DE2922498A1

DE2922498A1 - Eingangsschaltkreisgeraet fuer impedanzmessungen u.dgl.

Info

Publication number: DE2922498A1
Application number: DE19792922498
Authority: DE
Inventors: Henry Parsons Hall
Original assignee: Genrad Inc
Current assignee: Genrad Inc
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1980-01-24
Also published as: IT7949241A0; FR2427608A1; DK226879A; GB2022271B; CA1133061A; US4242631A; GB2022271A; FR2427608B1; JPS5533687A

Description

PATENTANWÄLTE

D-1 BERLIN-DAHLEM S3 · PODBIELSKIALLEE ββ

Λ-

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D-B MÜNCHEN 33 ■ WIDENMAYERSTRASSE 48

GenRad, Inc.

BERLIN: DIPL.-ΙΝβ. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-INS. HANS-HEINRICH WEY DIPL.-ΙΝβ. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, den 31. Mai 1979

Eingangsschaltkreisgerät für Impedanzmessungen u. dgl,

(Priorität: USA, Ser.No. 911,367 vom 1. Juni 1978}

17 Seiten Beschreibung mit 10 Patentansprüchen 2 Blatt Zeichnungen

MP - 27 496

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BERLIN: TELEFON (030)8313088 KABEL: PROPINDUS · TELEX OI 84O67 MÜNCHEN: TELEFON (089)225686
KABEL: PROPINDUS · TELEX O6 24344

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Impedanzmeß- und ähnliche Schaltkreise und Geräte und beschäftigt sich insbesondere mit Verbesserungen im Meßkopf oder den Eingangsschaltkreisabschnitten derselben, die Präzisionsspannungen an Detektorschaltungen u. dgl. liefern.

Wie beispielsweise von H. W. Bode in "Network Analysis and Feedback Analysis Design", Van Nostrand, 1945, S. 225 und anderswo beschrieben, kann das Übertragungsverhältnis £ d.h. von Ausgangs- zu Eingangsspannung (Eo/Ein) J eines linearen Netzwerkschaltkreises durch die Formel

Ein Z + C
ausgedrückt werden, in der Z die Impedanz des Netzwerks und

Jv

A, B und C Konstanten sind, die durch Ersetzen von Z durch drei Normimpedanzen von bekanntem Wert, Messen von jedem der drei sich ergebenden Übertragungsverhältnisse und Ausführen einer Berechnung bestimmt werden können. Eine solche Technik ist zum Messen einer Impedanz, insbesondere bei hohen Frequenzen, und bei computergesteuerten Systemen angewendet worden, wie sie beispielsweise von W. J. Geldart in "Improved Impedance Measuring Accuracy With Computer-Operated Transmission Measuring IEEE Trans. Inst. & Meas., Dez. 1975, S. 327 etc., beschrieben sind. Jedoch sind diese Techniken üblicherweise auf das Messen von geerdeten Bauelementen und nicht auf das allgemeinere Problem der nicht geerdeten Bauelemente u. dgl. angewendet worden? bei anderen Anwendungen kann eine Erdimpedanz geduldet werden.

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Viele Arten von Impedanzmeßschaltkreisen sind in den zurückliegenden Jahren vorgeschlagen und verwendet worden, aber mit Empfänglichkeit für Fehler und Schwierigkeiten, welche aus Streureaktanzen und anderen beim Schalten von Verbindungen eingebrachten Fehlern, der kritischen Abhängigkeit von der Kapazität, ausgehend von jeder Seite der zu messenden Erdimpedanz Z , der Kritizität gegenüber kleinen Reihenimpedanzen in den Verbindungen oder Leitungen mit der zu Messenden, der Kritizität der Detektorimpedanz und ähnlichen Problemen entstehen. Unter den bisherigen Versuchen,eine oder mehrere der erwähnten Schwierigkeiten zu lösen oder zu mindern, sind die in den US-PS'en 3 718 856 und 3 775 678 offenbarten Systeme zu nennen, die sich jeweils mit dem Modulieren eines Hochfrequenzstroms abwechselnd mit der zu messenden Impedanz und einer Bezugsimpedanz sowie mit der synchronen Demodulation befassen und ein Paar von Meßinstrumenten aufweisen, die eher von Dioden als Gleichrichter denn als Schalter Gebrauch machen, um einen Gleichstrom zu liefern, der ein Maß der Impedanzgröße ist. Während solche Techniken zwar die Empfindlichkeit gegenüber manchen Streureaktanzen herabsetzen, so lösen sie jedoch nicht das Gesamtproblem der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise wird in der US-PS 3 718 856 entweder der Norra- oder der zu messende Schaltkreis zu irgendeinem Zeitpunkt auf die Quelle und die Quelle auf die Erde geschaltet, wodurch Strom abwechselnd in einen Verstärker geleitet wird und wobei die Impedanz des Detektors direkt zu der Norm- oder zu messenden Impedanz hinzukommt, so daß das System gegenüber der Detektor— impedanz kritisch ist.

