DE3617936C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE 36 17 936 A1 bekannt.
Diese bekannte Anordnung weist einen linearen Spannungs/Frequenz-
Wandler auf, dessen Nullpunktdrift korrigiert wird.
In der modernen Meßtechnik werden häufig Anordnungen zur
hochauflösenden und linearen Messung von Spannungen benötigt,
die eine sehr geringe Stromaufnahme besitzen. Diesem
Zweck dienen digitale Spannungsmeßanordnungen der zuvor
angegebenen Art, die analoge Spannungswerte über eine
Spannungs-Frequenz-Wandlung in binäre Zahlenwerte mit
einer der geforderten Auflösung entsprechenden Bitzahl
umwandeln. Die Wandlungszeiten solcher digitaler Spannungsmeßanordnungen
sollen einen Bereich von mehreren 10 ms
nicht überschreiten.
Ein Problem bei solchen digitalen Spannungsmeßanordnungen
besteht in der Nichtlinearität der Spannungs-Frequenz-
Kennlinie des Spannungs/Frequenz-Wandlers. Diese Nichtlinearität
hat zur Folge, daß die Frequenz des vom Spannungs/
Frequenz-Wandler gelieferten Ausgangssignals nicht in einem
linearen Zusammenhang mit der zu messenden Spannung steht.
Darüber hinaus ist die nichtlineare Spannungs/Frequenz-
Kennlinie zeitlich nicht konstant, sondern in Abhängigkeit
von äußeren Einflüssen, insbesondere der Temperatur, sowie
von Alterungserscheinungen veränderlich. Dies gilt besonders
für spannungsgesteuerte Oszillatoren, auch VCO
("voltage controlled oszillator") genannt, die bevorzugt
als Spannungs/Frequenz-Wandler verwendet werden. Für eine
hochauflösende lineare Spannungsmessung ist daher eine Linearisierung
erforderlich. Spannungs/Frequenz-Wandler höchster
Linearität werden üblicherweise realisiert, indem man
mittels eines Regelkreises, der einen Frequenz/Spannungs-
Wandler und einen Regler enthält, einen weniger linearen
spannungsgesteuerten Oszillator regelt. Der Nachteil solcher
Schaltungen liegt entweder in der hohen Stromaufnahme
(bei schnellen Wandlern) oder in der langen Einschwingzeit.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer digitalen
Spannungsmeßanordnung, die zur hochauflösenden linearen
Messung von Spannungen bei gleichzeitig niedrigem Stromverbrauch
und relativ hoher Geschwindigkeit geeignet ist.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
Bei der digitalen Spannungsmeßanordnung nach der Erfindung
wird der Frequenz/Spannungs-Wandler nicht zur linearisierenden
Regelung des Spannungs/Frequenz-Wandlers, sondern
zu dessen Kalibration verwendet. Durch die Kalibration erhält
die Auswerte- und Steuerschaltung Informationen über
die Nichtlinearität der Spannungs-Frequenz-Kennlinie, die
sie zur Linearisierung des digitalen Spannungsmeßwertes
verwenden kann. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin,
daß der zur Kalibration verwendete Frequenz/Spannungs-
Wandler nur für im Verhältnis zur Einschwingzeit sehr kurze
Zeitintervalle mit dem zur Spannungsmessung verwendeten
Spannungs/Frequenz-Wandler verbunden zu sein braucht. Der
Frequenz/Spannungs-Wandler kann daher mit verhältnismäßig
großer Einschwingzeit und dementsprechend geringem Stromverbrauch
ausgebildet werden, ohne daß die Spannungsmessung
durch die große Einschwingzeit beeinträchtigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer digitalen Spannungsmeßanordnung
nach der Erfindung,
Fig. 2 die nichtlineare Spannungs-Frequenz-Kennlinie
des Spannungs/Frequenz-Wandlers von
Fig. 1 zur Erläuterung der Kalibration,
Fig. 3 Zeitdiagramme von Signalen, die in dem Frequenz/
Spannungs-Wandler von Fig. 1 vorkommen,
und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Zeitabläufe
bei der Spannungsmessung und Kalibration.
