DE2822467A1

DE2822467A1 - Leitwertmesser

Info

Publication number: DE2822467A1
Application number: DE19782822467
Authority: DE
Inventors: Norman H Strong
Original assignee: John Fluke Manufacturing Co Inc
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 1977-05-23
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2822467C2; NL7805426A; GB1589957A; JPS53144783A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH _f germer.ng 22. Mai 1978 S/kn

PATENTANWALT » PHONe"" MÜNCHEN 84 3β SB

TELEGRAMMADRESSE: _

CABLE ADDRESS : PATENDUCH MÜNCHEN

D1PL.-PHYS. F. ENDLICH POSTFACH. D - SO34 GERMERlNG

TELEX: 82 «73Ο PATE

Meine Akte: F-4416

John Fluke MFG. Co., Inc. Mountlake Terrace, Washington, USA

Leitwertmesser

Die Erfindung betrifft einen Leitwertmesser und ein Verfahren zur Durchfuhrung einer Leitwertmessung.

Bekannte digitale Ohmmeter sind auf die direkte Widerstandsmessung bis zu Werten von 20 M Sl beschrankt. Werte über 20 werden Üblicherweise dadurch gemessen, daß der kombinierte Widerstand eines niedrigen Widerstands bekannten Werts gemessen wurde, der parallel zu einem hohen Widerstand mit unbekanntem Wert geschaltet wurde. Dann wird eine Berechnung ausgeführt, die auf der Messung und dem Wert des bekannten Widerstands basiert, wodurch der Wert des unbekannten Widerstands bestimmt wird .Dieses Verfahren ist, obgleich es vorteilhaft ist, nicht voll zufriedenstellend. Zum ersten erfordert dieses

Verfahren einen bestimmten Zeitaufwand und unterliegt Berech-

809849/0764

-X-

nungsfehlern. Diese Meß- und Berechnungstechnik arbeitet nur gut mit Widerständen, deren Werte sehr hoch gegenüber dem Wert des bekannten Widerstands sind. Wenn der bekannte Widerstand nicht wesentlich kleiner als der Wert des unbekannten Widerstands ist, ergibt sich eine äußerst komplizierte mathematische Berechnung.

Versuche, dieses Problem zu löisen _t d.h. eine Einrichtung zur direkten Messung von Widerstandswerten über 20 Μ-Λ-_/ beinhalteten üblicherweise die Notwendigkeit, eine vergrößerte Skala mit einer Dekade hinzuzufügen. Diese Lösung ist überhaupt nicht zufriedenstellend, da der zusätzliche bzw. vergrößerte Bereich eine sehr langsame Ansprechzeit hat. Diese Lösung schiebt das Problem nur um eine Dekade auf, d.h. Widerstandswerte oberhalb des erweiterten Bereichs (200 M Λ ) können immer noch nicht direkt gemessen werden. Bei einem anderen Versuch zur Lösung dieses Problems wird eine externe Speisequelle in Serie zu dem unbekannten Widerstand und einem digitalen Voltmeter geschaltet. Dieser Versuch erfordert die Kenntnis des Innenwiderstands des Voltmeters ebenso wie die Kenntnis des exakten Wertes der Spannung der Speisequelle. Zusätzlich zu der Tatsache, daß dieser Versuch äußerst mühselig ist, läßt sich diese Technik nur mit großem Aufwand bzw. hohen Kosten ausführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitwertmesser zu schaffen, mit dem Widerstandswerte im Bereich von 10 M -Q.

. und darüber gemessen werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

809849/0764

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur Ausführung der Messung mit dem Leitwertmeßgerät. Der erfindungsgemäße Leitwertmesser ermöglicht vorteilhafterweise eine genaue, direkte Messung von Widerstandswerten über 20 M -&- . Der Leitwertmesser läßt sich mit geringem Aufwand und somit billig herstellen und hat keinen komplizierten Aufbau. Wesentlich ist, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Leitwertmesser exakte, direkte Messungen von Widerstandswerten im Bereich von 10 M-Q- und darüber ausführen lassen.

Die Erfindung schafft einen digitalen Leitwertmesser zur direkten Bestimmung eines Widerstandswertes, jedoch auf inverse Weise auf der Basis von direkten Leitvertmessun gen anstelle einer direkten Widerstandsmessung. Ein Spannungsabfall mit einer Polarität an einem Referenzwiderstand steuert die Ladegeschwindigkeit eines Kondensators eines Integrators in einem Dual-Slope-Analog/Digital-Konverter über ein bekanntes Zeitintervall. Danach wird der Kondensator auf einem bestimmten Wert, beispielsweise Null, über eine gemessene Zeitperiode mit einer Geschwindigkeit entladen, die durch einen Spannungsabfall mit entgegengesetzter Polarität bestimmt wird, der an dem nicht bekannten Widerstand vorliegt. Die gemessene Zeitperiode steht in direkter Beziehung zum Leitwert des unbekannten Widerstands und in umgekehrter Beziehung zu dem Widerstandswert. Die Zeitmessung wird in Halteschaltungen (Latch) gespeichert, die eine digitale Anzeige steuert.