Weitere Literaturstellen, in denen Schaltverbindungen verwendet werden und/oder die einige der vorerwähnten Probleme erörtern oder versuchen, diese zu mindern oder so unerheblich wie

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möglich zu machen, sind die US-PS'en 3 786 349, 3 851 641, 3 949 736 und 4 O38 975, die GB-PS 1 250 155 und der Artikel des Erfinders "An AC-DC Ratiometer And Its Use In A CRL Meter", IEEE Trans. Instr. & Meas., Bd. IM-22, Nr. 4, Dez. 1973, S. 387-390; des weiteren Domingo et al, "Instrument for Automatic Kilovolt Pulsed Measurement of Electronic Properties", Rev. Sei, Instr., Bd. 46, Nr. 2, Febr. 1975, S. 147-151, und Lakes et al, "Low-Frequency Dielectric Bridge" _f Rev. Sei, Instr., Bd. 46, Nr. 11, Nov. 1975, S. 1583-1586. Jedoch befindet sich in keiner der vorstehend aufgeführten Literaturstellen ein Lösungsweg derjenigen Art, wie er von der vorliegenden Erfindung verkörpert wird, und die neuartigen Ergebnisse, die durch diese Erfindung erreicht werden können, werden nicht erzielt.

Es ist insbesondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Impedanzmeßgerät vorzusehen, das einen neuartigen Meßkopf oder Eingangsschaltkreis verkörpert, der die Präzisionsspannungen, welche er an nachfolgende Detektorschaltkreise liefert und die proportional der zu messenden Impedanz und einer Normimpedanz sind, gegenüber einer von jeder Anschlußklemme derartiger zu messender und Normimpedanzen ausgehenden Erdimpedanz und auch gegenüber Reihenimpedanzen der Verbindungsleitungen hochgradig immun macht, wodurch sämtliche der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bei zum Stand der Technik gehörenden Systemen beseitigt, eine Unabhängigkeit von der Detektorimpedanz und ein verbesserter Meßschaltkreis geschaffen werden, der sowohl einwandfreie Drei-Klemmen- oder überwachte Messungen als auch einwandfreie Vier-Klemmen- oder Messungen nach Kelvin ausführen kann.

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Darüberhinaus soll ein solches neuartiges Eingangsschaltkreisgerät insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, bei hohen Frequenzen (z.B. 1 MHz und darüber) von Vorteil sein, keine Gleichtaktunterdräckung oder Hoch1eistungs-Recheaverstärker erfordern und au-!erdeTi in einen konvjakten Sondeaauftau aus v;enigea aktiven Schaltungselemente."! einbaobe.r sein, der direkt bis an die gerade zu mes£eride Vorrichtung zum Reduzieren der Verbindungsimpedanzen auf ein Minimum verbracht werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit _f einen verbesserten Eingangsschaltkreis zu schaffen, der bei Imoedanzrne3instrunienten und ähnlichen Geräten vielerlei Art vorteilhaft angewendet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Eingangsschaltkreisgerät für Impedanzme3kreise u. dgl. erfindungsgemäß vorgeschlagen eine Wechselstrom-Eingangs-Kopplungstransformatoreinrichtung; zu messende und Impedanznormeinrichtungen, welche sich eine zwischen dieselben in Reihe geschaltete gemeinsame Anschlußklemme teilen und deren andere Anschlußklemmen mit der Transformatoreinrichtung verbunden sind; ein Paar von geerdeten Schalteinrichtungen, die jeweils mit jeder einzelnen der anderen Anschlußklemmen der betreffenden zu messenden und Impedanznormeinrichtung verbunden sind; eine Einrichtung zum entsprechenden wahlweisen Schalten jeder einzelnen Schalteinrichtung des Paars zur Erdung der anderen Anschlußklemmen und eine isolierende Verstärkereinrichtung, deren Eingang mit der gemeinsamen Anschlußklemme verbunden und deren Ausgang für eine Verbindung mit einer Detektoreinrichtung geeignet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nach st eh en:¹ anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsceispiele nl^rn-rr erläut-srL·. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild, das die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien veranschaulicht;

