DE2305204B2

DE2305204B2 - Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert

Info

Publication number: DE2305204B2
Application number: DE2305204A
Authority: DE
Inventors: Kozo Fussa Tokio Uchida (Japan)
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1974-08-08
Also published as: JPS526586B2; JPS4881449A; FR2170198A1; NL160959B; NL7301446A; NL160959C; DE2305204C3; FR2170198B1; DE2305204A1; GB1419656A; US3878383A

Description

Zeitabschnitt	1	2	3	4	5	6
T_n	AUS	EIN	AUS	EIN	AUS	EIN
T	EIN		AUS	EIN	AUS	AUS
T₁	AUS	AUS	AUS	EIN	\US	AUS
Ty	AUS	AUS	AUS	AUS	FIN	AUS
Γ,	AUS	\US	EIN	AUS	AUS	AUS
	AUS	AUS	AUS	AUS	AUS	AUS

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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, ausgenutzt 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 daß keine hohe Genauigkeit erwartet werden kann. Bei dem zweiten Mittsl ist nachteilig, daß Widerstände und Kondensatoren mit großer Genauigkeit ihres Widerstands bzw. Kapazitätswertes gefordert werden, die sich abhängig von Temperatur und Zeit nur wenig ändern. Diese Forderungen können nur 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, eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert anzugeben, die nicht mit diesen Mangeln behaftet ist. Es sollen die Faktoren eliminiert werden, die bei der Messung Feiner verursachen können, wie eine Veränderung des Widerstandes, der Kapazität, der Meßzeit usw., so daß über eine lange Zeitdauer eine hohe Genauigkeit und außerdem eine große Zuverlässigkeit erhalten werden. Die Schaltungsanordnung soll ohne sriezielle Elemente auskommen und die Umwandlung in den logarithmischen Wert auf einfache Weise und mit niedrigen Kosten ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. IA und 1B das Prinzip eines Beispiels eines

Verfahrens zum Umwandeln eines Signals in einen logarithmischen Wert,

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schaltung zum Umwandeln eines Signals in einen logarithmischen Wert, F i g. 3 A bis 3 D Schaltungseinzelheiten des Blockdiagramms nach F i g. 2,

F i g. 4 das Blockdiagramm eines Digitalvoltmeters, F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des in F i g. 4 dargestellten Digitalvoltmeters,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.

Bei dem ia F i g. 1 A dargestellten bekannten Prinzip zürn Umwandeln eines Signals in seinen logarithmischen Wert werden eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C und einem Widerstand R, ein in Reihe zu dieser Parallelschaltung ingeordneter Schalter SW und eine Spannungsquelle V₁ verwendet, die zwischen dem Schalter SW und der Parallelschaltung aus ('em Kondensator C und dem Widerstand R angsordnet ist. Die Klemmenspannung am Kondensator C sei mit V_c bezeichnet, und es werde über den

Schalter SW die Spannung V₁ an die Parallelschaltung aus Kondensator C und Widerstand R angelegt. Ist der Schalter eingeschaltet, dann entspricht die Klemmenspannung V_c am Kondensator C dem Spannungswert V₁ der elektrischen Spannungsquelle. Wird

zum Zeitpunkt f₀ der Schalter SW geöffnet, dann ändert sich die Klemmenspannung V₁- am Kondensator C in Abhängigkeit von der Zeiti, wie in Fig. IB dargestellt. Das heißt, die Klemmenspannung V_c ist:

RC

O)

Unter der Annahme, daß eine mit der Spannung V₁ zu vergleichende Spannung den Wert V₂ habe, schneidet, wie in F i g. IB dargestellt, nach der Zeitdauer f, die Klemmenspannung V_c des Kondensators C die Spannung V₂, d. h., ist nach dieser Zeitdauer mit dieser Spannung gleich. Es gilt:

10

Aus Gleichung (2) folgt:

RC

(2)

(3)

