DE2743448C3

DE2743448C3 - Lineares Ohmmeter mit einem Differenzverstärker

Info

Publication number: DE2743448C3
Application number: DE19772743448
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Scheuplein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2743448B2; DE2743448A1; JPS5474476A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein lineares Ohmmeter mit einem Differenzverstärker, dessen Ausgang über einen Kondensator mit seiner invertierenden Eingangsklemme verbunden ist und an dessen Eingangsklemmen für eine vorgegebene Zeit eine Spannung liegt, die an einem als Teil eines mit einer Referenzspannung beaufschlagten Spannungsteilers dienenden unbekannten Widerstand abfällt und danach an die Eingangsklemmen des Differenzverstärkers, bis dessen Ausgangssignal einen Anfangspegel wieder erreicht die Differenz einer der Referenzspannung proportionalen Spannung und des Spannungsabfalls am unbekannten Widerstand gelegt ist.

Ein derartiges Ohmmeter ist in der US-Patentschrift 37 86 350 beschrieben. Bei diesem bekannten Ohmmeter wird die Differenzbildung zwischen dem Spannungsabfall am unbekannten Widerstand und der Referenzspannung direkt im mit dem Integrationskondensator verbundenen Differenzverstärker vorgenommen, dessen Eingänge dazu an einen unbekannten Widerstand bzw. an einen Spannungsteiler für die Referenzspannung gelegt sind.

Es wird allgemein angestrebt, ein Meßgerät nach Möglichkeit für die Messung verschiedener elektrischer Größen auszulegen. So sind Ohmmeter oft Bestandteile eines sogenannten Multimeters, mit dem auch Spannungen gemessen werden können. Mit dem bekannten Ohmmeter lassen sich Spannungen ohne weiteres nicht messen, weil der Integrator gleichzeitig als Differenzbildner ausgenutzt wird.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein lineares Ohmmeter anzugeben, das nur durch Umschalten weniger Kontakte auch zur Spannungsmessung herangezogen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen linearen Ohmmeter gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs ge-Bei der Erfindung ist der Integrationsverstarker nicht als Differenzbildner zwischen dem Spannungsabfall am unbekannten Widerstand und der Referenzspannung angelegt Dazu dient ein zweiter Differenzverstärker, der für eine Spannungsmessung als Inverter für die Referenzspannung geschaltet ist

Die Erfindung wird an einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, eriäutert

Vorher wird im folgenden nachgewiesen daß auch das vorliegende Ohmmeter eine lineare Abhängigkeit zwischen Anzeige und zu messendem Widerstandswert hat

Das Dual-Slope-Prinzip, nach dem sowohl die bekannte Schaltung aus der erwähnten US-Patentschrift als auch die Erfindung arbeiten, beruht auf einem Ladungsvergleich. Es wird ein Kondensator Cmit einem Strom /1, der proportional einer unbekannten Spannung U_x ist, während einer bestimmten Zeit t\ aufgeladen. Die in ihm enthaltene Ladung entspricht dann

Q₁ = C ■ U_x = i, ■ I₁

Danach v/ird der Kondensator C mit einem zweiten Strom /2, der proportional einer bekannten Referenz Urci ist, entladen. Die dafür benötigte Zeit f₂ wird gemessen und stellt ein Maß für die unbekannte Spannung U_x dar. Mit Z₁ = U_xIR und /₂ = U_Rer/R, wobei R als Proportionalitätsfaktor aufgefaßt werden kann, gilt für das Dual-Slope-Verfahren:

30

35

V_x =

U_r = k-u

Auch bei der Erfindung wird nach dem Dual-Slope-Prinzip während der Zeit ii der unbekannte Spannungsabfall U_x' am Widerstand R_x integriert. Für die nach der Aufladung im Kondensator C enthaltene Ladungsmenge gilt:

ßi = '". · Ί = -f- ■ Ί ·

50 Im Gegensatz zu einer Spannungsmessung wird

jedoch die zu entladende Ladungsmenge von der Spannungsdifferenz zwischen der Referenzspannung Urc! und vom Spannungsabfall U_x' am unbekannten Widerstand /?»bestimmt. Es ist also

