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"Eapazitatsmeßschaltung"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Messung
der Gleichspannungskanazität eines Kondensators nach der Entlade- oder "d -Methode.
Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zum Schalten
von niederohmigen, kapazitiven oder niederohmig-kapazitiven Lasten und kann allgemein
auch Anwendung zur schnellen Aufladung eines Kondensators auf eine vorbestimmte
Spannung und zum Schalten einer Spannung in Verbindung mit niederohmigen, kapazitiven
oder niederohmig-Rapazitiven Lasten finden.
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Aus der DIN 41 328 Blatt 4 Juni 1974 ist eine Schaltungsanordnung
zur Messung der Gleichspannungskapazität eines Elektrolyt-Kondensators bekannt.
Dabei wird zur Messung der Kapazität der zu prüfende Kondensator auf eine zuvor
festgelegte Referenzspannung aufgeladen und danach über einen Entladewiderstand
entladen,
wobei die Zeit vom Beginn der Entlacung bis zum SM-fall der Spannung am Kondensator
auf einen bestimmten Wert gemessen wird. Für das Umschalten des Kondensators nach
erfolgten Ladevorgang zum nachfolgenden Entladevorgang und umgekehrt werden mechanische
Unschalter, vorzugsweise Relais, eingesetzt, da sie einen sehr kleinen Seriem*Tiderstand
aufweisen.
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Nachteilig sind jedoch die großen Schaltzeiten und die große Steuerleistung.
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Der E-insatz von Feldeffekt-Transistoren (FET) als Schalter hat zwar
den Vorteil schneller Schaltzeiten, jedoch den Nachteil eines großen Serienwiderstandes,
der die Ladezeitkonstante und somit die Ladezeit verlängert. Bei großen zu messenden
Kapazitäte sind deshalb keine kurzen Meßzyklen mehr möglich. Der Sondensator wird
ferner während des Ladevorganges wegen des Spannungsabfalles am Serienwiderstand
des Umschalters nicht exakt auf die Referenzspannung aufgeladen, so daß in der darauffolgenden
Entladephase von einem falschen Spannungspegel ausgegangen wird.
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Ferner erhöht auch der Innenwiderstand der Referenzspannungsquelle
die Ladezeit. Desweiteren addiert sich der Serienwiderstand des Schalters während
des Entladevorganges zum Entladewiderstand und beeinflußt somit die Meßgenauigkeit.
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Nicht nur in der Meßtechnik beim Messen der EapazitGt eines Kondensators,
sondern immer dann, wenn niederohmige, kapazitive oder niederehir:ig-kapazitive
Lasten beschaltet werden sollen, treten die gleichen Probleme hinsichtlich des vorhandenen
Serienwiderstandes des verwendeten Schalters auf.
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Bei niederohmigen Lasten entsteht ein Spannungsabfall am Serienwiderstand
des Schalters, bei kapazitiven Lasten in Verbindung mit zu schaltenden Wechselspannungssignalen
ebenfalls.