Erfindungsgemäß werden somit die Widerstandswerte direkt, jedoch auf invertierte Weise durch Messung des Leitwertes anstelle durch die Messung des Widerstandswertes eines unbekannten Widerstands gemessen. Der Spannungsabfall an dem Referenz-

809849/0764

^Z

widerstand wird zur Steuerung der Ladegeschwindigkeit des Kondensators eines Integrators benützt, wobei der Integrator einen Teil eines Dual-Slope-Analog/Digital-Konverters bildet. Vorzugsweise wird der Kondensator über eine bekannte Zeitperiode geladen. Danach wird der Kondensator auf einen vorbestimmten Wert mit einer Geschwindigkeit entladen, die in Beziehung zu dem Spannungsabfall mit entgegengesetzter Polarität steht, wobei dieser Spannungsabfall am unbekannten Widerstand über eine gemessene Zeitperiode hinweg anliegt. Die Zeitmessung steht in direkter Beziehung zum Leitwert des unbekannten Widerstands und somit in inverser Beziehung zum Widerstandswert selbst. Die sich ergebende Zeitmessung wird zur Steuerung einer Digitalanzeige benützt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Leitwertmessers ist eine Steuereinheit vorgesehen, die das Anlegen der Spannungen steuert, die ihrerseits das Laden und Entladen des Kondensators des Integrators steuern. Die Steuereinheit bewirkt zuerst, daß eine Spannung an den Integrator angelegt wird, bis ein Zähler, der mit einem festen Wert zu zählen beginnt (z.B. NuIl^ überläuft; die Spannung steht dabei in Beziehung zum Spannungsabfall am Referenzwiderstand. Wenn der Zähler überläuft, läßt die Steuereinheit den Spannungsabfall am unbekannten Widerstand an den Integrator anlegen. Wenn der Ausgang des Integrators einen vorbestimmten Wert oder Pegel (z.B. Null) erreicht, wird das Ausgangssignal des Zählers in Speicher-Haltekreise (Speicher-Lptch-Schaltungen)übertragen. Der Zählerausgang steht natürlich in Beziehung zu dem Verhältnis zwischen der gemessenen Zeitperiode und der bekannten Zeitperiode, die durch das überlaufen des Zählers bestimmt ist. Der gemessene Wert steht in direkter Beziehung zum Leitwert. Er steht in integraler Beziehung, wenn

809849/0784

-X-

10

die bekannte Zeitperiode in geeigneter Weise ausgewählt ist, z.B. auf lOO msec gewählt ist. Der Ausgang der lotch-Schaltungen wird an eine geeignete Anzeige angelegt.

Der erfindungsgemäße Leitwertmesser arbeitet auf eine Weise, die zu der Normaloperation eines digitalen Ohmmeters entgegengesetzt ist. Das bedeutet, daß bei einem digitalen Ohmmeter normalerweise der Kondensator des Integrators entsprechend dem Spannungsabfall an einem unbekannten Kondensator aufgeladen und entsprechend dem Spannungsabfall an einem Referenzwiderstand entladen wird. Wenn der Spannungsabfall einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Ausgang eines Zählers in Daten-Latch-Schaltungen übertragen, welche eine Anzeige steuern. Im Gegensatz zur Erfindung steht der Ausgang in Beziehung zum Widerstand, d.h. die gemessene Zeitperiode, die ein Verhälstnis aus dem bekannten Wert und dem unbekannten Wert darstellt, ist direkt gleich dem Widerstand. Dieser Versuch beinhaltet, wie eingangs angegeben ist, mehrere Nachteile, wenn der Wert des zu messenden Widerstands im Bereich von 10 WJl. und darüber liegt. Der . erfindungsgemäße Leitwertmesser unterliegt jedoch keinen derartigen Beschränkungen. Da erfindungsgemäß die gleiche Einrichtung eines digitalen Ohmmeters benutzt wird, der zur Widerstandsmessung verwendet wird, jedoch auf unterschiedliche Weise, läßt sich der Leitwertmesser mit geringem Aufwand und geringen Kosten herstellen. Da erfindungsgemäß eine direkte Anzeige bzw. Ablesung möglich ist, wird auch das Erfordernis an auszuführenden mathematischen Berechnungen beseitigt, wenn es nicht erwünscht ist, die Anzeige des Leitwerts in den Widerstand umzuwandeln. Wenn dies jedoch erwünscht ist, liegt nur ein einfaches Divisionsproblem vor. Somit kann die Anzeige auch in Form eines Widerstands abgegeben werden, wenn es gewünscht