Die in Fig. 1 dargestellte digitale Spannungsmeßanordnung
enthält einen Spannungs/Frequenz-Wandler 1, eine Umschaltanordnung 2,
die wahlweise eine von mehreren Spannungen an
den Eingang des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 anlegt, und
eine Auswerte- und Steuerschaltung 3, die das Ausgangssignal
des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 an einem Eingang 3 a
empfängt.
Die Umschaltanordnung 2 enthält bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vier Schalter 4, 5, 6, 7, die durch Steuersignale
gesteuert werden, die von der Auswerte- und Steuerschaltung
3 an Ausgängen 3 b, 3 c, 3 d, 3 e abgegeben werden.
Die Schalter 4, 5, 6, 7 sind symbolisch als mechanische
Kontakte dargestellt; in Wirklichkeit handelt es sich dabei
um schnelle elektronische Schalter, beispielsweise Feldeffekttransistoren.
Wenn der Schalter 4 geschlossen ist,
verbindet er eine Spannungsklemme 8, an der die zu messende
Spannung U x liegt, mit dem Eingang des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1. Der Schalter 5 verbindet den Eingang des
Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 mit einer Spannungsklemme 9,
an der eine zur Normierung verwendete Referenzspannung U R
liegt. Beim Schließen des Schalters 6 wird die Spannung
Null (Massepotential) zur Offsetmessung an den Eingang des
Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 angelegt. Die Funktion des
Schalters 7 wird später erläutert.
Der Spannungs/Frequenz-Wandler 1 ist in herkömmlicher Weise
so ausgebildet, daß er am Ausgang ein elektrisches Signal
abgibt, dessen Frequenz f A von der an seinen Eingang
angelegten Spannung U E abhängt. Vorzugsweise ist der Spannungs/
Frequenz-Wandler 1 ein spannungsgesteuerter Oszillator,
auch unter der Abkürzung VCO ("voltage controlled
oszillator") bekannt. Wenn also der Schalter 4 geschlossen
ist, hat das Ausgangssignal des Spannungs/Frequenz-Wandlers
1 eine Frequenz f x , die ein eindeutiges Maß für den
Wert der zu messenden Spannung U x ist. Bei geschlossenem
Schalter 5 nimmt das Ausgangssignal eine Frequenz f R an,
die den Wert der Referenzspannung U R angibt. Wenn der
Schalter 6 geschlossen ist, liegt am Eingang des Spannungs
/Frequenz-Wandlers 1 der Spannungswert Null an, doch
kann es sein, daß das Ausgangssignal eine Frequenz f₀ hat,
die von Null verschieden ist; diese Erscheinung wird als
"Offset" bezeichnet.
Die Auswerte- und Steuerschaltung 3 ermittelt aus den an
ihrem Eingang 3 a erscheinenden Frequenzen digital den Wert
der zu messenden Spannung U x . Vorzugsweise ist die Auswerte-
und Steuerschaltung 3 ein geeignet programmierter
Mikrocomputer.
Die Spannungs-Frequenz-Kennlinie des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1 ist gewöhnlich nichtlinear. Dies gilt insbesondere
dann, wenn der Spannungs/Frequenz-Wandler 1 ein
spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist. Die Ausgangsfrequenz
f A des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 ist also
der Eingangsspannung U E nicht proportional, sondern sie
hängt nach der dem Spannungs/Frequenz-Wandler 1 eigenen
nichtlinearen Spannungs-Frequenz-Kennlinie von der Eingangsspannung
U E ab. Fig. 2 zeigt eine solche nichtlineare
Spannungs-Frequenz-Kennlinie eines Spannungs/Frequenz-
Wandlers. Sie stellt die Ausgangsfrequenz f A als Funktion
der Eingangsspannung U E dar. Wenn also die Ausgangsfrequenz
bei geschlossenem Schalter 4 beispielsweise den
Wert f x1 hat, läßt sich aus der Kennlinie entnehmen, daß
die zu messende Spannung den Wert U x1 hat.