Fig. 2 und 3 Schaltkreisbilder eines bevorzugten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Abwandlung der Schaltkreise in Fig. 2 und 3;

Fig. 5 eine weitere Abwandlung für Gleichstrombetrieb und

Fig. 6 ein Schaltbild des Eingangsschaltkreises der Erfindung, der in eine Impedanzbrücke eingebaut ist, welche einen phasenempfindlichen Wechselstromdetektor und einen Mikroprozessor zum Ausführen einer komplexen Division verwendet.

Bevor auf die Zeichnung Bezug genommen wird, sei in Erinnerung gerufen, daß bei niedrigen Frequenzen (z.B. in der Größenordnung von bis zu wenigen KHz) Rechenverstärker hoher Verstärkung in Impedanzme3instrumenten u. dgl. verwendet werden können, um eine scheinbare Erde an einer Anschlußklemme der zu messenden Impedanz zu schaffen, die die Parallelkapazität von dieser Stelle zur Erde auf ein Minimum reduziert und die

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• M)-

Gleichtaktunterdrückung, die von den Detektorschaltkreis speisenden Differentialverstärkern verlangt wird, stark vermindert. Ein Beispiel für solche Schaltkreise ist in dem GR 1S57-RIC "Digibr idge" Handtuch der Anmelder in vom Januar 1373 beso> ·.·-].^.γ.·;:ι. Eine Vier-Xl—i^en-Verb Lidung mit der zu messenden Ι'Λ^βο&ηζ kann den Reir.enLiuedanzeffekt in der Prüfsignalbahn, wie Kontaktwiderstand, beseitigen. Das Schalten zum sequentiellen Messen von zu messenden und Nornialspannungen wird zweckmäßigerweise an den Ausgängen der Differentialverstärker ausgeführt. Bei viel höheren Frequenzen macht jedoch die von den verschiedenen Verstärkern verlangte Leistung diesen Lösungsveg unpraktisch.

Andererseits wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Eingangsschaltkreis von völlig verschiedener Auslegung und Betrieb vorgesehen, der zwar viele der Leistungsmerkmale won derartigen Schaltkreisen niedriger Frequenz zurückbehält, aber bei den höheren Frequenzen, wie 1 MHz und darüber, in hohem Maße von Vorteil ist. Fig. 1 zeigt einen Eingangsschaltkreis-Abwärtstransformator T, der eine Hochfrequenz- oder andere Quelle 3 mit dem die in Reihe geschaltete zu messende Impedanz Z und die Normimpedanz Z der gemeinsamen Anschlußklemme a enthaltenden Meßkopf oder Eingangsschaltkreis koppelt, wDbei die anderen Anschlußklemmen zu der Sekundärwicklung des Transformators T bei b und c parallelgeschaltet sind.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien sind als mit einem Paar von geerdeten (G), sequentiell betätigten Schaltern ausgeführt veranschaulicht, die bei S-, und S₂ schematisch dargestellt sind und mit den Punkten b bzw. c verbunden werden

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können. Wenn der Schalter S-, geschlossen ist, ist S offen. Er bietet dem Hochleistungsimpedanz-Isolier- oder Pufferverstärker AMP eine Spannung -IZ dar, die, wie durch den Hinweis "TO DET." angedeutet, an die Detektorschaltungen gelegt wird. Wenn S_? geschlossen ist, ist S-, offen und bietet dem Verstärker AMP eine Spannung IZ dar.