809849/0764

ist, indem einfach die Zeitmessung invertiert wird und der invertierte Wert zur Steuerung der abzulesenden Anzeige benutzt wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des Leitwertmessers zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. I eine teilweise in Blockschaltbildform und schematischer Darstellung gehaltene Darstellung einer Ausführungsform des Leitwertmessers,

Fig. 2 ein Signal-Zeitdiagramm zur Erläuterung des Öffnungsund Schließvorganges bestimmter Schalter des Leitwertmessers nach Fig. 1, und

Fig. 3 ein verallgemeinertes Wellendiagramm zur Darstellung der Spannung am Ausgang des Integrators eines Analog/Digital-Konverters, der auf die erfindungsgemäße Weise arbeitet.

Fig. 1 zeigt eine teilweise in Blockschaltbildform und schematischer Ansicht gehaltene Ausführungsform eines digitalen Leitwertmessers mit dem erfindungsgemäßen Aufbau. Der Leitwertmesser weist eine mit V bezeichnete Spannungsquelle, einen Referenzwiderstand R ., zwei Widerstände R₁ und R„ sowie zwei Kondensatoren C^ und C^ auf. Außerdem ist ein erster Doppelschalter S,, dessen Schaltkontakte miteinander gekoppelt sind, und ein einpoliger Schalter S~ und ein zweiter Zweifachschalter bzw. doppelpoliger Schalter S_, dessen Schaltkontakte miteinader gekoppelt sind, vorgesehen. Zwei

Funktionsverstärker sind mit A. und A bezeichnet, ein Komet

809849/076/,

parator mit A~. Der Leitwertmesser weist ferner eine Steuereinheit 11, einen Taktgeber 13, einen Zähler 15, Daten-Latch-Schaltungen 17 und eine Anzeige 19 auf. Der Widerstand mit unbekanntem Widerstandswert ist in Fig. 1 mit R bezeichnet und liegt zwischen Eingängen T- und T_.

Der negative Anschluß der Spannungsquelle V ist mit Masse und mit der Klemme T- verbunden. Der positive Anschluß der Spannungsquelle V ist über den Referenzwiderstand R _f an den Widerstand R₁ angeschlossen, wobei der Widerstand R. eine Serienschaltung mit dem Anschluß T₁ bildet, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Anschlüsse der einen Seite des Schalters S, sind mit den gegenüber liegenden Enden des Referenzwiderstands R _r verbunden, während die Anschlüsse der anderen ref '

Seite des Zweifachschalters S₁ mit den gegenüber liegenden Enden der Kapazität C₁ verbunden sind. Wenn somit der Schalter S₁ geschlossen ist, liegt der Kondensator C₁ parallel zum Referenzwiderstand R _f auf Grund der beiden geschlossenen Schaltkontakte des Schalters S,. Die beiden Anschlüsse einer Seite des Schalters S„ sind mit den gegenüber liegenden Enden

des Kondensators C₁ verbunden. Der andere Anschluß eines Teils des Schalters S„ der mit dem positiven Anschluß des Kondensators C₁ verbunden ist, d.h. das über den Schalter S₁ mit der positiven Seite der Spannungsquelle V verbindbare Ende ist an Masse gelegt. Der andere Anschluß eines Teils des Schalters S„ ist mit dem negativen Anschluß des Kondensators C₁ verbunden, d.h. das Ende, welches durch den Schalter S₁ über die Verbindung zwischen den Widerständen R . und R₁ in Verbindung "gebracht werden kann, ist an den nicht invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers A₁ angeschlossen.

809849/0766

Der Anschluß T, ist über den Schalter S« mit dem nicht invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers A₁ verbunden. Der Ausgang des Funktionsverstärkers A.. ist mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Der Ausgang des Funktionsverstärkers A. ist außerdem über den Widerstand R_ an den invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers A_ angeschlossen, dessen nicht invertierender Eingang mit Masse verbunden ist. Der Kondensator C_rt liegt zwischen dem Ausgang des Funktionsverstärkers A« und dessen invertierendem Eingang. Der Ausgang des Funktionsverstärkers A_ ist außerdem an den invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers A_ angeschlossen. Der nicht invertierenden Eingang des Funktionsverstärkers A„ ist mit Masse verbunden, während sein Ausgang an die Steuereinheit 11 geschaltet ist.

Wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, ist die Steuereinheit 11 vorgesehen und derart geschaltet, daß sie das Öffnen und Schließen der Schalter S,, S« und S₃ steuert. Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Schalter S,, S~ und S~ herkömmlicher Art können auch Halbleiterschalter vorgesehen werden, die durch die Steuereinheit 11 steuerbar sind.

Der Zähler 15 ist zum Empfang von Taktimpulsen an den Taktgeber 13 angeschlossen. Der Überlauf-Ausgang des Zählers 15, der mit 0 bezeichnet ist, ist an den Steuereingang der Steuereinheit 11 angeschlossen. Die Ausgänge der verschiedenen Stufen des Zähler_s 15 sind mit Daten-Eingängen der Daten-Latch-Schaltungen 17 verbunden. Der Freigabeeingang der Daten-Latch-Schaltungen 17 ist mit dem Freigabeausgang der Steuereinheit 11 verbunden. Außerdem sind die Daten-Ausgänge der Latch-Schaltungen 17 mit den Eingängen der Anzeigesteuerung für die Anzeige 19 verbunden.

809849/0764

Das in Fig. 1 gezeigte System läßt sich im wesentlichen in vier Untersysteme aufteilen, und zwar:

1) Eingangsschaltung bestehend aus den Elementen V, R _, R,, C-, S., $2 und Sg

2) einen Dual-Slope-Analog/Digital-Konverter, bestehend aus den Elementen A^₁ A„, A₃, R« und C_,

3) ein Steuer-Untersystem, bestehend aus der Steuereinheit 11, dem Taktgeber 13 und dem Zähler 15, und

4) ein Anzeige-Untersystem, bestehend aus den Daten-Latch-Schaltungen 17 und der Anzeige 19.

Bei den bisherigen Widerstandsmessungen wurden Dual-Slope-Analog/Digital-Konverter in einer Verhältnisschaltung zur Widerstandsmessung benutzt. Die Spannung der unbekannten Größe, die in Beziehung zum Spannungsabfall am unbekannten Widerstand steht, wurde an einen Integrator (z.B. A-, R„ und C„) über ein vorbestimmtes, bekantes Zeitintervall angelegt. Daraufhin wurde ein Spannungsabfall entgegengesetzter Polarität, jedoch bekannter Größe, an den Integrator über ein Zeitintervall angelegt, welches erforderlich ist, um den Ausgang des Integrators auf die Anfangsspannung zurückzubringen, was durch das Ausgangssignal des Komparators bestimmt wurde. Das sich ergebende Zeitintervall steht in direkter Beziehung zum Uert des unbekannten Widerstands und dieser Wert wurde zur Steuerung einer direkten Ableseanzeige benutzt. Die folgende Gleichung läßt sich auf derartige Widerstandsmeßsysteme anwenden:

x = *ref ^

ref χ

Dabei sind V der Spannungsabfall am unbekannten Widerstand, V - die Referenzspannung,

809849/0764

t die bekannte Integrationszeit bei Anlegen der Spannung V , t r die unbekannte Integrationszeit bei Anlegen der Spannung

V r·
ref

Da die Zeit üblicherweise als Zykluszahl (N) eines konstanten Frequenz-Taktes (f) angegeben wird, der während des Meßintervalls gezählt wird, lassen sich t - und t durch fN und fN _c

ref χ χ ref

ersetzen. Dadurch kann der Frequenzwert (f) ersetzt werden und die Gleichung (l) ergibt sich wie folgt:

(2)

Wenn V . und N geeignet gewählt werden (N wird normalerweise ref χ ⁹ ⁼ χ

so gewählt, daß er gleich einer runden Zahl ist, beispielsweise gleich dem Überlaufwert eines Zählers), dann kann V direkt als N j. abgelesen werden. V steht natürlich in direkter Beziehung zum Widerstandswert.

Wenn das in Fig. 1 gezeigte System auf unterschiedliche Weise benützt werden soll, läßt es sich zur Ausführung von Widerstandsmessungen in der im wesentlichen vorstehend erläuterten Weise anwenden. Wenn die Widerstandsmessung auf solche Weise ausgeführt werden soll, wird der Kondensator C, über den Schalter S, auf V r aufgeladen und V wird über den Schalter S_ integriert und zwar jeweils während der Zeitperiode N . Während der Zeitperiode N _ wird die Spannung am Kondensator S. mit entgegengesetzter Polarität an den Eingang des Dual-Slope-Analog/Digital-Konverters über den Schalter S„ angelegt. Die anwendbare Gleichung lautet dann:

V i R N- ,_,.