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Eei kapazitiven Lasten in Verbindung mit zu schaltenden Gleichspannungssignalen
ergibt sich ein Ladevorgang mit einer Zeitkonstante, die sich aus den Werten der
kapazitiven Last und des Serienwiderstandes des Schalters ergibt. Daraus folgt,
daß die Ladung einer Rapazitat eine bestimmte Zeit dauert, wobei diese Zeit mit
dem Serienwiderstand des Schalters ansteigt. Bei niederohmig-kapazitiver Lasten
ergibt sich sowohl eine Zeitverzögerung als auch ein Spannungsabfall.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine echaltunssanordnung
zu entwickeln, mit deren Hilfe niederohmige Lasten, kapazitive Lasten und niederohmig-kapazitive
Lasten ohne Einflue eines Schalter-Serienwiderstandes in schneller Weise geschaltet
werden können. Insbesondere soll die zu entwickelnde Schaltungsanordnung bei einer
nach der Entlade- oder t-MethoZe arbeitenden Kapazitätsmeßschaltung dazu dienen,
ein exaktes und schnelles Aufladen der zu messenden Kapazitot (die mit dem
parallel
liegenden Entladewiderstand eine niederohmig-kapazitive Last darstellt) zu bewerkstelligen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgema..ß dadurch gelöst, daß einem Ladeverstärker
über seinen ersten Eingang eine Referenz spannung zugeführt ist, daß sein zweiter
Eingang an der zu messenden Kapazität sowie an einem parallel hierzu angeordneten
Entladewiderstand liegt und daß der Ausgang sowie der zweite Eingang des Ladeverstärkers
über einen steuerbaren Schalter verbunden sind.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin,
daß bei geschlossenem Schalter in jedem Fall die volle Referenzspannung am Kondensator
liegt. Weder der Entladewiderstand noch der Schalter-Serienwiderstand bewirken eine
Verfälschung der Referenzspannung. Da der Kondensator mit einer höheren Spannung
als die Referenzspannung geladen wird, werden die durch den Schalter-Serienwiderstand
bedingte Zeitverzögerungen verringert. Desweiteren hat vorteilhaft der Innenwiderstand
der Referenzspannungsquelle keinen Einfluß auf den Ladevorgang.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung findet als Schalter ein steuerbarer
LTalbleiterschalter, insbesondere ein Feldffekt-Transistor Einsatz. Dies hat vorteilhaft
kurze Schaltzeiten zur Folge.
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Desweiteren liegt wahlweise ein Begrenzungswiderstand zwischen
dem
Schalter und dem zweiten Eingang des Ladeverstärkers. Hierdurch wird vorteilhaft
eine Kurzschlußfestigkeit des Ladeverstärkers erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung findet bei einem Digitalmultimeter
bzw. Digitalvoltmeter als Entladewiderstand für ver l schiedene Kapazitätueßbereiche
der Eingangsteiler dieses Digitalmultimeters bzw. Digitalvoltmeters Verwendung,
Dies hat den Vort teil, daß die Kapazitätsmessung bei einem Digltalmultimeter bzw.
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Digitalvoltmeter ohne großen zusatzlichen Aufwand realisiert werden
kann. Der Eingangsteiler dieses Digitalmultimeters bzw.
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DiAitalvoltmeters wird gleichzeitig als umschaltbarer Entladewiderstand
genutzt.
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Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß der steuerbare
Schalter mittels einer Zeitmeßschaltung ansteuerbar ist, der eingangsseitig die
Referenzspannung sowie die am Kondensator liegende Spannung zugefUlrt sind. Die
Zeitmeßschaltung weist dabei einen Komparator auf, der über seinen ersten-Eingang
und über einen Spannungsteiler mit der Referenzspannung beaufschlagt ist, dem über
seinen zweiten Eingang die am Eondensator liegenden Spannung zugeführt ist und der
ausgangssetig mit einer Ablaufsteuerung verbunden ist, die ihrerseits selbst den
Schalter sowie eine Anzeigevorrichtung ansteuert.
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Die Ablaufsteuerung wird hierbei direkt als Zähler verwendet, wobei
die zur Entladung des Kondensators auf einen bestimmten
Spannungswert
benötigte Zeit gezählt bzw. bestimmt wird und dann als Maß für die Kapazität des
Kondensators dient. Der Komparator schaltet dabei den Zähler bei Erreichen des vorbestimmten
Spannungswertes ab.
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Ferner kann der Spannungsteiler ein Potentiometer aufweisen, dessen
Schleifkontakt mit dem Komparator verbunden ist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine
genaue Einstellung dieses vcrbestimmten Spannungswertes.
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Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß bei einem Digitalmultimeter
bzw. Digitalvoltmeter als Ablaufsteuerung der Smalog-Digital-iZandler dieses Digitalmultimeters
bzw. Digitalvoltmeters Verwendung findet. In vorteilhafter Weise wird dabei ein
bereits vorhandenes Schaltungsteil eines Digitalmultirneters bzw. Digitalvoltmeters
auch zur Kapazitatsr.essung verwendet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung steuert der Schalter einen
stuerbaren Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor an, dessen Arbeitskreis
zum einen an einer Versorgungsspannungsquelle, zum anderen am zweiten Eingang des
Ladeverstärkers liegt. Dies dient vorteilhaft zur Messung von Kondensatoren rit
größeren Kapazitäten, d.h. größeren Ladeströmen.