Werden die Werte für den Widerstand R und den Kondensator C geeignet gewählt, dann entspricht die ao Zeitdauer i, der in den logarithmischen Wert umgewandelten Größe. Durch Zählen der in die Zeitdauer f, fallenden Impulse eines Impulsgenerators, der Impulse einer geeigneten Folgefrequenz erzeugt, wird die Zeitdauer f _t in einen digitalen Wert umgewandelt, as Wie bereits erwähnt, besteht eines dieser Probleme der bekannten Technik darin, daß ein Kondensator C 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 1, ist außerdem ein Kristallschwinger mit hoher Genauigkeit und Zeitkonstanz erforderlich. Hierdurch werden die Kosten der Meßeinrichtung weiter erhöht.

F i g. 2 stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prinzips dar. Die beiden zu vergleichenden Signale V_x und V₂ werden Anschlüssen ti bzw. 12 zugeführt. An einem Anschluß 10 wird die umgewandelte logarithmische Ausgangsgröße F₀ erhalten. Eine elektrische Spannungsquelle 16 liefert eine Bezugsspannung V_R. Es sind ein Kondensator 14 und ein Widerstand 15 vorgesehen, deren Zeitkonstante CR ist. Außerdem ist ein Verstärker 20 mit großem Verstärkungsgrad vorhanden, dessen Phase am Ausgang gegenüber dem Eingang umgekehrt ist. Die Anordnung enthält eine Vergleichseinrichtung 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 V₁ und V₂ gleich geworden ist. Das Ausgangssignal wird über die Leitung 27 einem umkehrbaren Zähler (Vorwärts-Rückwärtszähler) 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 F i g. 2 dargestellten Schalter SW₁ bis SW₉ gesteuert. Tabelle 1 veranschaulicht die Zeitbeziehungen der Schalter SW_x bis SW₉ im Hinblick auf die jeweiligen Zeitabschnitte T₀ bis T₄.

Tabelle

Zeitabschnitt	*SW₁*	*SWt*	Sch *SWi*	alter *SW,*	*SWi*	*SW_t*
T_n	EIN	AUS	EIN	AUS	AUS	EIN
Γ,	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS	EIN
Γ	AUS	AUS	AUS	EIN	EIN	EIN
T	AUS	EIN	AUS	EIN	AUS	AUS
T₁	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS	EIN

1. Zeitabschnitt T₀

Wie in Tabelle 1 angegeben, sind bei der Schaltung gemäß Fig. 2 während des Zeitabschnittes J₀ die Schalter SW₁, SW₃ und STF₆ eingeschaltet und die Schalter SW& SW₄ und SW₅ ausgeschaltet. Dies entspricht einem Schaltungsaufbau ähnlich F i g. 1A, jedoch mit geschlossenem Schalter SW. Als Folge hiervon wird die Klemmenspannung V_c am Kondensator C gleich der Eingangssignalspannung V₁.

2. Zeitabschnitt T₁

Wenn nach der Zeitdauer f₀ die Schalter SW_S und STF₆ geschlossen und die Schalter SW₁, SW₃, SW₄ und 5TF₅ geöffnet werden, beginnt während des Zeitabschnittes T₁ die Spannung V_c am Kondensator C, wie in Fig. IB dargestellt und durch Gleichung(1) angegeben, entsprechend der Entladezeitkonstante RC abzunehmen. Zu Beginn des Zeitabschnittes T₁ wird gleichzeitig vom Schaltsteuerkreis 24 über die Verbindungsleitung 29 ein Signal an den umkehrbaren Zähler 25 ausgesandt und mit dem Zähler der vom Impulsgenerator 26 ausgegebenen Impulse begonnen. Nach der Zeitdauer Z₁ vom Beginn des Zeitabschnittes T₁ an gerechnet, stimmt die der Eingangsklemme 23 der Vergleichsemrichtung 21 zugeführte Spannung V_c mit der Spannung V₂ überein. Ir diesem Zeitpunkt sendet die Vergleichseinrichtung 21 an den umkehrbaren Zähler 25 über die Leitung 21 ein Signal aus, das die Zählung der von dem Impulsgenerator 26 gelieferten Impulse unterbricht. Di< Anzahl der während des Zeitabschnittes T₁ durch der umkehrbaren Zähler gezählten Impulse sei n.