Die Auswerte- und Steuerschaltung 3 muß bei der Bestimmung
der zu messenden Spannung U x die Nichtlinearität der Spannungs-
Frequenz-Kennlinie berücksichtigen, und zwar um so
genauer, je höher die Auflösung der Messung, also die Bitzahl
des digitalen Meßwerts, sein soll. Dies könnte dadurch
geschehen, daß die Spannungs-Frequenz-Kennlinie des Spannungs/
Frequenz-Wandlers 1 in digitalisierter Form in der
Auswerte- und Steuerschaltung 3 gespeichert wird. Diese
Maßnahme wäre aus mehreren Gründen nicht befriedigend.
Einerseits sind die Spannungs-Frequenz-Kennlinien baugleicher
spannungsgesteuerter Oszillatoren infolge von Fertigungsstreuungen
nicht gleich. Die Spannungs-Frequenz-Kennlinie
müßte also für jeden individuellen spannungsgesteuerten
Oszillator getrennt ermittelt und abgespeichert werden,
und dieser Vorgang müßte bei einem eventuellen Austausch
des spannungsgesteuerten Oszillators wiederholt werden.
Vor allem aber ist die Spannungs-Frequenz-Kennlinie des
spannungsgesteuerten Oszillators zeitlich nicht konstant,
sondern sie ändert sich durch Alterungserscheinungen sowie
in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von
der Temperatur. Die Spannungsmeßanordnung von Fig. 1 ist
deshalb so ausgebildet, daß die Spannungs-Frequenz-Kennlinie
des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 fortlaufend kalibriert
wird, so daß die Auswerte- und Steuerschaltung 3
ständig Informationen über den aktuellen Kennlinienverlauf
erhält und bei der Ermittlung der Spannungswerte aus der
Ausgangsfrequenz f A des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 berücksichtigen
kann.
Für diese Kalibrierung enthält die Spannungsmeßanordnung
von Fig. 1 einen streng linearen Frequenz/Spannungs-Wandler
10, dessen Eingang 10 a an einen weiteren Ausgang 3 f
der Auswerte- und Steuerschaltung 3 angeschlossen ist, und
dessen Ausgang 10 b durch den Schalter 7 der Umschaltanordnung
2 wahlweise mit dem Eingang des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1 verbunden werden kann. Die Auswerte- und Steuerschaltung
3 legt an den Eingang des Frequenz/Spannungs-
Wandlers 10 zeitlich nacheinander verschiedene Kalibrationsfrequenzen
F K an, und der Frequenz/Spannungs-Wandler
10 gibt für jede Kalibrationsfrequenz F K nach einer gewissen
Einschwingzeit T E am Ausgang eine Kalibrationsspannung
U K ab, die der Kalibrationsfrequenz F K mit einem vorgegebenen
Proportionalitätsfaktor streng proportional ist.
Wenn der Schalter 7 geschlossen ist, liegt die jeweilige
Kalibrationsspannung U K am Eingang des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1 an, und das Ausgangssignal des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1 nimmt eine Frequenz f K an, die nach der
nichtlinearen Kennlinie des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1
von der Kalibrationsspannung U K abhängt. Die dem Eingang
der Auswerte- und Steuerschaltung 3 zugeführte Frequenz f K
ist daher von der am Ausgang 3 f abgegebenen Frequenz F K
verschieden, und aus der Differenz dieser beiden Frequenzen
kann die Auswerte- und Steuerschaltung 3 die Abweichung
der Kennlinie des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 vom linearen
Verlauf am Kalibrationspunkt erkennen. Für jede weitere
Kalibrationsfrequenz F K wird der Vorgang an einem anderen
Kalibrationspunkt der Kennlinie wiederholt, so daß der
nichtlineare Verlauf der Kennlinie mit der gewünschten
Genauigkeit erfaßt werden kann.
