DE2305204A1

DE2305204A1 - System zum umwandeln eines eingangssignals in einen logarithmischen wert

Info

Publication number: DE2305204A1
Application number: DE2305204A
Authority: DE
Inventors: Kozo Uchida
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1973-08-16
Also published as: JPS4881449A; NL7301446A; JPS526586B2; NL160959B; DE2305204B2; GB1419656A; FR2170198A1; US3878383A; FR2170198B1; DE2305204C3; NL160959C

Description

System zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert

Die Erfindung betrifft ein System zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert mit einem Kondensator, der mit einer elektrischen Ladung, die proportional dem ersten zu vergleichenden Eingangssignal ist, aufgeladen wird, ferner mit einer Entladeeinrichtung, die einen Entladewiderstand zum Entladen der elektrischen Ladung des Kondensators umfaßt, sowie mit einer Meßeinrichtung zum Erfassen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Entladung des Kondensators durch die Entladeeinrichtung "bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Spannung am. Kondensator einer Spannung gleich ist, die proportional zu dem zu vergleichenden zweiten Eingangssignal ist.

Bei bekannten Pegelmessern werden zwei verschiedene Mittel zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert benutzt. Bei dem einen Mittel wird die logarithmische Kennlinie von Halbleiterelementen, wie Dioden oder Transistoren, ausge-

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PATENTANWALT DIPL-INlG. REiMHOLD KRAMtR. '.. M!?."νC HEN. 6C r .OSSMAS M ST P. AS Sr. :-

nutzt und bei dem anderen Mittel die Entladungskennlinie einer Schaltung aus "Widerstand und Kondensator. Bei dem ersten Mittel ist die Temperaturabhängigkeit der Kennlinien der Halbleiterelemente und die Streuung der Kennlinien zusammengesetzter Elemente nachteilig, so daßieine hohe Genauigkeit erwartet werden kann. Bei dem zweiten Mittel ist nachteilig, daß Widerstände und Kondensatoren mit großer Genauigkeit ihres Widerstands bzw. Kapazitätswertes gefordert werden, die sich abhängig von Tempe-

nur ratur und Zeit nur wenig ändern. Diese Forderungen können/mit sehr hohen Kosten realisiert werden. In beiden Fällen ist zudem eine äußerst genaue Zeitmessung zur Bestimmung der Entladungszeit erforderlich. Eine solche Zeitmessung kann nur unter Verwendung eines Kristallschwingers hoher Genauigkeit und Zeitkonstanz erfolgen, und dies bedingt eine weitere Erhöhung der Kosten für die Meßeinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Umwandeln eines Eingangs signals in einen Io garithmi sehen Wert anzugeben, das nicht mit diesen Mängeln behaftet ist. Es sollen die Faktoren eliminiert werden, die bei der Messung Fehler verursachen können, wie eine Veränderung des Widerstandes, der Kapazität, der Meßzeit etc., so daß über eine laage Zeitdauer eine hohe Genauigkeit und außerdem eine große Zuverlässigkeit erhalten werden. Das angestrebte System soll ohne spezielle Elemente auskommen und die Umwandlung in den logarithmischen Wert auf einfache Weise und mit niedrigen Kosten ermöglichen.

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Die Aufgabe ißt "bei einem System der einleitend genannten Art erfirdmigsgemäß dadurch gelöst, daß eine Integrationseinrichtung vorgesehen ist zum Integrieren der Spannung einer elektrischen Spannlingsquelle mit Hilfe des Kondensators und des Entladewiderstandes während einer Zeitdauer, die proportional der durch die Heßeinrichtung erfaßten Zeitdauer ist und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten Eingangssignal und dem ersten Eingangssignal als Verhältnis zwischen dem Ausgang der Integrationseinrichtung und der Spannung der elektrischen Spannungsquelle bestimmt wird.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. ΊΑ und 1B das Prinzip eines Beispiels eines Verfahrens zum Umwandeln eines Signals in einen logarithmischen ¥ert

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schaltung zum Umwandeln eines Signals in

einen logarithmischen Wert
Fig. 3A bis 3D Schaltungseinzelheiten des Blockdiagramms nach tfig- 2

Fig» 4 das Blockdiagramm eines Digitalvoltmeters Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des in Fig.

dargestellten Digitalvoltmeters Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.