3. Zeitabschnitt Tg

Während des Zeitabschnittes T₂ sind die Schalte

5TF₄, SW₅ und STF, ein- und die Schalter STF₁, STF

und STF₃ ausgeschaltet Während dieses Zeitabschnit

tes wird der Kondensator 14 entladen, und die Span nung V₀ an der Ausgangsklemme 10 wird NuH.

4. Zeitabschnitt T₃ V₀= -V_R log ^- , (6)

Während des Zeitabschnittes 7"., sind die Schalter '

SW₂ und 5W₄ geschlossen und die Schalter SW₁. und hieraus wird:
SW₃, SW. und SW_g geöffnet. Während dieses Zeit- 5

abschnittes bilden der Kondensator 14, der Wider V₀- ~^vr Og 10 log_in( ---] (7)

stand 15 ut*i der Verstärker 20 dne Integrations- XV₁)

schaltung mit der Zeitkonstante CR. durch die die

Ausgangsspannung V_R der elektrischen Spannungs- Logarithmus 10 = 2,3026. Wird der Wert für V_R als quelle 16 integriert wird, so daß die an der Ausgangs- io Kehrwert von Logarithmus 10 gewählt, d. h.
klemme 10 auftretende Spannung linear ansteigt. y _ j_o„ _e = 0 4343

Gleichzeitig zu Beginn des Zeitabschnittes 7Λ, sendet Λ Bio

der Schaltsteuerkreis 24 über die Verbindungsleitung dann wird die Gleichung (7) zu
29 ein Signal an den umkehrbarein Zähler 25 und

setzt diesen in Betrieb. Der umkehrbare Zähler, der 15 y — — log ( * ] . (8)

am Ende des Zeitabschnittes T₁ den Zählerstand η XV₁)

aufweist, zählt unter Verwendung der Impulse des

Impulsgenerators 26 von diesem Zählerstand aus Wird also der Wert V_R wie oben angegeben aus-

zurück. Das heißt, unter Verwendung der Impulse gewählt, dann kann der Wert V₀ leicht gehandhabt des Impulsgenerators 26 wird von η bis Null gezählt, ao werden, da die so erhaltene logarithmssche Ausgangs-Wenn der Zählerstand zu Null wird, ist die Aus- größe V₀ in einen Digitalwert umgewandelt werden gangsspannung V₀ an der Ausgangsklemme 10: kann.

Aus der Erläuterung zu F i g. 2 ist ersichtlich, daß

₍ das Eingangs- und das Ausgangssignal der Vergleichs-

V₀ = V% —— . (4) 45 einrichtung 21 des umkehrbaren Zählers 25 und des

^C Schaltsteuerkreises 24 nicht auf das in F i g. 2 dar

gestellte Beispiel beschränkt sind. Zum Beispiel kann

Ist der Tählerstand Null erreicht, dann sendet der das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 zur umkehrbare Zähler 25 über die Verbindungsleitung gleichen Zeit dem Schaltsteuerkreis 24 zugeführt wer-28 ein Signal an den Schaltsteuerkreis 24. 30 den, zu der es über die Leitung 27 dem umkehrbaren

Zähler 25 zugeführt wird. Es ist auch möglich, daß

5. Zeitabschnitt T_A ^₃₅ Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 Während des Zeitabschnitts T₄ sind die Schalter durch Verbinden des Ausgangs der Vergleichsein-

5W₄ und SW₆ geschlossen und die Schalter 5W₁, richtung mittels der Leitung 27 mit dem Schaltsteuer- SW₂, SW₃ und SW₅ geöffnet. In diesem Zustand wird 35 kreis 24 den Schaltsteuerkreis 24 steuert und das Ausdie Spannung V₀ auf einem Wert gehalten, der durch gangssignal des Schaltsteuerkreises 24 den umkehr-Gleichung (4) bestimmt ist. Das heißt, während des baren Zähler 25 steuert. Ferner kann ein Haltekreis Zeitabschnittes T_i wird die in Gleichung (4) ange- zugefügt werden, der die an der Ausgangsklemme IC gebene Spannung V₀ aufrechterhalten. erhaltene Ausgangsspannung V₀ hält.