Die Kennlinienkalibration soll anhand des Diagramms von
Fig. 2 näher erläutert werden. Als Beispiel ist angenommen,
daß die Auswerte- und Steuerschaltung 3 nacheinander
fünf Kalibrationsfrequenzen F K1 bis F K5 abgibt, für welche
der Frequenz/Spannungs-Wandler 10 fünf Kalibrationsspannungen
U K1 bis U K5 gemäß folgender Zuordnung abgibt:
F K1 = 250 Hz: | |
U K1 = 0,125 V | |
F K2 = 500 Hz: | U K2 = 0,25 V |
F K3 = 1 kHz: | U K3 = 0,5 V |
F K4 = 2 kHz: | U K4 = 1 V |
F K5 = 4 kHz: | U K5 = 2 V |
Die fünf Kalibrationsspannungen U K1 bis U K5 sind im Diagramm
von Fig. 2 an der Abszisse aufgetragen, jeweils über
den dazu proportionalen Kalibrationsfrequenzen F K1 bis F K5.
An der Ordinate sind die Frequenzwerte f K1 bis f K5 angegeben,
welche die Ausgangsfrequenz f A des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1 für jede der Kalibrationsfrequenzen F K1 bis F K5
annimmt, wenn der Schalter 7 nach Ablauf der Einschwingzeit
des Frequenz/Spannungs-Wandlers 10 geschlossen ist.
Wenn bei Messung der Spannung U x (Schalter 4 geschlossen)
die Frequenz f x gerade einem der Kalibrationspunkte entspricht,
kann die Auswerte- und Steuerschaltung 3 den exakten
Spannungswert bestimmen, da dieser dann genau der zu
diesem Kalibrationspunkt gehörenden Kalibrationsspannung U K
entspricht. Wenn die Frequenz f x zwischen zwei Kalibrationspunkten
liegt, wie in Fig. 2 für die Frequenz f x1
dargestellt ist, kann die Auswerte- und Steuerschaltung 3
den Spannungswert durch Interpolation zwischen zwei Kalibrationspunkten
berechnen. Beispielsweise ergibt sich bei
linearer Interpolation der linearisierte Spannungswert
für F K(n+1) < f x ≧ F K(n)
n = 1, 2, . . . 5
n = 1, 2, . . . 5
Diese lineare Interpolation bedeutet, daß die Kennlinie zwischen
zwei Kalibrationspunkten näherungsweise durch eine
Gerade ersetzt wird. Das Diagramm läßt erkennen, daß U x
keine absolute Genauigkeit besitzt, sondern um einen Interpolationsfehler
Δ U vom wirklichen Spannungswert abweicht.
Der Fehler kann durch eine entsprechend große Anzahl von
Kalibrationspunkten oder auch durch eine die Krümmung der
Kennlinie näherungsweise berücksichtigende nichtlineare Interpolation
beliebig klein gehalten werden.
Eine wesentliche Voraussetzung für die richtige Kalibration
ist eine möglichst exakte Linearität des Frequenz/Spannungs-
Wandlers 10. Die Linearität des Frequenz/Spannungs-Wandlers
10 ist bestimmend für die Linearität der ganzen Meßanordnung.
In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform des Frequenz/
Spannungs-Wandlers 10 dargestellt, die eine sehr
gute Linearität aufweist.
Bei dieser Ausführungsform enthält der Frequenz/Spannungs-Wandler
10 eine monostabile Kippschaltung 11, deren Auslöseeingang
das Signal vom Ausgang 3 f der Auswerte- und
Steuerschaltung 3 empfängt. In diesem Fall ist das von
der Auswerte- und Steuerschaltung 3 am Ausgang 3 f abgegebene
Signal vorzugsweise eine periodische Folge kurzer
Impulse, deren Folgefrequenz die jeweilige Kalibrationsfrequenz
F K1 . . . F K5 ist. Die monostabile Kippschaltung 11
wird durch jeden Impuls der Impulsfolge in den Arbeitszustand
gebracht, und sie kippt nach ihrer Haltezeit T H in
den Ruhezustand zurück. Die Haltezeit T H der monostabilen
Kippschaltung 11 hat bei allen Kalibrationsfrequenzen F K
den gleichen Wert und muß kleiner sein als die Folgeperiode
der Auslöseimpulse bei der höchsten Kalibrationsfrequenz
F K .