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Bei dem in Fig. 1A dargestellten bekannten Prinzip zum Umwandeln eines Signals in seinen logarithmischen Wert werden eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 0 und einem Widerstand E, ein in Eeihe zu dieser Parallelschaltung angeordneter Schalter SW und eine Spannungsquelle V_x. verwendet, die zwischen dem Schalter SW und der Parallelschaltung aus dem Kondensator G und dem Widerstand E angeordnet ist. Die Klemmenspannung am Kondensator C sei mit Vq bezeichnet und es werde über den Schalter SW die Spannung V_x. an die Parallelschaltung aus Kondensator- G und Widerstand E angelegt. Ist der Schalter eingeschaltet, dann entspricht die Klemmenspannung Vq am Kondensator C dem Spannungswert V^ der elektrischen Spannungsquelle. Wird zum Zeitpunkt t_Q der Schalter SW geöffnet, dann ändert sich die Klemmenspannung V₀ am Kondensator C in Abhängigkeit von der Zeit t,wie in Fig. 1B dargestellt. Das heißt, die Klemmenspannung Vq ist:

V₀ « V₁ ε"-ro- Ο)

Unter der Annahme, daß eine mit der Spannung V_x. zu vergleichende Spannung den Wert Vp habe, schneidet,wie in Fig. 1B dargestellt, nach der Zeitdauer t* die Klemmenspannung Vq des Kondensators G die Spannung Vp, das heißt, ist nach dieser Zeitdauer mit dieser Spannung gleich. Es gilt:

^Β!Γ ₍₂₎

Aus Gleichung (2). folgt:

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log w— - - -υπ- (3)

Werden die Werte für den Widerstand E und den Kondensator O geeignet gewählt, dann entspricht die Zeitdauer t^ der in den logarithmischen Wert umgewandelten Größe. Durch Zählen der in die Zeitdauer t,. fallenden Impulse eines Impulsgenerators,der Impulse einer geeigneten Polgefrequenz erzeugt, wird die Zeitdauer t,* in einen digitalen Wert umgewandelt. Wie "bereits erwähnt, besteht eines dieser Probleme der bekannten Technik darin, daß ein Kondensator 0 und ein Widerstand R hoher Genauigkeit erforderlich sind, deren Werte sich in Abhängigkeit von der Zeit der temperatur und der Feuchtigkeit nicht ändern. Es ist sehr schwierig, und nur unter hohen Kosten möglich, diese Bedingungen einzuhalten. Zur Bestimmung der Zeitdauer t^. ist außerdem ein Krxstallschwinger mit hoher Genauigkeit und Zeitkonstanz erforderlich. Hierdurch werden die Kosten der Meßeinrichtung weiter erhöht.

I¹Xg. 2 stellt eine Ausführungsform des erfxndungsgemäßen Prinzips dar. Die beiden zu vergleichenden Signale V^ und Vp wenden Anschlüssen 11 bzw. 12 zugeführt. An einem Anschluß 10 wird die umgewandelte logarithmische Ausgangsgröße V_Q erhalten. Eine elektrische Spannungsquelle 16 liefert eine Bezugsspannung V_ß. Es sind ein Kondensator 14 und ein Widerstand 15 vorgesehen, deren Zeitkonstante CH ist. Außerdem ist ein Verstärker 20 mit großem Verstärkungsgrad vorhanden, dessen Phase am Ausgang gegenüber dem Eingang umgekehrt ist. Die Anordnung enthält eine Ver-

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gleichseinrichtung 21 mit zwei Eingangsklemmen 22 und 23, die an eine Leitung 27 ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Pegel der beiden den Eingangsklemmen 22 und 23 zugeführten Signale Iy. und Vo gleich geworden ist. Das Ausgangssignal wird über die Leitung 27 einem umkehrbaren Zähler (Vorwärts-Kückwärtszähler) zugeführt. Ein Impulsgenerator 26 erzeugt eine Impulsfolge mit vorgegebener konstanter Periode. Die erzeugten Impulse werden in den umkehrbaren Zähler 25 eingegeben. Der Ausgang des umkehrbaren Zählers 25 steuert über eine Verbindungsleitung 28 einen Schaltsteuerkreis 24, dessen Information über eine Verbindungsleitung 29 · zum umkehrbaren Zähler 25 zurückfließt. Durch den Schaltsteuerkreis 24 werden die in Eig. 2 dargestellten Schalter SVL bis SwV gesteuert. Tabelle 1 veranschaulicht die Zeitbeziehungen der Schalter SW^ bis SWV im Hinblick auf die jeweiligen Zeitabschnitte T₀ bis T^.