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Bei Zugrundelegung der allgemeineren Aufgabenstellung. niederchmige,
niederohmig-kapazitive oder kapazitive Lasten chne Einfluß eines Schalter-Serien7iderstandes
in schneller Weise
schalten zu können, besteht die allgemeinere
Lehre der Erfindung darin, daß einem Oera-t-ionsverstärker an seinem ersten Eingang
eine zu schaltende Spannung und an seinem zweiten Eingang eine Last anliegen, und
daß der Ausgang des Operationsverstärkers über einen steuerbaren Schalter und wahlweise
über einen Begrenzungswiderstand mit dem zweiten Eingang verbunden ist.
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illit Hilfe dieser Sc.laltwngsanorinung können beispielsweise Spannungen
ohne Einfluß des Schalterwiderstandes geschaltet werden, oder es kann eine Kapazität
beschleunigt auf eine Referenzspannung aufgeladen werde.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen
erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kapazitatsmeßschaltung; Fig.
2 den zeitlichen Verlauf der Spannungen an einem Kondensator während eines Entladevorganges;
Fig. 3 das bei einer Zeitmeßschaltung angewandte Zweirampenverfahren;
Fig.
4 den zeitlichen Ablauf einer Kapazitätsmessung ; Fig. 5 eine Ausführungsform eines
Entladewiderstandes; Fig. 6 eine erfindungsgemäße Kapazitätsmeßschaltung für große
Ladeströme; Fig. 7 eine weitere Anwendungsrnöglichiceit der Erfindung: Beschleunigtes
Aufladen einer Kapazität; Fig. 8 eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung:
Schalten einer Spannung.
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In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Kapazitätsmeßschaltung dargestellt.
Der zu messende Kondensator mit der Kapazität Cx liegt zwischen einem Schaltungspunkt
A und dem Masseanschluß der Kapazitätsmeßschaltung. Die Spannung an der zu messenden
Kapazität Cx ist mit Ucx bezeichnet. Parallel zur Kapazität Cx ist ein Entladewiderstand
RE mit bekanntem Widerstandswert geschaltet. Der Schaltungspunkt A ist ferner mit
dem negativen Eingang eines Ladeverstärkers (= Operationsverstärkel = Schaltverstärker
= Regelverstärker) 1 verbunden.
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Der positive Eingang dieses. Ladeverstärkers 1 ist mit einer Referenzspannung
Uref beaufschlagt und liegt über einer aus
Nilderstand R1 Potentiometer
P und iderstand R2 bestehenden Serienschaltung an Masse. Die Anordnung R1/P/R2 kann
dabei als über den Schlifkontat des Potentiometers P einstellbarer Spannungsteiler
bezeichnet werden. Der SchleiÎkontakt des Potentiometers P ist mit dem positiven
Eingang eines Komparators (= Operationsverstärker) 2 verbunden und greift die Spannung
U /n am Spannungsteiler R1/P/R2 ab (n = beliebige Zahl).
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ref Der negative Eingang des Komparators 2 ist mit dem negativen
Eingang des Ladeverstärkers 1 verbunden. Der Ausgang des Ladeverstärkers 1, der
die Spannung UA aufweist, ist über einen Schalter S und den Serienwiderstand R5
des Schalters S - sowie wahlweise zusätzlich über einen Begrenzungswiderstand R131
dem Schaltungspunkt A zugeführt. Als Schalter S ist im Ausführungsbeispiel ein Feldeffekt-Transistor
eingesetzt.
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Der SteueranschluS des Schalters S ist mit einer Ablaufsteuerun 3
verbunden, die eingangsseitig vom Ausgang des Komparators 2 versorgt wird sowie
ausgangsseitig mit einer Anzeigevorrichtung 4 beschaltet ist.
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Dem Ladeverstärker 1 liegen ferner sowie UBatt an, während der Komparator
2 an der Versorgungsspannung +UBatt und an Masse liegt.