χ = χ χ = ref (3;

V . iR _f N ref χ ref χ

809849/0764

Die Gleichung läßt sich folgendermaßen schreiben:

R =r^ N . (4)

χ N ref ^v '

Wenn R _f und N geeignet ausgewählt werden, ist N _f direkt gleich dem Widerstandswert von R .

Gemäß vorliegender Erfindung kann die Arbeitsweise des in Fig.l gezeigten Systems derart abgewandelt werden, daß der Leitwert anstelle des Widerstands gemessen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Reihenfolge der Schaltzeiten geändert wird und eine dritte Periode hinzugefügt wird, während welcher der Dual-Slope-Analog/Digital-Konverter über ein Zeitintervall abgeschaltet ist, während welcher der Schalter S, geschlossen ist; der Konverter enthält dabei den Integrator, bestehend aus den Elementen A^, R„ und C„. Fig. 2 zeigt die Reihenfolge der Operation.

Von T_n bis T₁ ist der Schalter S, geschlossen, während die Schalter S„ und S„ geöffnet sind. Während dieser Zeitperiode wird der Kondensator C. geladen. Die Zeit zwischen T_Q und T. reicht aus, damit die Spannung am Kondensator C. einen Wert erreicht, der gleich dem Spannungsabfall am Widerstand R ,. ist.

Zum Zeitpunkt T- wird der Schalter S, geöflfnet und der Schalter S^ geschlossen, während der Schalter S- geöffnet bleibt. Infolgedessen integriert der Integrator des Dual-Slope-Digital/ Analog-Konverters mit einem Wert, der in Beziehung zur Spannung steht, welche im Kondensator C. gespeichert ist. Die Integration erfolgt zwischen den Zeitpunkten T. und T„. Diese Zeitperiode steht fest und ist bekannt, wie nachfolgend erläutert wird. Während dieser Zeitperiode wird sorait der Kon-

809849/0764

-μ.

densator CL geladen. Zum Zeitpunkt Τ« wird der Schalter S~ geöffnet und der Schalter S« geschlossen, während der Schalter S. geöffnet bleibt. Vom Zeitpunkt T« bis zum Zeitpunkt T„ wird eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität an den Integrator angelegt, wodurch sich der Kondensator C₉ entlädt. Wenn der Ausgang des Komparators A-, der den Ausgang des Integrators gegenüber dem Massepotential bzw. Erdpotential vergleicht, den Wert Null (oder einen anderen vorbestimmten Wert) erreicht, wird der Zählvorgang beendet. Diese Zeitperiode N steht in direkter Beziehung zum Leitwert des Widerstands R , der natürlich in inverser Beziehung zum Widerstandswert von R steht. Fig. 3 ein linearisiertes Diagramm zur Veranschaulichung der Spannung am Ausgang des Integrators, d.h. der Spannung am Ausgang des Integrators, bzw. ^^er Spannung am Ausgang des Funktionsverstärkers A„. Diese Spannung beträgt zwischen T» und T- Null. Zwischen T, und T„ erhöht sich die Spannung auf einen Wert, der durch den Widerstandswert R . bestimmt ist. Zwischen T_ und T₃ fällt die Spannung auf Null ab.

Die Gleichungen zur Beschreibung der Arbeitsweise der Erfindung sind folgende:

R- N _ ,
ref = ref _(f.\

R N ^^}

χ χ

Diese Gleichung läßt sich folgendermaßen schreiben:

_r ref _1

χ ⁼ R -N ⁼ R (6)

ref xx

Die Steuereinheit Π steuert den Zustand der Schalter S,, S~ und S₃. Wie vorstehend erläutert wurde, werden die Schalter

809849/0764

vorzugsweise in Form von Halbleiterschaltern vorgesehen, und zwar im Gegensatz zu den in Fig. 1 gezeigten mechanischen Schaltern. Die Funktionsweise der Halbleiterschalter ist jedoch die gleiche wie die der mechanischen Schalter. Der Zähler 15 ist vorzugsweise ein freilaufender bzw. astabiler Zähler (free running counter) und zählt die Taktimpulse des Taktgebers 15; der Zähler kann auf einen Wert voreingestellt sein, wenn ein Überlaufimpuls auftritt. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode nach dem Schließen des Schalters S₁ tritt ein zweiter Uberlaufimpuls auf und die Steuereinheit 11 öffnet den Schalter S, und schließt den Schalter S_Q (Zeitpunkt T₁). Der nächste überlaufimpuls des Zählers 15 läßt die Steuereinheit 11 den Schalter S« schließen und den Schalter S₀ öffnen (Zeitpunkt T₀). Der Schal-