Die monostabile Kippschaltung 11 hat zwei zueinander komplementäre
Ausgänge Q und , an denen zwei gegenphasige Rechtecksignale
erscheinen, wie in den Diagrammen von Fig. 3
dargestellt ist. Das Diagramm A zeigt die vom Ausgang 3 f
der Auswerte- und Steuerschaltung 3 abgegebenen Auslöseimpulse
bei einer bestimmten Kalibrationsfrequenz F Ka . Die
Folgeperiode der Impulsfolge hat daher die Periodendauer
P Ka . Das Diagramm B zeigt das entsprechende Rechtecksignal
am Ausgang Q der monostabilen Kippschaltung 11. Dieses
Rechtecksignal hat in jeder Periode P Ka während der Haltezeit
T H der monostabilen Kippschaltung 11 den Signalwert 1
und während des Restes der Periode P Ka den Signalwert 0.
Das Diagramm C zeigt das dazu komplementäre Rechtecksignal
am Ausgang . Im Diagramm E sind die Auslöseimpulse für
eine andere Kalibrationsfrequenz F Kb dargestellt, die den
doppelten Wert der Kalibrationsfrequenz F Ka hat. Die Periodendauer
P Kb beträgt daher die Hälfte der Periodendauer P Ka .
Die Diagramme F und G zeigen die entsprechenden Rechtecksignale
an den Ausgängen Q bzw. der monostabilen Kippschaltung
11. Ein Vergleich dieser Diagramme läßt erkennen,
daß sich die von der monostabilen Kippschaltung 11
bei verschiedenen Kalibrationsfrequenzen F K abgegebenen
Rechtecksignale durch ihr Tastverhältnis unterscheiden.
Das vom Ausgang Q der monostabilen Kippschaltung 11 abgegebene
Rechtecksignal steuert einen Schalter 12, und das
vom Ausgang abgegebene Rechtecksignal steuert einen Schalter
13. Diese Schalter sind symbolisch als mechanische Kontakte
dargestellt, in Wirklichkeit aber schnelle elektronische
Schalter, beispielsweise Feldeffekttransistoren. Jeder
dieser Schaltung ist geschlossen, wenn das ihn steuernde
Rechtecksignal den Signalwert 1 hat, und offen, wenn das
Rechtecksignal den Signalwert 0 hat. Der Schalter 12 liegt
in der Verbindung zwischen einer Referenzspannungsquelle 14
und dem Eingang eines Tiefpaßfilters 15. Der Schalter 13
verbindet den Eingang des Tiefpaßfilters 15 mit Masse. Die
Referenzspannungsquelle 14 liefert eine sehr konstante
Gleichspannung U ref . Somit liegt am Eingang des Tiefpaßfilters
15 eine Rechteckspannung an, die abwechselnd die
Spannungswerte U ref und 0 hat, wie im Diagramm D von Fig. 3
für die Kalibrationsfrequenz F Ka und im Diagramm H von
Fig. 3 für die Kalibrationsfrequenz F Kb dargestellt ist.
Am Ausgang des Tiefpaßfilters 15 erscheint eine Gleichspannung,
die dem Mittelwert der am Eingang des Tiefpaßfilters
angelegten Rechteckspannung entspricht, wie in den Diagrammen
D und H von Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist. Diese
Gleichspannung hat bei der Kalibrationsfrequenz F Ka den
Wert U a (Diagramm D) und bei der Kalibrationsfrequenz F Kb
den Wert U b (Diagramm H). Wie aus den Diagrammen D und H
unmittelbar zu entnehmen ist, ist die Gleichspannung am
Ausgang des Tiefpaßfilters 15 der Kalibrationsfrequenz F K
genau proportional.
Ein dem Tiefpaßfilter nachgeschalteter Verstärker 16 bringt
die Spannung auf den für die Kalibration des Spannungs/
Frequenz-Wandlers 1 erforderlichen Wert der Kalibrationsspannung
U K .
Der auf diese Weise ausgebildete Frequenz/Spannungs-Wandler
10 ist streng linear bis besser als 2-16. Die Referenzspannung
U ref im Frequenz/Spannungs-Wandler 10 muß den
gleichen Bedingungen genügen wie die Nichtlinearität des
Spannungs/Frequenz-Wandlers 1. Insbesondere muß die Referenzspannung
U ref über die ganze Dauer eines Kalibrationszyklus
innerhalb der ausgenützten Auflösung stabil sein.