Ö2 = h ■ h =

bO Weil die Ladungsmenge nach der Aufintegration Q₁ gleich sein muß der Ladungsmenge nach der Abintegration Qi, können die Gleichungen (3) und (4) zusammengefaßt werden zu:

17 =

<2_ f I₂

Daraus wird mit

UJ = U₁

Ref

u_B

*^ef R*
und daraus:

= U,

Re/

+ h

— "-Re/ _t

(5a)

Der unbekannte Widerstand A₁ ist also linear abhängig von der Entladungszeit des Kondensators

R_x = k-t₂.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung ist in der Figur dargestellt An zwei Eingangsklemmen MPX und MP2 liegt ein unbekannter Widerstand R_x. An die Eingangsklemme MP1 angeschlossen ist ein Spannungsteiler aus mit ihren Widerstandswerten bezeichneten Widerständen 9 ΜΩ, 900 kn, 90 kQ und 1 kn. Der Spannungsteiler dient zusammen mit Relaisschaltern WsI, Hs 2, rls 3, rls 4, rls 5 der Wahl des Meßbereichs. Die Gegenkontakte der Relaisschalter rlsi bis Ws5 liegen zusammen über einen Widerstand Rs an der nichtinvertierenden Eingangsklemme eines Vorverstärkers ICX. An der gleichen Klemme sind zwei entgegengesetzt gepolte Dioden Dl und D 2 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des Vorverstärkers /Cl ist über eine Rückkopplungsschleife mit der invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers verbunden. Weiter ist die Ausgangsklemme des Verstärkers ICX über einen Analogschalter 51 und einen ersten Widerstand R\ an die invertierende Eingangsklemme eines Int2grationsverstärkers /C3 gelegt. Der nichtinvertierende Eingang dieses Verstärkers ist mit Masse verbunden. Der invertierende Eingang liegt noch über den Integrationskondensator Ci am Ausgang des Verstärkers. Der Ausgang ist an den invertierenden Eingang eines Endverstärkers /C4 angeschlossen, dessen nichtinvertierender Eingang ebenfalls an Masse liegt. Der Ausgang des Endverstärkers /C4 steht mit einer Steuerlogik StI in Verbindung, die einen Zeittaktgenerato·.' und einen Zähler einschließt. Der Fußpunkt des aus den Widerständen 9 ΜΩ bis 1 kQ bestehenden Spannungsteilers ist über einen Relaisumschalter rls 6b mit zwei Gegenkontakten verbindbar, von denen der eine an Masse und der andere über einen ersten Widerstand R₂ am invertierenden Eingang eines Verstärkers IC2 liegt Der gleiche Gegenkontakt ist mit einer Referenzspannungsquelle + LW verbunden. Die Referenzspannungsquelle ist über einen Analogschalter 53 und einen zweiten Widerstand R₁ an die invertierenden Eingangsklemme des Integrationsverstärkers /C3 angeschlossen. Die nichtinvertierende Eingangsklemme des Verstärkers /C2 steht mit einem zweiten Widerstand R₂ mit einem Relaisum.sc! Jter rls 6a in Verbindung, der für die Widerstandsmessung diese Eingangsklemme des Verstärkers /C2 mit dem Ausgang des Verstärkers /Cl verbindet. Für die Spannungsmessung liegt die nichtinvertierende Eingangsklemme des Verstärkers /C2 über den zweiten Widerstand R₂ an Masse. Eine dauernde Masseverbindung der nichtvertierenden Eingangsklemme des Verstärkers /C2 ist über einen dritten Widerstand R₂ hergestellt Die Ausgangsklemme des Verstärkers /C2 ist über einen Analogschalter 52 und einen dritten Widerstand R] mit der invertierenden Eingangsklemme des Integrationsverstärkers /C3 verbunden. Weiter steht die Ausgangsklemme über einen vierten Widerstand R₂ mit der invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers /C 2 in Verbindung. Die Steuerelektroden der Analogschalter 51, 52 und 53 werden von der Steuerlogik StI angesteuert An die

ι ο Steuerlogik angeschlossen ist eine Anzeigeeinheit AE.