Tabelle 1

\gchalter ZeitabschnrtTBy	EIH	sw₂ 4	EIN	sw₄	SW₅	sw₆
	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS	EIN
^T1	AUS	AUS	AUS	AUS	AUS	EIN
^T2	AUS	AUS	AUS	EIN	EIN	EIN
^T3	AUS	EIN	AUS	EIN	AUS	AUS
^T4	AUS	EIN	AUS	EIN

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1. Zeitabschnitt T₀

Wie in Tabelle 1 angegeben, sind bei der Schaltung gemäß Fig. 2 während des Zeitabschnittes T_Q die Schalter SW., SW^ und SW,-eingeschaltet und die Schalter SWp, SW^ und SW₁- ausgeschaltet. Dies entspricht einem Schaltungsaufbau ähnlich i'ig. 1A, jedoch mit geschlossenem Schalter SW. Als SOlge hiervon wird die Klemmenspannung V~ am Kondensator 0 gleich der Eingangssignalspannung

2. Zeitabschnitt T^

Wenn nach der Zeitdauer t~ die Schalter SW-, und SW^ geschlossen

U pb

und die Schalter SW,., SWp, SW₄, und SW₁- geöffnet werden, beginnt während des Zeitabschnittes 2L die Spannung Yq am Kondensator G, wie in Pig. 1B dargestellt und durch Gleichung(i) angegeben, entsprechend der Entladezeitkonstante EC abzunehmen. Zu Beginn des Zeitabschnittes T- wird gleichzeitig vom Schaltsteuerkreis 24 über die Verbindungsleitung 29 ein Signal an den umkehrbaren Zähler 25 ausgesandt und mit dem Zählen der vom Impulsgenerator 26 ausgegebenen Impulse begonnen. Nach der Zeitdauer t- vom Beginn des Zeitabschnittes T- an gerechnet, stimmt die der Eingangsklemme 23 der Vergleichseinrichtung 21 zugeführte Spannung Yq mit der Spannung Vp überein. In diesem Zeitpunkt sendet die Vergleichseinrichtung 21 an den umkehrbaren Zähler 25 über die Leitung 27 ein Signal aus, das die Zählung der von dem Impulsgenerator 26 gelieferten Impulse unterbricht. Die Anzahl der während des Zeitabschnittes HL durch den umkehrbaren Zähler ge-

- 8 309833/086B

zählten Impulse sei n.

3. Zeitabschnitt T~

Während des Zeitabschnittes T₂ ^sill(i die Behälter SYL, SW₅ und

ein- und die Schalter SW,., SW₂ und SW^ ausgeschaltet» Während dieses Zeitabschnittes wird der Kondensator 14 entladen und die Spannung V_Q an der Ausgangskiemme 10 wird Null.

4-, Zeitabschnitt T-,

Während des Zeitabschnittes T^ sind die Schalter SW₂ und SW^ geschlossen und die Schalter SW,., SW₃,, SM₁- und SWg geöffnet. Während dieses Zeitabschnittes bilden der Kondensator 14-, der Widerstand 15 und der Verstärker 20 eine Integrationssehaltung mit der Zeitkonstante OE, durch die die Aus gangs spannung Vj, der elektrischen Spannungsquelle 16 integriert wird, so daß die an der Ausgangsklemme 10 auftretende Spannung linear ansteigt. Gleichzeitig zu Beginn des Zeitabschnittes T, sendet der Schaltsteuerkreis 24· über die Verbindungsleitung 29 ein Signal an den umkehrbaren Zähler 25 und setzt diesen in Betrieb. Der umkehrbare Zähler, der am Ende des Zeitabschnittes T^ den Zählerstand η aufweist, zählt unter Verwendung der Impulse des Impulsgenerators 26 von diesem Zählerstand aus zurück. Das heißt, unter Verwendung der Impulse des Impulsgenerators 26 wird von η bis Null gezählt. Venn der Zählerstand zu Null wird, ist die Ausgangsspannung Vq an der Ausgangsklemme 10:

- 9 -30983 3/086 5

Ist der Zählerstand Null erreicht, dann sendet der umkehrbare Zähler 25 über die Verbindungsleitung 28 ein Signal an den Schaltsteuerkreis 24.

5- Zeitabschnitt T.

Während des Zeitabschnitts T₁, sind die Schalter QM₁, und SW,- geschlossen und die Schalter SW,., SW₂, SW, und SW₁- geöffnet. In diesem Zustand wird die Spannung V~ auf einem Wert gehalten, der durch Gleichung (4) bestimmt ist. Das heißt, während des Zeitabschnittes OL wird die in Gleichung 4 angegebene Spannung Vq aufrechterhalten.