Das Verhältnis dieser Spannungen beträgt

-^IZ

^IZs ^Zs *

Wenn diese Division vorgenommen wird, kann Z bestimmt werden, falls Z bekannt ist, wobei die Division eine komplexe Division ist. Der Verstärkungsfaktor oder die Phasenverschiebung des Verstärkers AMP beeinträchtigt so lange nicht das Verhältnis der an seinem Ausgang Eo auftretenden Spannungen, wie dieser Faktor während des Zeitintervalls der beiden voneinander getrennten Messungen konstant ist. Dies ist bei höheren Frequenzen besonders wichtig, wo eine Präzisionsschaltungsanordnung schwer erreichbar ist.

Die Eingangsimpedanz zum Verstärker AMP oder irgendeine andere Impedanz von der gemeinsamen Anschlußklemme oder Verbindungsstelle a von Z und Z zur Erde bewirkt keinen direkten Fehler. Wenn eine solche Impedanz für beide Messungen vorliegt, beträgt das Verhältnis der beiden Spannungen immer noch wie vorher x , obwohl der Strom während der beiden Messungen nicht not-

wefidigerweise konstant sein wird.

Die Verbindung der beiden Schalter S₁ und S- mit der Erde G erlaubt die Verwendung von bipolaren, niederohmigen Schichttransistoren od. dgl. als Schalter, da die Erde ein guter

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• /fa.

"Abfluß" für die erforderlichen Fußpunktströme ist. Solche (beispielsweise zur 2N3414-Art gehörenden) Schichttransistoren S¹-, und S¹,, die einen Sättigungswiderstand von einem Ohm oder darunter besitzen, wenn der Fußpunktstrom ib lO mA beträgt, sind in Fig. 2 dargestellt. Wenn ein derartiger niederohmiger Schalter verwendet wird, hat das Impedanzshunten des geschlossenen Schalters geringe Wirkung. Dieses schafft ein niedriges ω RC-Produkt (bei dem <x> die Winkelfrequenz ist) und einen vernachlässigbaren Fehler aus dieser Quelle. Auf diese Weise hat die Impedanz von Punkt b zur Erde geringe Wirkung, wenn S¹, geschlossen ist, und die von Punkt c zur Erde hat geringe Wirkung, wenn S'₂ geschlossen ist.

Wenn die entsprechenden Schalter offen sind, können derartige Impedanzen immer noch geringe Wirkung haben, falls die Impedanz der Spannungsquelle niedrig ist. Dies kann auf zweierlei Art erreicht werden: Entweder können die Spannungsquelle S und der Transformator T niedrige Impedanzen aufweisen oder der Transformatorsekundärteil kann durch eine mit R in Fig. 6 bezeichnete niedrige Impedanz nebengeschlossen werden. Die Impedanz R wird (falls sie Verwendung findet) so niedrig wie möglich festgesetzt, um kapazitive Belastungseffekte an jeder Anschlußklemme der Sekundärwicklung des Transformators auf ein Minimum zu reduzieren. Wenn diese Schalter- und Quellenimpedanzen sämtlich niedrig sind, führt die Schaltung daher eine einwandfreie Drei-Klemmen-Messung unabhängig von Querbelastungsimpedanzen aus.

Die Schaltung aus Fig. 1 ist in Fig. 3 ergänzt worden, um hervorzuheben, daß in Wirklichkeit vier Verbindungen mit der zu messenden Impedanz vorhanden sind, von denen jede eine Reihenimpedanz (z, bis z.) aufweist. Die Reihenelemente z,