Dagegen kommt es auf die Absolutgenauigkeit des Frequenz/
Spannungs-Wandlers 10 nicht an. Wenn bei der Spannungsmessung
Absolutgenauigkeiten benötigt werden, wird eine
externe Referenzspannung verwendet.
Der wesentliche Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Meßanordnung
besteht darin, daß die Spannungsmessung durch die
Einschwingzeit des Frequenz/Spannungs-Wandlers 10 nicht behindert
wird. Wenn sich nach dem Anlegen einer neuen Kalibrationsfrequenz
F K an den Eingang 10 a des Frequenz/Spannungs-
Wandlers 10 die entsprechende Kalibrationsspannung U K
während der Einschwingzeit ausbildet, kann der Ausgang des
Frequenz/Spannungs-Wandlers durch den Schalter 7 vom Eingang
des Spannungs/Frequenz-Wandlers 1 abgetrennt bleiben,
so daß während der ganzen Einschwingzeit die Spannungsmessung
mit den früher erhaltenen Kalibrationswerten ungehindert
fortgesetzt werden kann. Erst wenn die Kalibrationsspannung
U K nach dem Ablauf der Einschwingzeit ihren endgültigen
Wert erreicht hat, wird sie durch kurzzeitiges
Schließen des Schalters 7 zur Kalibrierung eines Punktes
der Spannungs-Frequenz-Kennlinie des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 1 verwertet.
Es ist daher ohne Nachteil möglich, den Frequenz/Spannungs-
Wandler mit einer verhältnismäßig großen Einschwingzeit
und dementsprechend sehr geringer Stromaufnahme auszubilden.
Beispielsweise kann die Einschwingzeit des Frequenz/
Spannungs-Wandlers in der Größenordnung von 2 s liegen, so
daß ein vollständiger Kalibrationszyklus für alle fünf Kalibrationsfrequenzen
F K1 bis F K5 etwa 10 s dauert. Eine
solche Dauer des Kalibrationszyklus ist ohne weiteres akzeptabel,
da sich die Umgebungstemperatur und demzufolge
auch die temperaturbedingte Nichtlinearität der Spannungs-
Frequenz-Kennlinie in dieser Zeit nicht merklich ändert.
Andere Einflüsse auf die Spannungs-Frequenz-Kennlinie, wie
Alterungserscheinungen, ändern sich noch langsamer.
Während es grundsätzlich möglich ist, den Schalter 7 nur
jeweils am Ende der Einschwingzeit zur Abtastung der endgültigen
Kalibrationsspannung U K zu schließen, besteht ein
bevorzugtes Verfahren zum Betrieb der Spannungsmeßanordnung
darin, daß der Schalter 7 bereits während der Einschwingzeit
wiederholt kurzzeitig geschlossen wird, damit die
Auswerte- und Steuerschaltung durch Vergleich der nacheinander
abgetasteten Werte der Ausgangsspannung des Frequenz/
Spannungs-Wandlers 10 feststellen kann, ob die Kalibrationsspannung
U K ihren endgültigen Wert erreicht hat.
Ein vollständiger Kalibrationszyklus kann dann beispielsweise
so ablaufen, wie in den Diagrammen von Fig. 4 dargestellt
ist.
Das Diagramm A von Fig. 4 zeigt schematisch die zeitliche
Aufeinanderfolge der Spannungen U x , U R , U₀, U K , die durch
Schließen der Schalter 4 bis 7 an den Eingang des Spannungs/
Frequenz-Wandlers 1 angelegt werden. Die Dauer des
Zeitintervalls T C , für die jede Spannung an den Spannungs/
Frequenz-Wandler angelegt werden muß, ist insbesondere
durch die Zeitdauer bedingt, die die Auswerte- und Steuerschaltung
3 benötigt, um die Frequenz f A des Ausgangssignals
des Spannungs/Frequenz-Wandlers in ein Binärsignal
mit der der geforderten Auflösung entsprechenden Bitzahl
umzuwandeln. So hat das Zeitintervall T C beispielsweise
für eine 13-Bit-Wandlung eine Dauer von etwa 30 ms und
für eine 15-Bit-Wandlung eine Dauer von 90 ms. Diese Dauer
ist in jedem Fall sehr klein gegen die Einschwingzeit T E
des Frequenz/Spannungs-Wandlers 10, die beispielsweise 2 s
beträgt.