Die Beziehung zwischen den Spannungen V,- und V^ ^^s^ durch Gleichung (2) dargestellt und der Logarithmus der Beziehung zwischen diesen Spannungen in Gleichung (3)· Aus den Gleichungen (4) und (3) folgt die Beziehung:

(5)

Das heißt, der Logarithmus des Verhältnisses zwischen den Spannun gen V„. und Vg ist umgewandelt in das Verhältnis der Spannungen Vn und Vq. Wie aus Gleichung (5) ohne weiteres ersichtlich, sind die Werte des Kondensators 14, des Widerstandes 15 '^^η(3· der Zeit-

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dauer ty. eliminiert. Dies bedeutet, daß die Genauigkeit der Umwandlung durch keinen dieser Faktoren beeinflußt wird, falls der Kapazitätswert 0 des Kondensators 14-, der Widerstandswert R des Widerstandes 15 und die Impulsfrequenz des Im.pulsgenex'ators 26 während der Zeitabschnitte T₀, T,., IV,, T-, und QL konstant gehalten werden. Es ist sehr leicht, diese Werte während der sehr kurzen Zeitdauer einer Umwandlung konstant zu halten. Auf die Genauigkeit der absoluten Werte des Widerstandes E der Kapazität G und der Impulsperiode kommt es nicht an.

Bei geeigneter Wahl der Spannung Vq z.eigt die Ausgangsspannung V₀ den Dezibelwert an. Das heißt, aus Gleichung (5) leitet sich die folgende Beziehung ab:

und hieraus .wird;

(7)

Logarithmus 10 - 2,3026. Wird der Wert für V_R als Kehrwert von Logarithmus 10 gewählt, das heißt

V_R

dann wird Gleichung (7) zu

- 11 309833/0865

^¥o * -¹⁰S-KHq- Cs)

Wird also der Vert V^ wie oben angegeben ausgewählt, dann kann der Wert Vq leicht gehandhabt werden, da die so erhaltene logarithmische Ausgangsgröße V₀ in einen Digitalwert umgewandelt werden kann.

Aus der Erläuterung zu I¹Xg. 2 ist ersichtlich, daß das Eingangsund das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 des umkehrbaren Zählers 25 und des ßchaltsteuerkreises 24 nicht auf das in S¹Xg. 2 dargestellte Beispiel beschränkt sind. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 zur gleichen Zeit dem Sehaltsteuerkreis 24- zugeführt werden, zu der es über die Leitung 27 dem umkehrbaren Zähler 25 zugeführt wird. Es ißt auch möglich, daß das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung durch Verbinden des Ausgangs der- Vergleichseinrichtung mittels der Leitung 27 mit dem Schaltsteuerkreis 24- den Schaltsteuerkreis 24· steuert und das Ausgangssignal des Schaltsteuerkreises 24- den umkehrbaren Zähler 25 steuert. Ferner kann ein Haltekreis zugefügt werden, der die an der Ausgangsklemme 10 erhaltene Ausgangsspannung V₀ hält.

Die Fig. 3A bis 3E stellen eine Ausführungsform der in J¹Xg. 2 nur als Blockdiagramm dargestellten Schaltung dar. Die Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 2. Gemäß Fig. ^k wird das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 über die Leitung 27

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dem Schaltsteuerkreis 24 zugeführt. Es ist zusätzlich ein V₀ Haltekreis vorhanden, der die an der Ausgangsklemme 10 erhaltene Ausgangsspannung Vq hält. In JPig. JA geben die Nummern 74190, 4490 und 7442 die lypennummer von integrierten Schaltkreisen an.

Das Verhältnis zwischen den Spannungen Vn und V₀ kann durch Verwendung bekannter Digitalvoltmeter nach dem Dual-Slope-Verfahren erhalten werden, wie sie zum Beispiel in der Zeitschrift Technical Report of the Institute of Electrical Engineers of Japan (Part II) No. 11, Committee of Digital Measuring Instruments of the Institute of Electrical Engineers of Japan, "Digital Electric Voltmeter" Seiten 30 bis 37, veröffentlicht im September I970 beschrieben sind.