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und s„ sind5- ausgah.en.c3 von Punkt h_ff jeweils mit dem Schalter S₁ und dar oberen Anschlußklemme dar Sekundärwicklung von. ϊ verbunden,, z^ liegt in der Bahn von Punkt a zu ÄMP und z_fl in der Verbindung von Punkt a su Z » Wenn keine Querbelastung vorhanden ist_ff fließt,, wenn S₁ geschlossen ist^ in z-, kein Strom_# und folglich hat Z₁ keine Wirkung_o Die Impedanz s_o ändert den Strom I zwar geringfügig^ hat. jaäoch keine Auswirkung auf das Verhältnis IZ /IZ _o Die Impedanz z, befindet. sich im Eingang des Verstärkers und liat geringe Wirkung, wenn die Verstärkereingangsimpedanz hoch ist„ Die Impedanz z_&

kommt zu 3 hinzu und verursacht auf diese Wsise einen bes

trächtlichen Pshier_ff wenn z^/Z„ nicht vernachlässigbar ist_o Bei einer typischen Anwendung kann Z₃₁ sin 1 K ^--Widerstand seinj, nnü deshalb ist_fl verglichen mit ihm^ ein geringer Verbindungswiderstand veraachiässigbar „ äIs Folge davon v/eist siae verßüaftigs Impedanz ia jeder der vier Leitungen sinea sigbnrar» Fehler auf _a und es wird sine gute Vier= stisgaführt _o

Wann das Verhältnis Sy,/2_. nicht vernachlässigbar ist„ Itann andererssits äie Wirkung ^rjon. s^ dureh Hinzufügen voa zwei weiteren Selialtsrn S-, und Sa auf gegsßüberiisgendea Saitea von s«, und s^ ausgehoben werden„ x-ii® äiem ia WLg₀ 4 gaseigt isto Bisse köanaa beispielsweise^ i~iz<a dargestellt„ FET=SchaitQr s@ia_ff weil Lh^@ ^tgSiR^M=X!ipsdaaz nieht besonders niedrig za saia brauchte Hier wird/, wenn S₁ und S₇ gleichzeitig geschlossen werden,, äis Spannung =12 , ösm Verstärker amp fehler los dargs= boten α und wenn 5~ und! §« geschlossen t?erden _a xvird die Spannung IZ fehlerlos dargefaotsn_o

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Der einfache Schaltkreistyp der Erfindung ist, wie vorstehend dargelegt wurde, insbesondere für höhere Frequenzen von Nutzen, wo die Leerlaufverstärkung der Rechenverstärker nicht ausreicht, um eine entsprechende Rückkopplung für Präzisdifferentialverstärker oder irgendeinen beliebigen Verstärker mit präzisem Verstärkungsfaktor oder Phase zu schaffen. Während er bei hohen Frequenzen besonders vorteilhaft ist, so ist er auch über einen weiten Frequenzbereich hinweg, sogar bis hinunter zu Gleichstrom, von. Nutzen, wie dies insbesondere in Fig. 5 in Verbindung mit einem zu messenden Widerstand R und einem Normalwiderstand R dargestellt ist. Auch kann ein Eingangstransformator T eine nicht geerdete Gleichstromzufuhr S¹ isolieren, die durch den Gleichrichter R, den Kondensator C und die ausregulierende Zener-Diode D Gleichstrom aus der Quelle S gleichrichtet und speichert, so daS jede Seite der Zufuhr geerdet werden kann. .

Der Eingangsschaltkreis der Erfindung kann außerdem zusammen mit vielen anderen Arten von Detektor- und Verhältnisschaltkreisen verwendet werden, wie beispielsweise mit Schaltkreisen, die dem in dem eingangs erwähnten Artikel des Erfinders oder als weiteres veranschaulichendes Beispiel dem in der ebenfalls eingangs erwähnten US-PS 3 718 856 beschriebenen ähnlich sind. Darüberhinaus kann die Erfindung bei Impedanzbrücken, wie der Impedanzmeßbrücke GR 1657-E.IC, nutzbringend angewendet werden, die von einem phasenerapf indlichen Doppelflanken-Wechselstrom-Analog/Digital-Umsetzer als Detektor und einem Mikroprozessor zum Ausführen der komplexen Division, jedoch mit einer höheren Meßfrequenz, nämlich 1 MHz, Gebrauch macht.

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Ein Grundschaltbild eines derartigen 1 MHz-Impedanzmeßinstruments ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Anordnung kann der "Eingangsschaltkreis" in einer kleinen Sonde enthalten sein, die über ein als solches bezeichnetes Kabel von ungefähr 1 m Länge mit dem Hauptgerät verbunden ist. Dies wird deshalb gemacht, damit dieser Meßkreis dicht an eine Vorrichtung zum Sortieren mechanischer Bauelemente oder ein anderes gerade zu messendes Bauelement verbracht werden kann.