ό Z.

ter S₀ bleibt geschlossen und der Schalter S- bleibt geöffnet, Z ό

bis der Ausgang des [Comparators A„ einen vorbestimmten Wert (z.B» Null) erreicht. Wenn dies der Fall ist, gibt die Steuereinheit 11 die Latch-Schaltungen 17 frei, welche den Zählerwert des Zählers 15 speichern und der gespeicherte Wert wird der Anzeige 19 zugeführt. Die Anzeige 19 kann so gesetzt oder eingestellt sein , daß sie den Leitwert anzeigt oder gewUnschtenfalls kann der Ausgang der Daten-Latch-Schaltungen an eine digitale Rechenschaltung angelegt werden, welche die Leitwertdaten in Widerstandsdaten umwandelt und das auf diese Weise erhaltene Ergebnis wird zur Steuerung der Anzeige, d.h. zur Anzeige geführt. Der Zähler und die Steuereinheit können ersichtlicherweise auf unterschiedliche Weise arbeiten, um das gleiche Ergebnis zu erreichen.

Wenn die Widerstands- und Leitwertmessungen eines Widerstands

R die gleichen sind, was dann der Fall ist, wenn R = R _, χ χ ref

dann ist N _ (Ablesung) die gleiche. Bei einer Erhöhung von R

809849/0764

-X-

(Abnahme von G ) verkleinert sich der Ablesewert, d.h, er geht in Richtung auf den Viert NuIl₇ da der Leitwert im Gegensatz zum Widerstand gemessen wird. Wenn der Widerstand gemessen wird, würde die Ablesung schnell über den Bereich hinausgehen, wogegen die Leitwertablesung in dem Bereich bleibt. Es wurde festgestellt, daß durch die Messung des Leitwertes anstelle des Widerstandswertes wenigstens 500-mal höhere Werte gemessen werden können. Dies bedeutet, daß das erfindungsgemäße Meßsystem dazu benützt werden kann, Widerstandswerte exakt zu messen, die größer als 10 000 M -O- sind.

Die erfindungsgemäße Meßanordnung kann mit einem Widerstandsmeßsystem kombiniert werden, das sich zur Messung von Widerstandswerten unterhalB von 20 M J~L eignet. Ein derartiges, zusammengesetztes System kann so gesteuert werden, daß Widerstände unterhalb von 20 M -Π- direkt gemessen und Widerstände über 20 M -Q. auf inverse Weise gemäß der Erfindung gemessen werden. Infolgedessen ist eine billige und einen äußerst großen Widerstandsmeßbereich überdeckende Widerstandsmessung möglich. Das Meßsystem ist insbesondere deswegen v.on geringem Aufwand und billig, weil nur die Arbeitsweise der Steuereinheit geändert wird. Diese Änderung ist darüber hinaus von logischer Natur. Bei beiden Arbeitsweisen ist eine Seite des unbekannten Widerstands mit der niedriges Potential (Massepotential) aufweisenden Seite des Analog/Digital-Konverters verbunden. Eine solche Verbindung trägt dazu bei, die Aufnahme bzw. den Empfang von unerwünschten Fremdsignalen zu beseitigen, die andererseits eine durch Rauschsignale beeinflußte Ablesung, d.h. gestörte Ablesung hervorrufen könnten.

Die Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung von Widerstandswerten durch Messung des Leitwert. Die Messungen werden dadurch

809849/0764

ausgeführt, daß zuerst eine in Beziehung zum Spannungsabfall an einem Referenzwiderstand liegende Spannung an einen Dual-Slope-Analog/Digital-Konverter über eine bekannte Zeitperiode angelegt wird, wonach ein Spannungsabfall entgegengesetzter Polarität ara unbekannten Widerstand über eine gemessene Zeitperiode angelegt wird. Die resultierende Zeitmessung steht im Falle einer geeigneten Wahl des Referenzwiderstandes und der Bezugszeitwerte in direkter, integraler Beziehung zum Leitwert des Widerstands, dessen Wert bestimmt werden soll, sowie in inverser Beziehung zum Widerstandswert.