Es.wird nun Pig. 4 im einzelnen erläutert. Die Eingangsklemmen 101 bzw. 102 zugeführten Spannungen V_Q und -V_ß werden über Schalter 103 bzw. 104 einem Vorverstärker 105 mit dem Verstärkungs- ' faktor JLA ^ zugeführt. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 105 wird an eine Integrationseinrichtung geliefert, die aus einem Widerstand 106 mit dem Widerstandswert B,,, einem Kondensator 107 mit dem Kapazitätswert C,. und einem Verstärker 108 mit einem ausreichend großen Verstärkungsfaktor besteht. Das Ausgangssignal, der Integrationseinrichtung wird über eine Vergleichseinrichtung 109 einem Zähler 111 zugeführt. Dieser wird außerdem von einem Impulsgenerator 110,der Impulse mit konstanter Periode bzw. JTolgefrequenz erzeugt, gespeist und zählt die empfangenen Impulse.

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Der Ausgang des Zählers 111 ist über eine Leitung 114- mit einem Schaltsteuerkreis 115 verbunden. Die Ausgänge 116 bzw. 117 Schaltsteuerkreises 115 steuern die Schalter 103 und 104.

Wie aus der folgenden !Tabelle 2 ersichtlich, ist während des in ;Fig„ 5 angegebenen Zeitabschnittes T^ der Schalter 103 eingeschaltet und der Schalter 104 ausgeschaltet.

Tabelle 2

^"^^^Schal t er Zeitabschnitt"""·»«««^^	103	104
%	EIN AUS	AUS EIN

An der Ausgangsklemme des Verstärkers 108 erscheint dann eine Spannung mit der in Fig. 5 dargestellten Wellenform. Wenn das .Ausgangssignal des Verstärkers 105 den Nullpegel schneidet, sendet die Vergleichseinrichtung 109 ein Signal aus, das den Zähler in den Arbeitszustand bringt, so daß dieser die Anzahl der durch den Impulsgenerator 110 erzeugten Impulse zählt. Erreicht die Zahl der gezählten Impulse einen vorgegebenen Wert N, dann wird dem Schaltsteuerkreis 115 über die Leitung 114 ein Ausgangssignal des Zählers 111 zugeführt. Wie in Tabelle

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angegeben, wird der Schalter 103 eingeschaltet und der Schalter 104 ausgeschaltet. Der Zeitabschnitt ΐ™ beginnt. Es wird sodann die Spannung -Vp» welche die umgekehrte Polarität wie die Spannung Yq besitzt, und dem Anschluß 102 zugeführt wird, integriert und die Hullinie erneut geschnitten. Der Zähler 111 zählt während des Zeitabschnittes QLr Η-Impulse und der gezählte Wert H wird an der Klemme 112 erhalten. Durch die erwähnte Arbeitsweise folgt aus !Fig. 5 die folgende Gleichung:

das heißt:

!θ - *M M (9)

'R
Aus den Gleichungen (9) und (5) folgt

⁽¹⁰⁾

und hieraus

Wenn der Wert ΪΓ geeignet gewählt wird, entspricht der Wert M dem umgewandelten logarithmischen Wert. Zum Beispiel wird durch Multiplizieren der Gleichung(H) mit

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20/log10 « 8,686
aus der Gleichung (11)

8,686-f- - 20log_1cnrl·- (12)

Wählt man Ή * 8686, das heißt, zählt der Zähler 111 8686 der '. von dem Impulsgenerator 110 erzeugten Impulse, bis der Zeitabschnitt t_w in den Zeitabschnitt t»_T umwechselt, dann gibt M O,OO1dB (Spannungsverhältnis oder Stromverhältnis) pro Zähleinheit an. Wählt man Ii *= 869, dann gibt H 0,01dB pro Zähleinheit an.

Durch Multiplizieren der beiden Seiten der Gleichung (11) mit 10/log10 » 4,343 wird die Gleichung (11) zu

Wird bei Gleichung (13) der Wert I zu I « 4343 gewählt, dann gibt M 0,001dB (elektrisches Leistungsverhältnis) pro Zähleinheit an. Der gezählte Wert M wird an der Ausgangsklemme 112 als Ausgangssignal des Zählers 111 erhalten.

, Bei einer weiteren Methode zur Verwirklichung der Beziehung

^V0 M

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wird ein integrierendes Digitalvoltmeter unter Ausnutzung der Impulsbreitenmodulation verwendet (Technical Report of the Institute of Electrical Engineers of Japan (Part II) No. 11, Gommittee of Digital Measuring Instrumente of the Institute of Electrical Engineers of Japan "Digital Electric Voltmeter" Seiten 34- bis 38, veröffentlicht im Oktober 1970). Es kann auch ein digitales Meßgerät unter Ausnutzung eines Analog-Digital-Umwandlers verwendet werden (Dempa Kagaku, Band 4-^2, Ichiro Haga: "General View of VOAC 77 Fabricated in Iwatsu", Seiten 135 his 139» veröffentlicht durch Japan Broadcast Publishing Company Ltd., im April 1971)·

Das -anhand der Fig. 4- und 5 erläuterte Digitalvoltmeter, das erwähnte integrierende Digitalvoltmeter unter Ausnutzung der Impulsbreitenmodulation und das digitale Meßgerät unter Verwendung eines Analog-Digital-Umwandlers enthalten jeweils einen Impulsgenerator, einen Zähler, eine Vergleichseinrichtung etc. und diese Elemente können gewöhnlich bei den AusfuhrungEformen gemäß dieser Erfindung benutzt werden.