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Die aus Komparator 2, Ablaufsteuerung 3, Anzeigevorrichtung 4 und
einstellbarem Spannungsteiler R1/P/R2 bestehende Anordnunm wird nachfolgend auch
als Zeitmel3schaltung 5 bezeichnet.
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Die Steuersignale der Zeilmeßschaltung 5 an den Steueranschluß des
Schalters 5 sind mit Ust bezeichnet.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kapazitätsmeßschaltung
beschrieben. Hierzu wird zunächst auf Fig. 2 verwiesen, die den zeitlichen Verlauf
der Spannung an einem Kondensator während eines Entladevorganges darstellt.
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Der zu prüfende bzv. zu messende Kondensator wird von einerkonstanten
Referenzspannung Uref bis auf den U /n-teil dieref ser Spannung über einen definierten
Entladewiderstand RE entladen. Die Zeit, die dabei verstreicht, ist proportional
der zu messenden Kapazität Cx des Kondensators. Im Ausführungsbeispiel sowie in
der Praxis wird dabei vielfach gewählt: n = e = 2,71828... .
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Für den Entladevorgang gilt allgemein: u (t) Uref e (1) wobei Zeitkonstante
# = RE . Cx (2).
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Nach lr aufgelöst ergibt-sich aus (1): t = In Uref - In U (t) (3)
.
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Aus (3) und (2) folgt:
Wenn nun der Kondensator auf den 1/n-ten Teil von Uref entladen wird gilt: U (t)/U
= 1/@ Uref n oder auch In Uref - In U (t) = - In 1/n (5).
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(5) eingesetzt in (4) ergibt:
In (6) ist der Ausdruck
so daß sich ergibt : Cx = k . t (7)
wobei k = Konstante.
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Wird z.B., wie in Figur 2 zu sehen, der Kondensator mit der Kapazität
Cx auf den Uref/e-ten Teil entladen, also n = so ergibt sich nach (6) t=C . RE =
.eil in diesem Fall zur Bestimmung der Kapazität die Zeitkonstante C gemessen wird,
nennt man dieses Verfahren auch r -Methode. Bei der Entlade- oder # -Methode wird
die Entladezeit eines R-C-Gliedes zur Kapazitätsbestimmung gemessen.
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Die Zeitmessung erfolgt mittels eines Schaltungsteiles, das bei üblichen
Digitalvoltmetern (bzw. Digitalmultimetern) bereits in vorteilhafter Weise im Gerät
vorhanden ist, nämlich der Ablaufsteuerung 3.
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Die Zeitmessung mittels Ablaufsteuerung wird beispielsweise anhand
der bekannten Ablaufsteuerung AY-3-3550 der Firma General Instruments erläutert.
Sie steuert einen Analogteil, der nach dem Dual-Slope- oder Zweirampen-Verfahren
arbeitet.
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Zum besseren Verständnis der Kapazitätsmessung wird deshalb vorab
das Dual-Slope-Verfahren anhand der Figur 3 kurz ererläutert.
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Dual-Slope besteht aus drei Zeitbereichen + t2 und t3.
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Während des Zeitbereiches t1 wird die beliebige Eingangsspannung Ux
für eine konstante Anzahl von Taktimpulsen auf integriert. Während des Zeitbereiches
t2 wird mit einer Referenzspannung Uref solange abintegrlert, bis der Nulldurchgang
erreicht ist. Während der Entladezeit läuft ein Zähler mit, der im Nulldurchgang
mittels eines Komparators angehalten wird.
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Der Zählerstand ist dann proportional der Eingangsspannung U und wird
auf der digitalen Anzeige ausgegeben. War die zu messende Spannung Ux so groß, daß
während des Zeitbereiches t2 nicht entladen werden konnte, so entsteht ein Uberlaufsignal.
1 Während des Zeitbereiches tg wird die automatische Nullpunktkorrektur durchgeführt'
die in diesem Fall nicht von Bedeutung ist.