Die Beziehung zwischen den Spannungen V₁ und V₂ 40 Die F i g. 3 A bis 3 E stellen eine Ausführungsfom ist durch Gleichung (2) dargestellt und der Logarith- der in F i g. 2 nur als Blockdiagramm dargestellten mus der Beziehung zwischen diesen Spannungen in Schaltung dar. Die Bezugszeichen entsprechen denen Gleichung (3). Aus den Gleichungen (4) und (3) folgt der Fig. 2. Gemäß Fig. 3 A wird das Ausgangssigna] die Beziehung: der Vergleichseinrichtung 21 über die Leitung 27 den

45 Schaltsteuerkreis 24 zugeführt. Es ist zusätzlich eir

V₃ _ K₀ ,r\ F₀-Haltekreis vorhanden, der die an der Ausgangs·

&7Γ ⁼ yZ ' klemme 10 erhaltene Ausgangsspannung F₀ hält. Ii

¹ Fig. 3 A geben die Nummern 74190, 4490 und 7442

die Typennummern von integrierten Schaltkreisen an

Das heißt, der Logarithmus des Verhältnisses zwi- 50 Das Verhältnis zwischen den Spannungen V_R unc sehen den Spannungen V₁ und V₂ ist umgewandelt in F₀ kann durch Verwendung bekannter Digitalvolt das Verhältnis der Spannungen F^ und F₀. Wie aus meter nach dem Dual-Slope-Verfahren erhalten wer Gleichung (5) ohne weiteres ersichtlich, sind die Werte den, wie sie z. B. in der Zeitschrift Technical Repor des Kondensators 14, des Widerstandes 15 und der of the Institute of Electrical Engineers of Japai Zeitdauer ί eliminiert. Dies bedeutet, daß die Ge- 55 (Part II) No. 11, Committee of Digital Measurin| nauigkeit der Umwandlung durch keinen dieser Fak- Instruments of the Institute of Electrical Engenineer toren beeinflußt wird, falls der Kapazitätswert C des of Japan, »Digital Electric Voltmeter«, S. 30 bis 37 Kondensators 14, der Widerstandswert R des Wider- veröffentlicht im September 1970, beschrieben sind Standes 15 und die Impulsfrequenz des Impulsgene- Es wird nun Fig.4 im einzelnen erläutert. Dt«

rators 26 während der Zeitabschnitte T₀, T₁, T₂, T_s 60 Eingangsklemmen 101 bzw. 102 zugeffihrten Span und 7Λ konstant gehalten werden. Es ist sehr leicht, nungen F₀ und -V_R werden über Schalter 103 bzw diese Werte während der sehr kurzen Zeitdauer einer 104 einem Vorverstärker 105 mit dem Verstärkungs Umwandlung konstant zu halten. Auf die Genatiig- faktor 14 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vorver keit der absoluten Werte des Widerstandes R der stärkers 105 wird an eine Integrationsemrichtung ge Kapazität C und der Impulsperiode kommt es nicht an. 65 liefert, die aus einem Widerstand 106 mit dem Wider

Bei geeigneter Wahl der Spannung V_R zeigt die standswert A₁, einem Kondensator 107 mit dem Kapa AusgängsspannungF_ftdenDezibelwertan.Dasheißt, zitätswertC, rad einem Verstärker 108 mit einer aus Gleichung (5) leitet sich die folgenderBeziehtnig ab: ausreichend großen Verstärkungsfaktor besteht. Da

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. Folgefrequenz tizeugt, gespeist und zählt die empfangenen Impulse. Der Ausgang des Zählers 111 ist über eine Leitung 114 mit einem Schalts'euerkreis

115 verbunden. Die Ausgänge 116 bzw. 117 des Schaltsteuefkreises il5 steuern die Schalter 103 und 104.