In Fig. 6 ist eine weitere erfindungsgem&ße Aueführungefora Erzielung einer logarithmischen Ausgangsgröße Vq dargestellt Die Schaltung enthält Schalter 1 biß 6, einen ViderBtand 17 dem Viderstandswert Bp, einen Kondensator 16 und uralter· Elemente, die denen der Fig. 2 entsprechen und »it der gleichen Zahl bezeichnet sind.

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tabelle 3

^"^v. Schalter Zeitabschnitt	1	2	3	4	5	6
	AUS	EIN	AUS	EIIf	AUS	EIN
	EIN	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS
	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS
	AUS	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS
	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS	AUS
	AUS	AUS	AFS	AUS	AUS	AUS

Wie aus Tabelle J 6r-E3.chtliofe._s sind währsnd des Zeitabschnittes T die Schalter 2, 4 und G eingeschaltet und die Schalter 1, 3 und 6 ausgeschaltet. Per Kondensator 18 wird.mit der Spannung

aufgeladen und die Ladung gespeichert.

Mährend des Zeitabschnittes Tq sind die Schalter 1 und 4 eingeschaltet und die Schalter 2_t 31 5 u&d. 6 ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird dann mit der Spannung

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Während des Zeitabschnittes T,. ist der Schalter 4 eingeschaltet und sämtliche anderen Schalter sind ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird durch den Widerstand E; gemäß

t ^:-

-v *

entladen "und diese Spannung wird der Eingangsklemme 22 der Vergleiehseinriehtung 21 zugeführt. Ist diese Spannung der an der
Eingangsklemme 2J der Vergleichseinrichtung 21 anliegenden Spannung gleich, das heißt, der Spannung .

dann liefert die "Vergleichseinrichtung an den umkehrbaren. Zähler 25 ein Ausgangssignal. Als Folge hiervon wird die folgende Gleichung erhalten

In dieser Gleichung bedeutet die Zeit t^, wie im Fall der Fig. 2_t die Zeit, zu der die Vergleichs einrichtung 21 an den umkehrbaren Zähler 25 ein Aüsgangssignal aussendet. Diese Zeit t^. wird im
umkehrbaren Zähler 25 gespeichert.

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Während des Zeitabschnittes Tp ist der Behälter 5 eingeschaltet und sämtliche anderen Schalter I₁ 2, 3, 4 und 6 sind ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird entladen.

Während des Zeitabschnittes T₃, ist der Schalter 3 eingeschaltet und die übrigen Schalter 1, 2, 4, 5 und 6 sind ausgeschaltet. . Während .dieses Zeitabschnittes wird ähnlich wie bei Fig. 2 die Ausgangsspannung Y-& der elektrischen Spannungsquelle 16. mittels des η mir ehrbaren Zählers 25 und des Impulsgenerators integriert. An der Äusgangsklemme 10 wird die in Gleichung (4) angegebene Spannung V₀ erhalten. Wenn in diesem Zustand der Zeitabschnitt IL beginnt, werden sämtliche Schalter 1 bis 6 ausgeschaltet, das heißt, geöffnet und die in Gleichung (4) angegebene Spannung V₀ an der Äusgangsklemme 10 gehalten.

Bei dem in den Fig. 2 und 6 dargestellten Beispiel wird der umkehrbare Zähler 25 zum Zählen der Zeitdauer t^. benutzt. Hierfür ist jedoch nicht unbedingt ein umkehrbarer Zähler erforderlich. Es können z.B. zwei Zähler verwendet werden, wobei der erste Zähler die Impulse während des Zeitabschnittes T* und der zweite Zähler die Impulse während des Zeitabschnittes T₃, zählt. Wenn der Zählwert des zweiten Zählers gleich dem des ersten Zählers wird, wird der Zeitabschnitt T, in den Zeitabschnitt OL übergeführt.