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Der zeitliche Verlauf der Spannung am Dual-Slope-Eondensator der Ablaufsteuerung
3 ist in Figur 3 dargestellt. Der Verlauf I (durchgezogener Linienzug) in Figur
3 ergibt sich bei einer Spannung Uxl mit der Größe des halben Endwertes der Anzeige;
der Verlauf II (strichpunktierter Linienzug) ergibt sich bei einer Spannung Ux2
mit der Größe des Endwertes der Anzeige; Verlauf III (gestrichelter Linienzug) hat
ein überlaufsignal zur Folge.
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Die Messung der Entladezeit des Kondensators bei der Eapazitäte ;-messung
wird also während des Zeitbereiches t2 durchgeführt.
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Der Zähler muß drittels eines Komparators 2 an der entsprechenden
Schwelle Uref/n angehalten werden.
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In Fig. o ist hierzu der zeitliche Ablauf einer Kapazitätsressung
bei der erfindungsgemäßen Meßschaltung dargestellt.
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Der Schalter s wird über seinen Steueranschluß von den Steuersignalen
Ust der Ablaufsteuerung 3 der Zeitmeßschaltung 5 gesteuert. Die Ablaufsteuerung
3 gibt hierzu ein Steuersignal USt aus, das ar; Beginn des Zeitbereiches t2 vom
Wert "O" auf cen Wert "1." springt und bei einen positiven Impuls an Ausgang des
Romparators 2 wieder auf den Wert "O" zurückspringt. Ein.
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positiver Impuls am Ausgang des Komparators 2 tritt dann auf, wenn
die Spannung UCx an der zu messenden Kapazität Cx vom Wert Uref auf den Wert Uref/n
(beispielsweise Uref/e) abgefallen ist.
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Während des Zeitbereiches t1 weist das Steuersignal Ust der Zeitmeßschaltung
den Wert "O", was gleichbedeutend mit den Schaltzustand "EIN" des Schalters S ist.
Die zu messende zapazitrat Cx wird über den Ladeverstärker 1 und den geschlossenen
Schalter S auf die Spannung UCx = Uref aufgeladen. Dem Komparator 2 liegt an seinem
negativen Eingang ebenfalls die Spannung Uref an, während sein positiver Eingang
mit dem festeingestellten Spannungsvergleichswert Uref/n beaufschlagt ist.
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Der Ausgang des Komparators 2 weist infolgedessen während des Zeitbereiches
t1 den Signalwert "O" auf.
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Am Anfang des Zeitbereiches t2 springt, wie bereits erwähnt, das Steuersignal
Ust vom Wert "O" auf den Wert "1", was eine Zustandsänderung des Schalters S vom
"EIN"-Zustand in den "AUS"-Zustand zur Folge hat. Der zu messende Kondensators entlädt
sich über den Entladewiderstand RE' bis die Spannung an ihm Yom Wert Ucx = Uref
auf den Wert = Uref/n abgefallen ist. Bei Erreichen dieser Schwelle UCx = Uref/n
liefert der Komparator 2 einen positiven "1"-Impuls an die Ablaufsteuerung 3 der
Zeitmeßschaltung 5, was ein Stoppen des vom Beginn des Zeitbereiches t2 an mitlaufenden
Zählers und ein Abfallen des Steuersignals Ust vom Wert "1" auf den Wert "O" zur
Folge hat.
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Daraus resultiert eine Zustandsänderung des Schalter S vom "AUS"-Zustand
in den "EIN"-Zustand, d.h. die Spannung Ucx am Kondensator nimmt wiederum den Wert
Ucx = Uref an. Dies dauert bis zum Ende des Zeitbereiches t2 und darüberhinaus auch
in den sich anschließenden Zeitbereichen t3 und t1 an. Der Zähler stand des Zählers
der Ablaufsteuerung 3 wird mit Hilfe der Anzeigevorrichtung 4 angezett. Mit Beginn
des Zeitbereiches t2 wiederholl sich der beschriebene Vorgang.