Zur Speicherung der Spannung zur Verwendung durch den Analog/ Digital-Konverter kann ein "fliegender" Kondensator C (flying capacitor) verwendet werden, es kann jedoch auch eine Abwandlung derart vorgenommen werden, daß der Massepunkt auf den Zeitpunkt T. anstelle des Zeitpunkt T« fällt und der Widerstand R.. beseitigt wird. Wenn dies vorgenommen wird, kann auch der Kondensator C₁ beseitigt werden und der Spannungsabfall am Referenzwiderstand R . wird während der Zeitperiode T. bis T₂ direkt an den Komparator A. angelegt. Diese Anordnung hat jedoch bestimmte Nachteile dahingehend, welche die Vorteile der Einfachheit in den Hintergrund treten lassen. Insbesondere ergibt sich bei dieser Anordnung ein Flotieren der Spannungsquelle und die sich daraus ergebenden Nachteile. Außerdem kann eine solche Anordnung schwierig gegenüber hohen Spannungen geschützt werden, die unvermeidbar oder zufällig über die Klemmen T- und T« angelegt werden. Bezüglich der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist festzustellen, daß der Widerstandswert R, gewUnschtenfalls gleich Null gewählt werden kann.

809849/0764

Claims

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH oermer.ng 22. Mai 1978 S/kn PATENTANWALT TELEFON MÜNCHEN 84 30 86 PHONE TELEGRAMMADRESSE. pATENDUCH mOnchEn CABLE ADDRESSl DlPU-PHYS. P. ENDLICH POSTrACH. D - 6O34 OERMERINO TELEX: B 2 1790 PATE Meine Akte: F-4416 John Fluke MFG. Co., Inc. Mountlake Terrace, Washington, USA Patentansprüche

1. Leitwertmesser,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangskreis (V, R _f, R-, Ο.., S-, S-, S₃) zur Erzeugung einer ersten Spannung mit einer auf den Wert eines Referenzwiderstands (R .) bezogenen ersten Spannung und einer auf den Wert eines unbekannten Widerstands (R ) bezogenen zweiten Spannung, eine an den Eingangskreis angeschlossene Integriereinheit (R„, C_, Ap) und eine Steuer- und Meßschaltung (Π, 13, 15) vorgesehen sind, daß die Steuer- und Meßschaltung an den Eingangskreis und an die Integriereinheit angeschlossen sind, um die erste Spannung über ein bekanntes Zeitintervall an die Integriereinheit und die zweite Spannung mit zur ersten Spannung entgegengesetzter Polarität am Ende des bekannten Zeitintervalls an die Integrierschaltung anzulegen und um das

809849/0764

ORIGINAL INSPECTED

Zeitintervall, das mit dem Anlegen der zweiten Spannung an die Integriereinheit beginnt und endet, wenn der Ausgang der Integriereinheit einen vorbestimmten Wert erreicht, zu messen, wobei das gemessene Zeitintervall in direkter Beziehung zum Leitwert des unbekannten Widerstands steht.

2. Leitwertmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangkreis.einen Referenzwiderstand (R _), eine Schaltung (R,) zur Verbindung des Referenzwiderstands mit dem unbekannten Widerstand (R ) und eine Speisespannungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die aus dem Referenzwiderstand und dem unbekannten Widerstand bestehende Schaltung aufweist, daß eine erste Schalteinheit (S., S_Q) zum Anlegen des Spannungs-

I O

abfalls am Referenzwiderstand, der durch die Spannungsquelle an der Integriereinheit erzeugt wird, sowie eine zweite Schalteinheit (S„) vorgesehen sind, daß die zweite Schalteinheit die Schaltung (R-.) derart mit der Integriereinheit (R„, CL, A„) verbindet, daß die Schaltung eine auf den Spannungsabfall am unbekannten Widerstand bezogene Spannung an die Integriereinheit anlegt, daß die erste und zweite Schalteinheit mit der Steuer- und Meßschaltung (11, 13, 15) derart verbunden ist, daß äie durch die Steuer- und Meßschaltung steuerbar ist, damit der Spannungsabfall am Referenzwiderstand, der an die Integriereinheit angelegt wird, die erste Spannung liefert und die auf den Spannungsabfall am unbekannten Widerstand bezogene Spannung die zweite Spannung darstellt.

3. Leitwertmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

erste Schalteinheit (S₁, S„) einen Kondensator (C₁) einen ersten

Io I '

Schalter (S-) zur Verbindung des Kondensators parallel zum

809849/0764

Referenzwiderstand (R ) und einen zweiten Schalter (S_o) zur

ref 2.

Verbindung des Kondensators mit dem Eingang der Integriereinheit (Rp, Cp, Ap) aufweist.

4. Leitwertmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinheit einen Integrator aufweist, der aus einem Funktionsverstärker (A„), einem Widerstand (Rp) und einem Kondensator (Cp) besteht, daß der Widerstand (Rp) derart geschaltet ist, daß ein Ende die an einen Eingang des Integrators angelegte Eingangsspannung empfängt, während sein anderes Ende mit einem Eingang des Funktionsverstärkers verbunden ist und daß der Kondensator (C„) zwischen einen Eingang des Funktionsverstärkers und den Ausgang des Funktionsverstärkers geschaltet ist.

5. Leitwertmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinheit (Rp, Cp, Ap) einen Komparator (Ap) aufweist, dessen einer Eingang an den ausgang des Funktionsverstärkers (Ap) angeschlossen und dessen zweiter Eingang an einen eine vorbestimmte Spannungsamplitude bzw. Spannungsgröße liefernden Punkt geschaltet ist.

6. Leitwertmesser nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Heßschaltung (11, 13, 15) eine Taktsignalquelle (13), einen mit der Taktsignalquelle verbundenen Zähler (15), welcher die von der Taktsignalquelle abgegebenen Impulse zählt und einen Überlauf-Ausgang und Daten-Ausgänge aufweist, sowie eine Steuereinheit (ll) enthält, die an den Überlauf-Ausgang (θ) des Zählers (15) sowie an den Ausgang des Komparators (A«) zur Steuerung des ersten und zweiten Schalters (SI, S„) der ersten Steuereinheit sowie derart an die

809849/076Ä

zweite Steuereinheit (S~) angeschlossen ist, daß für ein erstes Zeitintervall der erste Schalter (S-) geschlossen und der zweite Schalter (S_) sowie die zweite Schalteinheit(S₉) geöffnet sind, daß über ein zweites Zeitintervall der zweite Schalter geschlossen und der erste Schalter sowie die zweite Schalteinheit geöffnet sind, daß über ein drittes Zeitintervall die zweite Schalteinheit geschlossen und der erste und zweite Schalter geöffnet sind, daß das dritte Zeitintervall bei einem Zählerüberlauf beginnt und endet, wenn der Ausgang des Komparators (A_) einen vorbestimmten Wert erreicht, und daß ein Anzeige-Untersystem (17, 19) an die Daten-Ausgänge des Zählers (15) angeschlossen ist, wobei ein Daten-Untersystem (17) des Anzeige-Untersystems mit der Steuereinheit (ll) derart verbunden ist, daß es. durch die Anzeige des Ausgangs des Zählers freigegeben wird, wenn der Ausgang des Komparators einen vorbestimmten Wert erreicht.

7. Leitwertmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Daten-Untersystem Latch-Glieder \17) aufweist, die Daten-Eingänge, einen Freigabe-Eingang und Daten-Ausgänge aufweisen, daß die Daten-Eingänge der Latch-Glieder mit den Daten-Ausgängen des Zählers (15) verbunden sind und daß der Freigabe-Eingang der Daten-Latch-Glieder mit dem Steuerausgang der Steuereinheit (ll) verbunden ist, wobei die Anzeigeeinheit (19) an die Daten-Ausgänge der Daten-Latch-Glieder angeschlossen ist.

8. Verfahren zur Bestimmung des Widerstandswertes eines unbekannten Widerstands durch Leitwertmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrationskondensator entsprechend dem Spannungsabfall an einem bekannten V/iderstand über ein bekanntes Zeitintervall aufgeladen und entsprechend dem Spannungsabfall am unbekannten Widerstand entladen wird und daß die Zeit erfaßt wird, die der

609849/0764

Integrationskondensator zur Entladung auf einen vorbestimmten Wert vom aufgeladenen Zustand benötigt, der dann vorliegt, wenn der Kondensator entsprechend dem Spannungsabfall am bekannten Widerstand über das bekannte Zeitintervall aufgeladen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine zum Spannungsabfall am bekannten Widerstand in Beziehung stehende Spannung an den Eingangskondensator Über ein vorbestimmtes anfängliches Zeitintervall vor dem Aufladen des Integrationskondensators entsprechend dem Spannungsabfall am unbekannten Widerstand über das bekannte Zeitintervall angelegt wird, daß die Spannung am Eingangskondensator durch Anlegen der Spannung, die in Beziehung zum Spannungsabfall am bekannten Widerstand während des anfänglichen Zeitintervalls erzeugt wird, die Spannung bildet, die zur Ladung des Integrationskondensators benötigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während der Messung der Zeit, die zur Entladung des Integrationskondensators auf den vorbestimmten Wert benötigt wird, die während dieses Zeitintervalls auftretenden Taktimpulse gezählt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in numerischer Form die Daten angezeigt werden, die in Beziehung zu der Zahl der Taktimpulse stehen, welche während des Zeitintervalls gezählt werden.

809849/0764