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In Gleichung (4) setzen wir die Integrationszeit als t^ ein. Wird Jedoch hierfür kt,.(k 0) eingesetzt, dann folgt aus Gleichung (4-):

kt.

Falls Gleichung 13 in Gleichung (3) eingesetzt wird, kann die folgende, der Gleichung (5) entsprechende, Gleichung erhalten werden

log _- - - k-y^- (Ή)

^V1 ^VE

Bei den Anordnungen nach den ITig. 2 und 6 kann die Folgefrequenz f^ der während de,s Zeitabschnittes !·, von dem Impulsgenerator 26 an den umkehrbaren Zähler 25 gelieferten Impulse zweimal so groß wie die Frequenz f,, der während des Zeitabschnitts T* gelieferten Impulse gewählt werden. Es ist also f m Pf

und somit wird der Wert k zu k «0,5« Es ist auch ohne weiteres möglich, 2f;z « f^. zu machen, das heißt, k ■ 2. ■·

Bei den Anordnungen gemäß den Fig. 2 und 6 wird ein umkehrbarer Zähler 25 verwendet. Falls ein Zähler und ein umkehrbarer Zähler verwendet werden und der Zähler während des Zeitabschnittes T* von Mull bis η zählt und der umkehrbare Zähler von Null biß η und von η bis Null während des Zeitabschnittes OD^, dann kann der

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Wert k zu k * 2 gewählt werden.

Aus der obigen Erläuterung folgt, daß die Spannung Y„. bzw. Vp gewöhnlich als Spannung V-g der elektrischen Spannungsquelle verwendet werden kann.

Wie aus obiger Beschreibung ersichtlich ist, können die durch eine Änderung des Widerstandswertes oder Kapazitätswertes oder durch eine Ungenauigkeit "bei der Zeitmessung bedingten Fehler völlig eliminiert werden, und es kann eine hohe Genauigkeit erwartet werden» Die Anordnung kann mit niedrigen Kosten realisiert werden. In besonderer Weise eignet sich die Erfindung für bekannte Pegelmesser, das heißt, für den Seil eines Pegelmessers, in -dem ein Eingangswechselsignal in ein Gleichstromsignal und dieses in einen logarithmischen Wert umgewandelt wird.

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Claims

73/87Q2

Patentansprüche

,J System zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmi.schen Wert mit einem Kondensator, der mit einer elektrischen Iiadung, die proportional dem ersten zu vergleichenden Eingangssignal ist, aufgeladen wird, ferner mit einer Entladeeinrichtung, die einen Entladewiderstand zum Entladen der · elektrischen Ladung des Kondensators umfaßt, sowie mit einer Meßeinrichtung zum Erfassen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Entladung des Kondensators durch die Entladeeinrichtung bis zu dem Zeitpunkt, "bei dem die Spannung am Kondensator einer Spannung gleich ist, die proportional zu dem zu vergleichenden zweiten Eingangssignal ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Integrationseinrichtung vorgesehen ist zum Integrieren der Spannung einer elektrischen Spannungsquelle mit Hilfe des Kondensators und des Entladewiderstandes während einer Zeitdauer, die proportional der durch die Meßeinrichtung erfaßten Zeitdauer ist und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten Eingangssignal und dem ersten Eingangssignal als Verhältnis zwischen dem Ausgang der Integrationseinrichtung und der Spannung der elektrischen Spanmingsquelle "bestimmt wird·

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2* System nach Anspruch 1» dadurch gekennzeich net, daß eine vorgegebene Bezugsspannung als Wert der Spannung der elektrischen Spannungsquelle verwendet wird und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten und dem ersten Eingangssignal als Wert des Ausgangssignals der Integrationseinrichtung bestimmt ist.

3. Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert, gekennzeichnet durch eine erste Eingangsklemme, welcher ein erstes Eingangssignal zugeführt wird, eine zweite Eingangsklemme, welcher ein zweites Eingangssignal zugeführt wird, einen Kondensator, der mit einer elektrischen Ladung, die proportional dem ersten Signal ist, aufgeladen wird, eine Entladeeinrichtung mit einem Widerstand, der den Kondensator wieder entlädt, wobei diese Entladeeinrichtung mit einer ersten Eingangsklemme einer Vergleichseinrichtung verbunden ist und das zu vergleichende zweite Eingangssignal über die zweite Eingangsklemme einer zweiten Eingangsklemme der Vergleichseinriehtung zugeführt wird, und der Ausgang der Vergleichseinrichtung einem umkehrbaren Zähler zugeführt wird, ferner durch einen Impulsgenerator, der Impulse mit vorgegebener konstanter Periode erzeugt und an den umkehrbaren Zähler angeschlossen ist, wobei der Ausgang des umkehrbaren Zählers mit einem Schaltsteuerkreis verbunden ist, dessen