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Die genauigkeitsbestimmenden Bauelemente bei dieser Entlademethode
sind der Entladewiderstand RE und der Spannungsteiler R1/P/R2. Die Widerstände unterliegen
jedoch nahezu keiner
Drift. An die Spannung Uref ist lediglich
die Forderung zu stellen, über einen Meßzyklus t1 - t2 - t3 konstant zu bleiben.
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Temperatur- und Langzeitdriften bew. der absolute Wert der Spannung
Uref haben keinen Einfluß auf die Messung.
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Als Entladewiderstand RE kann vorteilhaft, wie in Fig. 5 dargestellt
ist, ein bei einem Digitalvoltmeter bzw. Digitalmulti meter bereits vorhandener
Eingangsteiler 6, bestehend aus den Widerständen RE1, RE2, RE3, RE4... sowie den
Schaltrn S1, S2, S3, S4... verwendet werden. Je nach Schalterstellungen von S4 ...
S4 ergeben sich entsprechende Widerstandswerte für den Entladewiderstand RE, d .
h. es können verschiedene Kapazitäts -bereiche mit Hilfe derselben Ablaufsteuerung
3 gemessen werden Aus der umgeformten Gleichung (6) ergibt sich dabei das Verhältnis
(Entladefaktor) 1/n
Bei bekanntem Kapazitätswert Cx (beispielsweise kann der Endwert eines Kapazitätsbereiches
eingesetzt werden), bekanntem Entladewiderstand X und bekanntem Zeitbereich t =
t2 (ReferenZ ~ integrationszeit t2 der Ablaufsteuerung 3) läßt sich 1/n bestimmen.
Das Verhältnis 1/n gibt dabei an, auf welchen Teil
ihres Wertes
die Referenzspannung Uref während des Entladevorganges an der Kapazität Cx abfallen
muB,bei der der Komparator 2 einen positiven " "1"-Ausgangsimpuls an die Ablaufsteuerun
3 abgibt.
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Bei der Wahl der Referenzspannung Uref ist zu beachten, daß diese
Spannung U an der zu messenden Kapazität Cx ref liegt, die Nennspannung des zu messenden
Tzrondensators muß als höher als Uref sein. Der Schwellwert Uref/n darf andererseits
nicht zu niedrig sein, um nicht im Bereicn der Offset-Spannung des Komparators 2
zu liegen Dies würde kein zuverlässiges Einhalten der Spannungsschwelle Uref/n ermöglichen.
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rei Aus diesen Voraussetzungen läßt sich der geeignete Widerstande
wert des Entladewiderstandes RE für jeden Kapazitätsbereich bestimmen.
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Bei der Messung der Kapazität beeinflußt der Isolationswiderstand
RIsol des zu messenden Kondensators das Meß ergebnis.
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Dieser Isolationswiderstand R ,,1 liegt parallel zur Kapazität Cx
und zum Entladewiderstand RE. Bei Berücksichtigung des Isolationswiderstandes RIsol.
ergibt sich für die Zeitkonstante r
Der Schalter S muß sehr kleine Schalt2eiten aufweisen. Diese Forderungen
erfüllen Feldeffekt-Transistoren und F@T-Analogschalter. Der Einschaltwiderstand
des Feldeffekt-Transistors ist dann mit R5 (Serienwiderstand) bezeichnet.
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Der Ladeverstärker 1 bewirkt, daß trotz dieses Serienwiderstandes
Rs die volle Referenzspannung Uref ohne jeden-Sparnungsabfall an die zu messende
Kapazitat Cx gelegt werden kann. Die Versorgungsspannung + UBatt für den Ladeverstärker
1 muß so gewählt werden, daß die Ausgangsspannung UA des Ladeverstärkers 1 der Summe
aus der Referenzspannung Uref und dem Spannungs abfall am Serienwiderstand R5 des
Schalters entspricht:
Zusätzlich kann ein Begrenzungswiderstand RB1 in Serie zum Schalter S gelegt werden.
Dieser Widerstand RBI dient zur Begrenzung des Stromes durch den Schalter S.