Wie aus der folgenden Tabelle 2 ersichtlich, ist während des in F i g. 5 angegebenen Zeitabschnittes T_n der Schalter 103 eingeschaltet und der Schalter 104 ausgeschaltet.

Tabelle Zeitabschnitt

Schalter

103

104

EIN
AUS

AUS
EIN

An der Ausgangsklemme des Verstärkers 108 erscheint dann eine Spannung mit der in F i g. 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 2 angegeben, wird der Schalter 103 eingeschaltet und der Schalter 104 ausgeschaltet. Der Zeitabschnitt T_u beginnt. Es wird sodann die Spannung — V_R, welche die umgekehrte Polarität wie die Spannung F₀ besitzt und dem Anschluß 102 zugeführt wird, integriert und die Nullinie erneut geschnitten. Der Zähler 111 zählt während des Zeitabschnittes T_M M-Impulse, und der gezählte Wert M wird an der Klemme 112 erhalten. Durch die erwähnte Arbeitsweise folgt aus F i g. 5 die folgende Gleichung:

F_{0 =} t_M Vr ~ ty

Aus den Gleichungen (9) und (5) folgt

und hieraus

^- = log ^
TV F₂

^ = IOgIOlOg₁₀ ^

(9)

(10)

(H) pulse, bis der Zeitabschnitt t_N in den Zeitabschnitt t_M umwechselt, dann gibt M 0,001 dB (Spannungsverhältnis oder Stromverhältnis) pro Zähleinheit an. Wählt man N = 869, dann gibt M 0,01 dB pro Zähleinheit an.

Durch Multiplizieren der beiden Seiten der Gleichung (U) mit 10/log 10 = 4,343 wird die Gleichung (11) zu

^r = IOlOg₁

(13)

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

Bei einer weiteren Methode zur Verwirklichung der Beziehung

VR

Af

Wenn der Wert N geeignet gewählt wird, entspricht der Wert M dem umgewandelten logarithmischen Wert. Zum Beispiel wird durch Multiplizieren der Gleichung (11) mit

20/log 10 = 8,686
aus der Gleichung (11)

8,686^- =20 Iog₁₀ ^j. (12)

..Wählt man N = 8686, d. h-, zählt der Zähler 111 rS6S6 der von dem Impulsgenerator 110 erzeugten Imwird ein integrierendes Digitalvoltmeter unter Ausnutzung der Impulsbreitenmodulation verwendet (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«, S. 34 bis 38, veröffentlicht im Oktober 1970). Es kann auch ein digitales Meßgerät unter Ausnutzung eines Analog-Digital-Umwandlers verwendet werden (Dempa Kagaku, Band 452, Ichiro Haga: »General

so View of VOAC 77 Fabricated in Iwatsu«, S. 133 bis 139, veröffentlicht durch Japan Broadcast Publishinf Company Ltd., im April 1971).

Das an Hand der Fig. 4 und 5 erläuterte Digitalvoltmeter, das erwähnte integrierende Digitalvolt-

meter unter Ausnutzung der Impulsbreitenmodula tion und das digitale Meßgerät unter Verwendung eines Analog-Digital-Umwandlere enthalten jeweil; einen Impulsgenerator, einen Zähler, eine Vergleichs einrichtung usw., und diese Elemente können ge

"ο wohnlich bei den Ausführungsformen gemäß diesel brfindung benutzt werden.