Die Arbeitsweise dieses Geräts wird nachstehend mit Bezug auf Fig.6 kurz beschrieben, wobei jedoch für ein Verständnis des Eingangsschaltkreises der Erfindung nicht erforderliche Einzelheiten weggelassen wurden, die dem eingangs erwähnten GR 1657 Handbuch und dem Artikel des Erfinders mit dem Titel: "Analog Tests: The Microprocessor Scores", der im IEEE Spectrum, Bd. 14, Nr. 4, April 1977, S. 36 bis 40, erschienen ist, und dem in Gemeinschaftsarbeit mit M. A. Gipe und R. Sullivan verfaßten Artikel des Erfinders "Microprocessor Simplifies Impedance Measurements", WESCON/76, Sitzung 1, Papier 4, entnommen werden können«,

Ein frequenzgesteuertes 16 MHz-Kristalloszillatorsignal XTAL OSC wird in mehrere niedrigere Frequenzen (1, 2, 4 und 8 MHz) zerlegt (FREQ. DIVIDER), aus denen eine schrittweise Annäherung an eine sinusförmige Welle von 1 MHz mit einem einfachen Digital/Analog-Umsetzer erhalten wird, auf den später noch eingegangen werden soll. Des weiteren wird ein 1 MHz-Normal erhalten. Mittels einer logischen Schaltungsanordnung kann die relative Phase der angenäherten Sinuswelle mit Bezug auf das Normal um 90°-Inkremente verschoben werden, um irgend-

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eine von vier Relativphasenstellungen zu ergeben, wie später zusammengefaßt werden wird.

Dieses Signal wird gefiltert, verstärkt und über ein "Cable" auf den Meßkopf oder "FRONT END PROBE" getrieben. Der Eingangsschaltkreis ist dem von Fig. 1, 2 und 3 ähnlich und enthält die zu messende Impedanz Z und die Schalter S'-, und S'2. Der zuvorerwähnte niederohmige Nebenschluß für die Sekundärwicklung des Transformators T ist bei R dargestellt. Wenn der Schalter S¹-, geschlossen ist, werden mehrere Messungen genommen. Die Eingangs-Leistungsabgabe wird durch einen Verstärker mit einem Einerspannungsverstärkungsfaktor isoliert, der ein Kabel treibt, das das Signal zum Hauptteil des Geräts zurückträgt, wo es gefiltert und erfaßt wird.

Der mit "PHASE-SENSITIVE DETECTOR" bezeichnete Detektor ist ein phasenempfindlicher Detektor der Auftastart, der auch als Doppelflanken-Analog/t»igital-Umsetzer wirkt und dann "A TO D CONVERTER" genannt wird. Die Rechteckwellen-Bezugsimpulse BST öffnen S₃ und gestatten es dem Signalstrom, in den integrierenden Kondensator C zu fließen. Das Ausmaß der in diesen Kondensator C' eintretenden Ladung hängt von der Amplitude der Komponente desjenigen Signals ab, das sich mit den verwendeten Bezugsimpulsen in phase befindet. Es hängt aber auch von der Anzahl der Impulse ab. Verwendung finden kann ein Stoß BST von 1 MHz-Impulsen, der /60 einer Sekunde dauert, so daß der Detektor gegen eine 60 Hz-Netzbelastung immun ist. Nachdem der Kondensator C auf einen Wert aufgeladen wurde, der proportional einer Phasenkomponente des Signals ist, wird er durch einen konstanten Gleichstrom über den von einem MSR-Impuls gesteuerten widerstand R_ entladen.