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Die Versorgungsspannung + UBatt des Ladeverstärkers 1 muß dann so
gewählt werden, daß die Ausgangsspannung UA des Ladeverstärkers 1 mindestens die
Summe aus Uref und dem Spannungsabfall
an (RB + Rs) erreicht:
Der Einsatz des Potentiometers P zwischen den Widerständen Ri und R2 ist nicht zwingend
notwendig, erleichtert jedoch die genaue Einstellung der Schwelle Uref/n innerhalb
des Spannung teilers R1/P/R2. Das Potentiometer dient ferner zum Ausgleicher der
Offset-Spannungen der beiden Operationsverstärker Ladeverstärker 1 und Komparator
2.
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Sollen Kondensatoren mit großen Kapazitäten Cx gemessen werden fließen
also große Ladeströme, so kommt die leicht abgewandelte Kapazitätsmeßschaltung gemäß
Fig. 6 zum Einsatz. Zusätzlich zur Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist in die Verbindung
zwi schen dem Schaltungspunkt A und dem Schalter S die Basis-Emitter-Strecke eines
(NFN-) Transistors T geschaltet, wobei zwischen Basisanschluß des Transistors T
und Serienwiderstand R5 des Schalters S ein Vorwiderstand RV zur Begrenzung des
Steuerstromes des Transistors T geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors T
ist über einen Begrenzungswiderstand RB2 mit der Versorgungsspannung +UEatt beaufschlagt,
der Emitter des Transistors T liegt am Schaltungspunkt A. Die weitere Beschaltung
der Kapazitätsmeßschaltung für große Ladeströme ist wie unter Fig. 1 beschrieben.
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Der in die Rückkopplung ceschaltete Transistor T ist in der Ladephase
der Kapazitat Cx voll durchgeschaltet; dadurch kann mit noch größerem. stror, und
damit noch schneller geladen werden. Der maximal zulässige Ladestrom wird durch
den Begrenzungswiderstand g2 eingestellt. Reicht die Stromverstärkurg des Transistors
T nicht aus, weil die Last (Parallelschaltung aus Cx und R) zu niederohmig ist,
oder der Kondensator mit der zu messenden Kapazität Cx noch zu langsam geladen wird,
kann ein entsprechender Darlington-Transistor T oder V-MOS Transistor eingesetzt
werden. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltung ist der, daß der Ladestrom nicht vom
Ladeverstärker 1 aufgebracht werden muß.
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In Fig. 7 ist eine weitere hmwendungsmSöglichkeit der Erfindung dargestellt:
Beschleunigtes Aufladen einer Kapazität Cx auf eine Referenzspannung Uref. Hierbei
wird die Spannung Uref (auf die der Kondensator Cx aufgeladen werden soll) ebenfalls
dem positiven Eingang des Ladeverstärkers 1 zugeführt. Der Kondensator Cx selbst
liegt am. negativen Eingang des Ladeverstärkers 1, die Rückkopplung vom Ausgang
des Ladeverstärkers 1 ar seinen negativen Eingang erfolgt wiederum über den steuerbaren
Schalter S mit seinem Serienwiderstand R5 und wahlweise über einen hierzu in Reihe
liegenden Eegrenzungswiderstand RB1 Dem Ladeverstärker 1 liegen die Versorgungsspannungen
+ UBatt und - UBatt an. Nach Durchsteuern des Schalters S wird die Kapazität .Cx
beschleunigt ohne jeden Spannungsabfall und ohne jede Abhängigkeit vom Innenwiderstand
der speisenden Spannungsquelle
auf die Referenzspsnnung Uref aufgeladen.
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In Fig. 8 ist eine weitere Aiiwendungsmöglichkeit der Erfindung dargestellt:
Schaltung einer Spannung Uref ohne Einfluß des Schalterwiderstandes RS. Die Schaltungsanordnung
hierzu ist identisch mit der unter Fig. 7 beschriebenen (bei Weglassen der Kapazität
Cx). Die zu schaltende Spannung wird dabei am negativen Eingang des Ladeverstärkers
1 abgegriffen.
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Sollen niederohialge oder niederohmig-kapazitive Lasten geschaltet
werden, werden diese ebenfalls am negativen Eingang des Ladeverstärkers 1 angeschlossen.
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L e e r s e i t e