In F i g. 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Aus tunrungsform zur Erzielung einer logarithmischei Ausgangsgröße F₀ dargestellt Die Schaltung enthäl

Schalter 1 bis 6, einen Widerstand 17 mit de:" Wider standswert R₂, einen Kondensator 18 und weiten tlemente, die denen der Fig. "■ entsprechen und mi der gleichen Zahl bezeichnet sind

	11	2	2	305 204 Tabelle 3	alter 4	Q 12	5	6
Zeitabschnitt	1	EIN	Sch 3	EIN	AUS	EIN
T_n	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS
T_n	EIN	AUS AUS	AUS	EIN AUS	AUS EIN	/JJS AUS
τ	AUS AUS	AUS AUS	AUS AUS	AUS AUS	AUS AUS	AUS AUS
Γ	AUS AUS	EIN AUS
τ!
^4

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, sind während des Zeitabschnittes T₀ die Schalter 2,4 und 6 eingeschaltet und die Schalter 1, 3 und 6 ausgeschaltet. Der Kondensator 18 wird mit der Spannung

-R*

aufgeladen und die Ladung gespeichert.

Während des Zeitabschnittes T₀ sind die Schalter 1 und 4 eingeschaltet und die Schalter 2, 3, 5 und 6 ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird dann mit der Spannung

y _

aufgeladen.

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

— V ~e~ ^RC

abschnittes wird ähnlich wie bei Fig. 2 die Ausgangsspannung V_R der elektrischen Spannungsquelle 16 mittels des umkehrbaren Zählers 25 und des Impulsgenerators integriert. An der Ausgangsklemme 10 wird die in Gleichung (4) angegebene Spannung V₀

ao erhalten. Wenn in diesem Zustand der Zeitabschnitt T₄ beginnt, werden sämtliche Schalter 1 bis 6 ausgeschaltet, d. h. geöffnet und die in Gleichung (4) angegebene Spannung V₀ an der Ausgangsklemme 10 gehalten.

»5 Bei dem in den F i g. 2 und 6 dargestellten Beispiel wird der umkehrbare Zähler 25 zum Zählen der Zeitdauer ty 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 T₁ und der zweite Zähler die Impulse während des Zeitabschnittes T., zählt. Wenn der Zählwert des zweiten Zählers gleich dem des ersten Zählers wird, wird der Zeitabschnitt T₃ in den Zeitabschnitt T₄ übergeführt.

In Gleichung (4) setzen wir die Integrationszeit als r, ein. Wird jedoch hierfür kt_x (k 0) eingesetzt, dann

-V.

JR

folgt aus Gleichung (4):

(13)

entladen, und diese Spannung wird der Eingangsklemme 22 der Vergleichseinrichtung 21 zugeführt. Ist diese Spannung der an der Eingangsklemme 23 der Vergleichseinrichtung 21 anliegenden Spannung gleich, d. h., der Spannung Falls Gleichung (13) in Gleichung (3) eingesetzt wird, kann die folgende, der Gleichung (5) entsprechende Gleichung erhalten werden

1 ^Ki ,V*

(14)

Bei den Anordnungen nach den F i g. 2 und 6 kann

dann liefert die Vergleichseinrichtung an den um- 50 die Folgefrequenz /₃ der während des Zeitabschnittes kehrbaren Zähler 25 ein Ausgangssignal. Als Folge T₃ von dem Impulsgenerator 26 an den umkehrbarer hiervon wird die folgende Gleichung erhalten: Zähler 25 gelieferten Impulse zweimal so groß wie

_t die Frequenz f_t der während des Zeitabschnittes T,

_y JL _e «ir _ _ y JL gelieferten Impulse gewählt werden. Es ist also

In dieser Gleichung bedeutet die Zeit /,, wie im Fall der F i g. 2, die Zeit, zu der die Vergleichseinrichtung 21 an den umkehrbaren Zähler 25 ein Ausgangssignal aussendet. Diese Zeit i, wird im umkehrbaren Zähler 25 gespeichert.

Während des Zeitabschnittes T, ist der Schalter 5 eingeschaltet, und sämtliche anderen Schalter 1, 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 Zeit-

und somit wird der Wert k zu k = 0,5. Es ist aucl ohne weiteres möglich. 2f, = f. zu machen, d. h k = 2.

Bei den Anordnungen gemäß den F i g. 2 und ( wird ein umkehrbarer Zähler 25 verwendet. Falls eii Zähler und ein umkehrbarer Zähler verwendet wer den und der Zähler während des Zeitabschnittes T von Null bis η zählt und der umkehrbare Zähler voi Null bis η und von π bis Null während des Zeit abschnittes T₃, dann kann der Wert Jt zu it = 2 ge wählt werden.