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Diese Impulslänge dehnt sich solange aus„ bis der Komparator anzeigt, daß der Kondensator C" entladen ist? eine Periode^ die proportional des ermittelten Signalpegels ist. Diese Periode wird als Anzahl von Zählungen eines Hochfrequenzsignals in dem "COUNTER" gemessen„ Diese Zählung ist somit ein Maß einer Komponente des erfaßten Signals und wird in dem mit dem COlüirER verbunden dargestellten. RAM-Speicher gespeichert _o

Insgesamt werde-'., acht Messungen ausgeführt? vier auf der Spannung parsllsi zu Z.„ CS-. geschlossen) und visi: auf der Spannung parallel zu R „ 3eidg Gruppen sus je "ie~ Messungen -'/erden sit vier um 30*" vsrschoberien Signalen (cLho 0°,? SO⁰^ ISO⁰, 270°) ausgeführto

Die Digit£largebni,:js3 voa eritgegongesetsten Signalen (dch_o 0 und 180 }^'src1sn sy.b'craliiert/; >/oäure!i Gleichstromversetzungen gelöscht und vier Zalilsa übriggelassen werden_ρ die die beidaa Querkosiporientisa Ö3.r fc-sidsri Signale darstellen_o Xhr koraplejiss Vsrhältais ist risleß g_w/ä„ „ Diese' komplesse Division wird von daia tliteroprosessor- ^iS /ap^s! ausgeführt ο aus gespeicherte® Kaliteisniagsac/csri. Isssüglish des Werts und das phasenwinkel© von S UTid aus "3^!ΐϊ ganaia bekannten Frequenz ist es für den MikroprDsesscs¹ ₇up ΰ-οαϋαιίί, soleha Größen wie c ,_ff L„^ D ^₀ Q^₀ F^, etc ο au arreehasiii, bei üsners mi.dk das tiefgastelltQ Ißdess s auf dsn sii masssndGn Werfe besieht _o

Xfälireaä diese BsSchreibung der Arbeitsweise- des gansen Maß« instruments· ia Fic_o 6_ff wie vorher angegeben^ eine Zusaireaen= fassung is't_ff v-jobei die Brseugung der verschiedenen Stauer= signale betreffende ηηά sndere Eiazelhsitsn für den zt^eck der vorliegenden Erfindung ohne Belang sind^soi dcsh darauf hinge

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ORIGINAL INSPECTED

wiesen, da3 die Gesartitmessung von einem Programm gesteuert wird, das in einem ROM-Speicher gespeichert ist und durch den Mikroprozessor ,up initiiert wird, und daß eine separate logische Schaltungsanordnung -arforderlich ist, wann die
Geschwindigkeitseriorder.'iisss die Geschwindigkeit des Mikroprozessors übersteigen. Es sei des weiteren darauf hingewiesen, daß Kalibrierurigsdstsn aus Messungen auf externen Normalen in dem RAM-Speicher gespeichert und auf jede Messung angewendet werden.. Tisitere Einzelheiten, sind in. den früher erwähnte:: Veröffentlicavrigia srithsiteii, die in die Beschreiiurnj zu Hinweiszwscks.ii •sin.cefügt wurden« Die vollen Einzelheiten des Eiricjangsscheitkreises der Erfindung, wie er in das hier behandelte Freq^-irizaeiiliistrument eingefügt ist, siad dargelegt worcia, uric ebeii diese gehören zu der vorliegenden Erfindung,

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche

\ 1.JEingangsschaltkreisgerät für Impedanzmeßkreise u. dgl., gekennzeichnet durch eine Wechsel-' strom-Eingangs-Kopplungstransforraatoreinrichtung; zu messende und Impedanznormeinrichtungen, welche sich eine zwischen dieselben in Reihe geschaltete gemeinsame Anschlußklemme teilen und deren andere Anschlußklemmen mit der Transformatoreinrichtung verbunden sind; ein Paar von geerdeten Schalteinrichtungen, die jeweils mit jeder einzelnen der anderen Anschlußklemme!der betreffenden zu messenden und Impedanznormeinrichtung verbunden sind; eine Einrichtung zum entsprechenden wahlweisen Schalten jeder einzelnen Schalteinrichtung des Paars zur Erdung der anderen Anschlußklemmen und eine isolierende Verstärkereinrichtung, deren Eingang mit der gemeinsamen Anschlußklemme verbunden und deren Ausgang für eine Verbindung mit einer Detektoreinrichtung geeignet ist.
2. Eingangsschaltkreisgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Schalteinrichtungen aus einem Paar von bipolaren,*" niederohmigen Schichttransistoreinrichtungen besteht, die wechselseitig mit der Erde gegenüberliegenden Anschlußklemmen einer Sekundärwicklung der Transformatoreinrichtung verbunden sind.
3. Eingangsschaltkreisgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die SchaIteinrichtungen, wenn sie eine Tätigkeit ausüben, als auch die Wechselstrom-Eingangs-Kopplungstransformatoreinrichtung derart eingestellt sind, daß sie, verglichen mit den Einrichtungen für die zu