Die Funktionsweise der Schaltung wird im folgenden beschrieben. Sind die Relaisumschalter rls 6a bzw. rls 6b in der Schaltstellung Masse, so arbeitet die Schaltungsanordnung als ein Spannungsmeßgerät nach dem bekannten Dual-Slope-Prinzip. Dabei kann mit den Relais rls 1 bis rls 5 eine Teilspannung einer unbekannten Spannung U_x an den Eingang des Vorverstärkers /Cl gelegt werden. Der Fußpunkt des Spannungsteilers liegt dabei am Masse-Bezugspotential. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers /C2 liegt ebenfalls an Masse. Deshalb ist die Ausgangsspannung des Verstärkers /C2 die negative Referenzspannung — LW Diese Spannung bestimmt die Entladung während der Abintegrationsphase beim Vorliegen einer positiven Meßspannung U_x.

Soll die Schaltung zur Widerstandsmessung dienen, so müssen bdiglich die Relaisumschalter rls 6a und Ws 6ό betätigt werden. Der Fußpunkt des Eingangsspannungsteilers liegt dann an der positiven Referenzspannung + Urci. Zusätzlich wird der Relaisschalter Ws 1 geschlossen. Durch Anlegen des unbekannten Widerstandes an die Eingangsklemmen MPX und MP 2 entsteht dann ein Spannungsteiler. Der Eingang des Verstärkers /Cl ist hochohmig, so daß der Spannungsabfall U_x' an dem unbekannten Widerstand /?> nicht verfälscht wird.

Bei dieser Betriebsweise wird der Verstärker /C 2 als Differenzbildner verwendet. Seine Ausgangsspannung ist die Differenz zwischen der Frequenzspannung LW und dem Spannungsabfall U_x am unbekannten Widerstand R_x. Dieser Spannungsabfall U_x ist wegen der positiven Referenzspannung LW ebenfalls positiv, die Spannungsdifferenz muß deshalb negativ werden. Dies ist durch die externe Beschallung des Verstärkers /C 2 mit den Widerständen R₂ sichergestellt. Die Steuerlogik 5f/ sorgt für den richtigen Ablauf des Meßzyklus, insbesondere auch für die Zählung von während den Auf- und Abintegrationszeiten anfallenden Zähltaktimpulsen.

so Die Schaltungsanordnung kann sowohl mit diskreten Bauteilen als auch mit vollintegrierten Bausteinen aufgebaut werden. Bei den integrierten Bausteinen muß die Möglichkeit vorgesehen sein, eine positive und eine negative Referenzspannung extern anzuschließen. In der nachfolgenden Tabelle sind für die einzelnen Meßbereiche die bei der Spannungs- und Widerstandsmessung zu aktivierenden Relaisschalter aufgeschlüsselt.

Aktivierte Relais
Spannungsmessung

1 V	rls 1
10 V	rls 2
100 V	rls 3
1000 V	rls 4

Widerstandsmessung	kl>	rls	,5,6
1	kii	rls	,4,6
10	kü	rls	,3,6
100	MU	rls	,2,6
1	Mi»	rls	. 6
10

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Lineares Ohmmeter mit einem Differenzverstärker, dessen Ausgang über einen Kondensator mit seiner invertierenden Eingangsklemme verbunden ist und an dessen Eingangsklemmen für eine vorgegebene Zeit eine Spannung liegt, die an einem als Teil eines mit einer Referenzspannung beaufschlagten Spannungsteilers dienenden unbekannten Widerstand abfällt und danach an die Eingangsklemmen des Differenzverstärkers, bis dessen Ausgangssignal einen Anfangspegel wieder erreicht, die Differenz einer der Referenzspannung proportionalen Spannung und des Spannungsabfalls am unbekannten Widerstand gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtinvertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers (IC3) an Masse liegt und seine invertierende Eingangsklemme über einen Schalter (S2) mit dem Ausgang eines zweiten Differenzverstärkers (IC2) verbunden ist, an dessen invertierendem Eingang die Referenzspannung (UrJ) und an dessen nichtinvertierendem Eingang über einen Schalter (rls6a) eine dem Spannungsabfall (U_x) am unbekannten Widerstand (R_x) proportionale Spannung liegt.