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Information an den umkehrbaren Zähler zurückgeführt wird, ferner durch"eine Schaltvorrichtung aus mehreren Schaltern, die von dem Schaitsteuerkreis gemäß folgendem Programm gesteuert werden:

a) wenn die Entlade einrichtung mit der Entladung des Kondensators "beginnt, sendet der Schalt steuerkreis an den umkehrbaren Zähler ein Signal und dieser "beginnt die vom Impulsgenerator gesendeten Impulse vorwärts zu zählen,

b) wenn die der ersten und zweiten Eingangsklemme der Vergleichseinrichtung zugeführten Spannungen den gleichen Wert erreichen, sendet die Vergleichseinrichtung ein Signal an den umkehrbaren Zähler, um diesen Zähler zu stoppen und der Schalteteuerkreis bildet einen die Spannung der Spannungsquelle integrierenden Kreis} der, umkehrbare Zähler beginnt die vom Impulsgenerator ausgesandten Impulse rückwärts zu zählen, ferner wird, wenn der Zählerstand iin umkehrbaren Zähler Null wird, die Ausgangsspannung des Kondensators gehalten und der logarithmische Vert dee Verhältnisses zwischen dem zweiten und dem ersten Eingangcsignal durch das Verhältnis zwischen dem Ausgang dee Kondensators und der Spannung der elektrischen Sp «inungEquelle bestimmt.

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4·. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltvorrichtung einen zwischen die erste Eingangsklemme und die Eingangsklemme des VerBtärkera geschalteten ersten Schalter (SW,.) enthält, daß die Eingangskiemme des Verstärkers mit der ersten Eingangsklemme der Vergleichseinrichtung verbunden ist, daß ein zweiter Schalter (SWo) zwischen die elektrische Spannungsquelle und den Entladewiderstand geschaltet ist, dessen zweite Klemme mit der Eingangsklemme des Verstärkers verbunden ist, daß ein dritter Schalter (SWV) zwischen den Kondensator und Erde, geschaltet ist, daß ein vierter Schalter .(SW₂.) zwischen die Ausgangsklemme des Verstärkers und den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und dem dritten Schalter geschaltet •istι daß ein fünfter Schalter (SW₁-) parallel zu dem Kondensator angeordnet ist und ein 6. Schalter (SWg) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Schalter und dem Entladewiderstand sowie mit Erde verbunden ist, und die Schalter durch den Schaltsteuerkreie auf folgende Weise gesteuert werdent

ZEITABSOHNItDO? QTJ sw₂ BW, SW₄ BW₅ sw₆ ³O EIN AUS EIN AUS AUS EIN ^ΤΛ AUS AUS EIN AUS AUS EIN AUS AUS AUS EIN EIN EIN AUS EIN AUS EIN AUS AUS T AUS AUS AUS EIN AUS EIN

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Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltvorrichtung einen mit der ersten Eingangsklemme und dem Widerstand verbundenen ersten Schalter (1) enthält, daß der zweite Anschluß des Widerstandes

mit einer Eingangsklemme des Verstärkers verbunden ist und ein zweiter Schalter (2) zwischen der zweiten Eingangsklemme und dem Widerstand angeordnet ist _t daß ein dritter Schalter (3) zwischen die elektrische Spannungsquelle und den Entladewiderstand geschaltet ist, dessen zweite Klemme mit dem Kondensator und der Eingangskiemme des Verstärkers verbunden ist, daß ein vierter Schalter (4) zwischen den Entladewiderstand und die zweite Klemme des Kondensators geschaltet ist, daß ein fünfter Schalter (5) zu dem Kondensator parallel geschaltet ist und ein sechster Schalter (6) zwischen den fünften Schalter und die erste Eingangsklemme der Vergleichseinrichtung geschaltet ist und daß diese Schalter von dem Schaltsteuerkreis auf folgende Weiee gesteuert werden:

ZEITABSCHNITT Λ 2 3 4- 5 6

T AUS EIN AUS EIN AUS EIN

T₀ EIN AUS AUS EIN AUS AUS

T₁ AUS AUS AUS EIN AUS AUS

T₂ AUS AUS AUS AUS EIN AUS

T₂ AUS AUS EIN AUS AUS AUS

T₄ · AUS AUS AUS AUS AUS AUS

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