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messenden und die Normimpedanzen, niedrige Impedanzen darbieten und dadurch den Schaltkreis an eine einwandfreie Drei-Klemraen-Messung unabhängig von Querbelastungsimpedanzen anpassen.
4. Eingangsschaltkreisgerät nach Anspruch 1_£ dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenimpedanz der vier Verbindungen mit den Anschlußklemmen der Einrichtung für die zu messende Impedanz, nämlich von der Transformatoreinrichtung und von den Schalteinrichtungen zu der anderen Anschlußklemme der Einrichtung der zu messenden Impedanz und von der gemeinsamen Anschlußklemme zu der Impedanznormeinrichtung und der Verstärkereinrichtung, derart ausgewählt ist, daß ein vernachlässigbarer Fehler geschaffen und dadurch eine einwandfreie Vier-Klemmen-Messung nach Kelvin ermöglicht wird.
5. Eingangsschaltkreisgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schalteinrichtungen in Verbindungen zu der Verstärkereinrichtung vorgesehen sind, die von gegenüberliegenden Anschlußklemmen der Reihenimpedanz in der Verbindung von der gemeinsamen Anschlußklemme zu der Impedanznormeinrichtung ausgehen.
6. Eingangsschaltkreisgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichtereinrichtung zwischen die Transformatoreinrichtung und die in Reihe geschalteten zu messenden und Impedanznormeinrichtungen zum Schaffen einer nicht geerdeten Gleichstromzufuhr geschaltet ist und daß die zu messenden und Impedanznormeinrichtungen zu messende und Normalwiderstandeinrichtungen umfassen.

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--■3--'-τ
7. Eingangsseiialtkreisgerät nach AnspructL 2^ ^ a # u. r c b, g e Jc e n~ rt ζ &ic h η e t, daß ein Widerstand parallel zu der sekundären Impedanzwicklung geschaltet ist> die
klein im Vergleich- zn der der zu messenden tmd Impedanz— normeinrichturigen ist.
8. Eingangsschaitkreisgerat nach Änsprucli 2# da d « r c h g e k en η ζ ei c ti η e t_# daß die düreft äie ^rans—
rorTnatoreinrieiitung gekoppelte Weclise Is tr omfre<ja.eaz in
der Größenordnung von "MHz liegt und da ff die Itnpedänznorm— einrich.tuiig einen iSortna!widerstand aufweist»

9-. Eingang sscitaltkr eisgerät näca Anspruch 2,. d a du η c Ii g e k e η π ζ e i c- fe η e t_f daß es in einer Sonde vorge-&eiien ist, die über eine Kabellänge ntit der Wechsel-Stromquelle verbunden ist, um ein dichtes Verbringen des Eingangsschaltkreis "an die zu messende Vorrichtung zum
Reduzieren der Verbindungsimpedanzen: auf ein Minimum zu erlauben.

IO. Eingangsschaltkreisgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Meßkopf eines
Impedanzmeßinstruments geschaltet ist, das eine mit der Transformatoreinrichtung verbundene, frequenzgesteuerte Wechselstromquelle^ einen phasenempfindlichen Wechselstrom-Doppelflanken-Änaläg/t>igital-Umsetzer als mit der isolierenden Verstärkereinrichtung verbundene Detektor— einrichtung und eine mit der Detektoreinrichtung verbundene Mikroprozessoreinrichtung aufweist, um eine
komplexe Divistion zum Errechnen der Impedanz aus in
dem Impedanzmeßinstrument vorgenommenen Spannungsmessungen zu bewirken.

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