Aus der obigen Erläuterung folgt, daß die Span

nung V_x bzw. V₉ gewöhnlich als Spannung V_R der elektrischen Spannungsquelle 16 verwendet werden

Wie aus oWger Beschreibung ersichtlich ist, können die durch eine Ändermg des Widerstandswertes oder Kapaatütswertes oder durch eine Ungenauigkeit bei der Zeitmessung bedingten Fehler völlig eliminiert werden, und es kann eine hobt Genauigkeit erwartet werden Die Anordnung kann rort wedngen Kosten 5Kt werden. In besonderer Weise eignet sich die Erfindung für bekannte Fegetaesser, d. b. for den TeO^eines Pegelmessers, in dem em lingangswecbsel· SaHn ein Gleichstromsignal und dieses in einen loSirithmiscben Wert umgewandelt wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Etagangssignals m einen logarithroischen Wert, mit einem Kondensator, der mit einer dem ersten zu vergleichenden Eingangssignal (F₁) proportionalen elektrischen Ladung aufgeladen wird, mit einer Enüadeeinrichtung, die einen Entladewiderstand zum Entladen der elektrischen Ladung des Kondensators umfaßt, mit einer Vergleichsem- « richtung zum Erfassen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Kondensatorentladung über die Entladeeinrichtung bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Kondensatorspannung einer dem zu vergleichenden zweiten Eingangssignal (F₈) proportionalen Spannung gleich ist, und mit einer Integrationseinrichtung zum Integrieren der Spannung einer elektrischen Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert, der durch die Vergieichseinrichtung (21) erfaßten αο Zeitdauer mittels einer Speichervorrichtung (25) twischengespeichert wird, daß die Integrationseinrichtung (R₁ C) die Spannung (V_R) der elektrischen Spannungsquelle (16) mittels desselben Kondensators (C) und desselben Widerstandes (R) »5 während der durch die Speichervorrichtung (25) gespeicherten Zeitdauer integriert und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten Eingangssignal (F₂) und dem ersten Eingangssignal (F₁) bestimmt ist durch das Verhältnis zwischen dem A.usganⁿssignal (F₀) der Integrationseinrichtung (C, R) und der Spannung (Ffl) der elektrischen Spannungs_Huelle (16).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Bezugsspannung als Spannungswert der elektrischen Spannungsquelle verwendet wird und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten und dem ersten Eingangssignal als Ausgangssignalwert der Integrationseinrichtung bestimmt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingangsanschlußpunkt (11), welchem ein erstes Eingangssignal (F₁) zugeführt wird, und ein zweiter Eingangsanschlußpunkt (12), welchem ein zweites Eingangssignal (F₂) zugeführt wird, vorgesehen sind, daß der Kondensator (C) mit einer dem ersten Eingangssignal (F₁) proportionalen elektrischen Ladung aufgeladen wird, ferner die Entladeeinrichtung mit einem Entladewiderstand (R) zur Entladung des Kondensators (C) versehen und mit einem ersten Eingangsanschluß (23) der Vergleichseinrichtung (21) verbunden ist, ferner das zu vergleichende Eingangssignal (F₂) über den zweiten Eingangsanschlußpunkt (12) einem zweiten Eingangsanschluß (22) der Vergleichseinrichtung (21) zugeführt und das Ausgangssignal der Vergieichseinrichtung (21) auf einen umkehrbaren Zähler (25) gegeben wird, ferner ein ImpulsgeneratwGMi) vorhanden ist, der Impulse mit vorgegebener konstanter Periode erzeugt und an den umkehrbaren Zähler (7S) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Scbaltsteuerkreis (24) verbunden ist, dessen Information wiederum zu dem umkehrbaren Zähler (25) zurUckgeföhrt wird, schließlieb eine mehrere Schalter aufweisende Schaltvorrichtung (SW₁ bis SW₉ oder 1 bis 6) vorgesehen isx, die gemäß folgendem Programm gesteuert wird:

a) wenn die Entladevorrichtung (R) mit der Entladung des Kondensators (C) beginnt, sendet der Schaltsteuerkreis (24) an den umkehrbaren Zähler (25) era Signal, und letzterer beginnt die vom Impulsgenerator (26) gesendeten Impulse vorwärtszuzählen;

b) wenn die dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluß (22,23) der Vergleichseinrichtung (21) zugeführten Spannisneer einen gleichen Wert erreichen, sendet die Vergleichseinrichtung (21) ein Signal an den umkehrbaren Zähler, um diesen zu stoppen, und der Schaltsteuerkreis (24) bildet einen die Spannung der Spannungsquelle integrierenden Schaltungskreis; der umkehrbare Zähler (25) beginnt die vom Impulsgenerator (26) ausgesagten Impulse rückwärtszuzählen; wenn der Zählstand im umkehrbaren Zähler (25) Null wird, wird die Ausgangsspannung des Kondensators gehalten, und der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen zweitem (F₂) und erstem (F₁) Eingangssignal wird bestimmt durch das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal (F₀) des Kondensators (C) und der Spannung (V _R) der elektrischen Spannungsquelle (16).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen zwischen den ersten Eingangsanschlußpunkt (11) und den Eingangsanschluß eines Verstärkers (20) geschalteten ersten Schalter (SW₁) enthält, der Verstärkereingangsanschluß mit dem ersten Eingangsanschluß (23) der Vergleichseinrichtung (21) verbunden ist, ein zweiter Schalter (SW₂) zwischen die elektrische Spannungsquelle (16) und den Entladewiderstand (R), dessen anderer Anschluß mit dem Verstärkereingangsanschluß verbunden ist, geschaltet ist, ein dritter Schalter (SVf-'.,) zwischen den Kondensator und Erde geschaltet ist, ein vierter Schalter (SW₄) zwischen den Verstärkerausgangsanschluß und den Verbindungspunkt zwischen Kondensator und drittem Schalter (SW₃) geschaltet ist, ein fünfter Schalter (SW₅) parallel zum Kondensator (C) angeordnet und ein sechsler Schalter (SW₆) zwischen den Verbindungspunkt zwischen zweitem Schalter (SW₂) und Entladewiderstand (R) und Erde geschaltet ist, und daß die Schalter (SW₁ bis SW₆) durch den Ausgang (30) des Schaltsteuerkreises (24) auf folgende Weise gesteuert werden:

Zeitabschnitt T 5W₁ SW₂ SWs SWi SFf₅ sw_t EIN
AUS
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AUS AUS
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EIN
AUS EIN
EIN
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AUS AUS
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EIN AUS
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AUS EIN
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5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen mit dem ersten Erogangsanscbiußpunlct (U) und einem Widerstand (17) verbundenem ersten Schalter (I) enthält und der andere Anschluß des Widerstands (17) an einen Eingangsanschluß eines Verstärkers (20) angeschlossen ist, ein zweiter Schalter (?) zwischen dem zweiten Eingangsamcblußpunkt (12) und dem Widerstand (17) angeordnet ist, ein dritter Schalter (3) zwischen die elektrische Spannungsquelle (16) und den Entladewiderstand (ß) geschaltet und der andere Anschluß des Entladewiderstandes mit dem Kondensator (C) und dem VerstHrkereingangsanschluß verbunden ist, ein vierter Schalter (4) zwischen den anderenEntladewiderstandsanschiuß 'and den anderen Kondensatoranschluß geschaltet ist, ein fünfter Schalter (5) parallel zum Kondensator (C) angeordnet und ein sechster Schalter (6) zwischen den fünften Schalter (5) und den ersten Eingangsanscbluß (23) der Vergleichsejnrichtung (21) geschaltet ist, und daß die Schalter (1 bis 6) vom Schaltsteuerkreis (24) auf folgende Weise gesteuert werden: