zu zählen, während die Weiche 5 in die
Fehlerspannungen des Verstärkers, der Weichen und Stellung F3 zurückgekippt wird, so daß ein neuer
des Integrators addieren. Dessen Ausgangsspannung Meßzyklus beginnen kann.
nimmt daher entsprechend dem dritten Sägezahn- 5 Der Inhalt des Speichers 14 wird in eine Ziffernabschnitt
von F i g. 2 a ab. anzeigevorrichtung 15 gegeben.
Es ist eine gewisse Zeit T2 erforderlich, bis die Fi g. 2 b zeigt die Zählung η des Zählers als Funk-Ausgangsspannung
Null geworden ist, wobei gilt: tion der Zeit. Gleichung 6 zeigt, daß der Fehler zur
Zeit Ts ist
^ri0r0)^{x S00 (
RC AC Vr \ Vr
Der Faktor ^'»-t—ί ist sehr klein.
Hierin bedeutet G den Verstärkungsfaktor des 15 '
Signalverstärkers und χ die von dem Meßwandler Außerdem erkennt man, daß dieser Fehler eine
abgegebene Spannung. lineare Funktion von G ist. Dieser Fehler läßt sich Der Detektor 8 und das logische Gatter 12 sind so daher durch eine geeignete Eins 'lung der Änderung
geschaltet, daß ein Nulldurchgang der Spannung V1 des Verstärkungsfaktors G ausschalten,
von einer positiven zu einer negativen Spannung die 20 Die oben beschriebene Funktion läßt sich allgemein Funktionsweise des Zählers nicht ändert. Dieser zählt wie folgt beschreiben. Während des ersten Funklionsdaher weiter bis zu dem Zählwert T, woraufhin der abschnittes wird der Integrator während der Zeitvierte Funktionsabschnitt ausgelöst wird, indem die dauer T mit der Fehlerspannung negativ aufgeladen, Gatteranordnung 11 die Weiche 4 in die Stellung F2 welche die Meßwandlerspannung Jt beeinflußt. Wäh- und sodann die Weiche 5 in die Stellung F4 bringt. 25 rend des zweiten Funktionsabschnittes wird die La-Am Integrator liegt sodann lediglich die Bezugs- dung umgekehrt. Während des dritten Funktionsspannung Vn zu der noch die Spannungen Vr0 »χ"1 abschnittes gelangt während der Zeitdauer T die V1 „kommen. Fehlerspannung an den Integrator, wodurch dieser Die Ausgangsspannung des Integrators wächst da- schließlich eine Ladung annimmt, die dem Produkt her wieder an, und die Zeit T8, an deren Ende die 30 aus der Spannung und der Zeit T entspricht, voraus-Spannung Null ist, ergibt sich aus der Gleichung: gesetzt, daß die Ladung des Integrators zu Beginn T — T dieses Funktionsabschnittes gleich dem entgegen-
von einer positiven zu einer negativen Spannung die 20 Die oben beschriebene Funktion läßt sich allgemein Funktionsweise des Zählers nicht ändert. Dieser zählt wie folgt beschreiben. Während des ersten Funklionsdaher weiter bis zu dem Zählwert T, woraufhin der abschnittes wird der Integrator während der Zeitvierte Funktionsabschnitt ausgelöst wird, indem die dauer T mit der Fehlerspannung negativ aufgeladen, Gatteranordnung 11 die Weiche 4 in die Stellung F2 welche die Meßwandlerspannung Jt beeinflußt. Wäh- und sodann die Weiche 5 in die Stellung F4 bringt. 25 rend des zweiten Funktionsabschnittes wird die La-Am Integrator liegt sodann lediglich die Bezugs- dung umgekehrt. Während des dritten Funktionsspannung Vn zu der noch die Spannungen Vr0 »χ"1 abschnittes gelangt während der Zeitdauer T die V1 „kommen. Fehlerspannung an den Integrator, wodurch dieser Die Ausgangsspannung des Integrators wächst da- schließlich eine Ladung annimmt, die dem Produkt her wieder an, und die Zeit T8, an deren Ende die 30 aus der Spannung und der Zeit T entspricht, voraus-Spannung Null ist, ergibt sich aus der Gleichung: gesetzt, daß die Ladung des Integrators zu Beginn T — T dieses Funktionsabschnittes gleich dem entgegen-
^T5 (^x "*■ ^sO+ *Ίο) gesetzten Ladungswert auf Grund der Fehlerspannung
RC während desselben Zeitabschnittes T ist.
T 35 Der vierte Funktionsabschnitt besteht darin, die
=-~(Vr+Vie+vro)· (4) Zeitig zu bestimmen, welche zum Entladen des
RC Integrators auf Null unter der Einwirkung der Be-
Durch Vereinigen der Gleichungen 2, 3 und 4 zugsspannung erforderlich ist. Mit anderen Worten
ergibt sich: entsprechen die beiden letzten Funktionsabschnitte
40 üblichen Verfahrensweisen zum Bestimmen von Span-
T = —TG -X - . (5) nungen. Es läßt sich auch sagen, daß das Verfahren
3 Vr Vi0 + Vn nach der Erfindung während des dritten Funktions-
1 "· y abschnittes eine Subtraktion der Fehlerspannung von
r der Gesamtspannung auf digitale Weise vollführt.
Da die Driftspannung des Integrators Vi0 und die 45 Die Wiederholungsfrequenz des Meßzyklus läßt
Fehlerspannung des Referenzverstärkers klein sind sich je nach den Gegebenheiten und Anforderungen
gegenüber der Bezugsspannung Vn läßt sich die Glei- anpassen und kann als Funktion der Amplitude dei
chung S vereinfachen in : Signalspannungen und der Fehlerspannung variieren.
χ S Vu, + Vn\ Gemäß einem besonderen Ausfuhnmgsbeispiel Sn-
T,= -TG— fl - _"!
. (6) so den sich der Meßzyklus von 2 Γ bei fehlenden Span-
Vr * r ' nungen bis 5 T für die maximalen Spannungswerte
Es ergibt sich schließlich, daß die zu messende Dabei ist T beispielsweise 20 ms.
spricht, in dem Augenblick, wo die Ausgangsspannung 55 sich z.B. die logischen Gatter mil Fddeffekttransi
am Ende des vierten Funktionsabschnittes durch Null stören aufbauen.
geht. In diesem Augenblick wird der inhalt des Bei dem digital arbeitenden TdI der Vorrichtunj
eher 14 gegeben. Zur gleichen Zeit wird der Zähler beim NuUdurchgang der Ausgsspaung des IM»
bat die Gaöeranordming 11 lediglich die Weiche S In dem analog arbeitenden Teil der Schaltung is
umgeschaltet, so daß während des dritten Funktions- die Aufgabe der logischen Schaltung wesentlich ein
abschnittes die Weiche 4 in der Stellung F1 ist, wäh- fächer, da diese nur zwei Schaltzustinde aufweist
read die Weiche 5 in der Stellung F, ist. nämlich einen Schaltzustand, der dem Ariegen eine
zwar während eines neuen Zeitabschnittes T, der dem weise) entspricht und eine andere, welche dem An
spricht Während des dritten Funktionsabschnittes Wirkungsweise) entspricht
-"■ fr
fr,
Die Schaltung nach der Erfindung, die einen Meßzyklus mit vier Sägezahnspannungsabschnitten aufweist,
kommt trotzdem nur mit einem einzigen Zähler aus. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Schaltung
nach der Erfindung. Es läßt sich jedoch auch ein zweiter Zähler verwenden, wobei das Verfahren dann
wie folgt modifiziert wird:
Im ersten Funktionsabschnitt wird der Integrator während der Zeit T mit der Gesamtspannung geladen,
im zweiten Funktionsabschnitt mit der Bezugsspannung entladen und dabei die Zeit T8 gemessen, die
hierfür erforderlich ist. Im dritten Funktionsabschnitt wird der Integrator während einer Zeit Γ mit der
Fehlerspannung geladen und während eines vierten Funktionsabschnittes durch die Bezugsspannung entladen,
wobei die Zeit TE gemessen wird, die hierzu erforderlich ist. Das Meßergebnis erhält man sodann
durch die Subtraktion T8 — TE.
F i g. 3 zeigt im einzelnen die Hauptschaltungsgruppen einer Meßvorrichtung für die Ausgangsspannung
einer Brückenschaltung mit Dehnungsmeßstreifen 21 bis 24. Das Brückengleichgewicht wird durch
ein Potentiometer 25 und einen Widerstand 26 eingestellt, die der Einstelleinrichtung 20 von Fig. 1
entsprechen.
Die Bezugsspannung wird erzeugt aus der Speisespannung V der Meßbrücke an den Klemmen la
und 1 b, die mittels der Leitungen 1 c und 1 d abgenommen wird. Da die Zeit T3 gemäß Gleichung 6
nur von dem Verhältnis *- abhängt, genügt es, wenn
die Ausgangsspannung χ des Meßwandlers und die Bezugsspannung Vr immer proportional zur Speisespannung
der Meßbrücke sind, um Einflüsse auf Grund von Speisespannungsschwankungen auszuschalten.
Die Bezugsspannung Vr wird wie folgt erzeugt:
Um den Zustand der Brücke nicht zu stören, werden die wenig sich unterscheidenden Spannungen -VVIl und — V/2 mittels der Abzweigleitungen Ic und 1 d über die Spannungsfolgestufen 30 und 31 an einen Summierverstärker 32 mit dem Verstärkungsfaktor G geleitet, an dessen Ausgang 33 die gewünschte Bezugsspannung liegt:
Um den Zustand der Brücke nicht zu stören, werden die wenig sich unterscheidenden Spannungen -VVIl und — V/2 mittels der Abzweigleitungen Ic und 1 d über die Spannungsfolgestufen 30 und 31 an einen Summierverstärker 32 mit dem Verstärkungsfaktor G geleitet, an dessen Ausgang 33 die gewünschte Bezugsspannung liegt:
Vr = G' (- V - V\ = -GV. (7)
Die an der Diagonale der Meßbrücke abgenommene Spannung χ gelangt über eine Leitung 40 an
die Weiche 4. Diese umfaßt zwei Feldeffekttransistoren F1 und F2 und einen Widerstand 41, der etwa
gleich groß ist wie die Impedanz der Meßbrücke, so daß derselbe Eingangsstrom für beide Kommutierungszustände
fließt, die durch das Steuersignal an den Gateelektroden anHegen.
Wenn der Transistor F1 gesättigt ist, ist der Eingang
44 des Signalverstärkers 6 auf dem Potential x,
ίο Wenn der Transistor F2 gesättigt ist, ist der Eingang
44 über den Widerstand 41 an Masse gelegt.
Der Signalverstärker 6 umfaßt zwei Operationsverstärker 60 und 61, wobei letzterer insbesondere
zum Einstellen des Verstärkungsfaktors G eingerichtet ist mittels eines Potentiometers 62 und eines Widerstandes
63.
Die verstärkte Signalspannung ohne Fehlerspannungsanteil erscheint am Anschluß 64 und hat die
Kurvenform 65.
Da die Bezugsspannung gemäß Gleichung 7 negativ ist, muß die Fehlerspannung, da sie immer das entgegengesetzte
Vorzeichen haben muß, dauernd positiv bleiben. Außerdem muß verhindert werden, daß sie
den Signalverstärker 6 sättigt.
Diese doppelte Bedingung wird beispielsweise erreicht durch Zuführen eines passenden Stromes an
den Eingang des Operationsverstärkers 60, etwa mittels eines Potentiometers und mittels Widerständen,
die in den Eingangskreis eingefügt sind.
Die Ausgangsspannung des Signalverstärkers 6 und die Bezugsspannung werden an den Integrator 7 über
die Weiche 5 gegeben, welcher Feldeffekttransistoren F3 und F4 umfaßt, die von einem an den Gate-Elektroden
50 und 51 anliegenden Signal (nicht dargestellt) gesteuert werden.
Der Integrator 7 umfaßt einen Operationsverstärker 70 und zugeordnete Bauteile, etwa Kondensatoren
71 und 72 und Widerstände 73 und 74.
Der Nulldetektor 8 umfaßt einen Komparator 80 und Widerstände 81 und 82. Er wird gegebenenfalls
über einen Verstärker 75 angesteuert.
Der Anschluß 83 (Fig. 1 und 3) bildet den Ausgang des Nulldetektors 8.
Der Analogschaltungsteil 16, 17, 18, 19 von Fig. 1
ist in F i g. 2 durch ein Rechteck 67 dargestellt, welches mit dem Anschluß 64 verbunden ist.
Die Meßvorrichtung nach der Erfindung eigne! sich besonders für eine oder mehrere Brückenschal·
tungen mit Dehnungsmeßstreifen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum digitalen Messen eines schwa- 5 Anschalten des Ausganges des Verstärkers an
«hen Gleichsignals, indem das Gleichsignal wäfa- einen ersten bzw einen zweiten Analogspeicher
rend eines vorgegebenen Zeitintervalls linear auf und durch eine Einrichtung zum Bilden der Difeinen
Integrator gegeben wird und dieser unter ferenz der beiden Analogspacher in jedem Meß-Verwendung
einer Bezugsspannung linear bis auf zyklus.
Null entladen wird, wobei die Zeit zum Entladen 10
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7110532A FR2129988B1 (de) | 1971-03-25 | 1971-03-25 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2214602A1 DE2214602A1 (de) | 1972-09-28 |
DE2214602B2 DE2214602B2 (de) | 1975-01-30 |
DE2214602C3 true DE2214602C3 (de) | 1975-09-04 |
Family
ID=9074108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2214602A Expired DE2214602C3 (de) | 1971-03-25 | 1972-03-25 | Verfahren und Vorrichtung zum digitalen Messen schwacher elektrischer Gleichsignale |
Country Status (8)
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---|---|
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CH (1) | CH572624A5 (de) |
DE (1) | DE2214602C3 (de) |
FR (1) | FR2129988B1 (de) |
GB (1) | GB1351894A (de) |
IT (1) | IT950485B (de) |
NL (1) | NL7203952A (de) |
SE (1) | SE376981B (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3872466A (en) | 1973-07-19 | 1975-03-18 | Analog Devices Inc | Integrating analog-to-digital converter having digitally-derived offset error compensation and bipolar operation without zero discontinuity |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1190631A (en) * | 1966-10-21 | 1970-05-06 | Gen Electric | Error Correction Circuits for Analog Signal Processing. |
GB1211755A (en) * | 1967-03-20 | 1970-11-11 | Westinghouse Electric Corp | Analog-to-digital conversion system |
US3566397A (en) * | 1969-01-15 | 1971-02-23 | Ibm | Dual slope analog to digital converter |
-
1971
- 1971-03-25 FR FR7110532A patent/FR2129988B1/fr not_active Expired
-
1972
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