In gewissen Zeitabständen wird anstelle der Nullspannung U₀
die Kalibrationsspannung U K für ein kurzes Kalibrationszeitintervall
T K an den Eingang des Spannungs/Frequenz-
Wandlers 10 angelegt. Das Kalibrationszeitintervall T K
hat vorzugsweise die gleiche Dauer wie das Zeitintervall
T C und ist auf jeden Fall sehr kurz im Vergleich zur Einschwingzeit
T E des Frequenz/Spannungs-Wandlers 10. Die Auswerte-
und Steuerschaltung speichert den im Kalibrationszeitintervall
T K gemessenen Wert der Kalibrationsspannung
U K und vergleicht ihn mit einem oder mehreren zuvor gemessenen
und gespeicherten Werten dieser Spannung. Wenn eine
bestimmte Anzahl von in Folge gemessenen digitalen Werten
der Kalibrationsspannung U K um weniger als das kleinste
Bit der ausgenutzten Auflösung voneinander abweicht, wird
angenommen, daß die Kalibrationsspannung U K ihren endgültigen
Wert für die angelegte Kalibrationsfrequenz F K erreicht
hat. Dann wird der Frequenzwert f K , den der Spannungs/
Frequenz-Wandler 1 für diesen Spannungswert liefert,
in der Auswerte- und Steuerschaltung 3 gespeichert und die
nächste Kalibrationsfrequenz F K an den Eingang des Frequenz/
Spannungs-Wandlers 10 angelegt. Der vollständige
Kalibrationszyklus hat somit den im Diagramm B von Fig. 4
dargestellten zeitlichen Verlauf, wobei der Zeitmaßstab
des Diagramms B wesentlich kleiner als der Zeitmaßstab
des Diagramms A ist. Jede Kalibrationsfrequenz F K1 . . . F K5
liegt für die Dauer der Einschwingzeit T E von etwa 2 s am
Frequenz/Spannungs-Wandler 10 an. Der vollständige Kalibrationszyklus
hat daher für fünf Kalibrationsfrequenzen
eine Zyklusdauer T Z von etwa 10 s.
Claims (4)
1. Anordnung zur digitalen Spannungsmessung mit einem
Spannungs/Frequenz-Wandler, an den die zu messende Spannung
angelegt wird und der ein Ausgangssignal liefert, dessen
Frequenz in dem zu erfassenden Meßbereich nach der
Spannungs-Frequenz-Kennlinie des Spannungs/Frequenz-Wandlers
von der angelegten Spannung abhängt, und mit einer
Auswerte- und Steuerschaltung, die das Ausgangssignal des
Spannungs/Frequenz-Wandlers empfängt und aus der Frequenz
dieses Ausgangssignals den Meßwert der zu messenden Spannung
ermittelt und in ein digitales Signal wandelt, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Frequenz/Spannungs-Wandler (10)
vorgesehen ist, an den durch die Auswerte- und Steuerschaltung
(3) nacheinander Signale mit unterschiedlichen, über
den Meßbereich verteilten Kalibrationsfrequenzen (F K ) für
jeweils ein Zeitintervall angelegt werden, das wenigstens
gleich der Einschwingzeit (T E ) des Frequenz/Spannungs-Wandlers
(10) ist, daß eine Umschaltanordnung (2) die nach dem
Ende der Einschwingzeit (T E ) am Ausgang des Frequenz/Spannungs-
Wandlers (10) für jede Kalibrationsfrequenz (F K ) erhaltene
Kalibrationsspannung (U K ) für ein im Verhältnis zur Einschwingzeit
(T E ) kurzes Kalibrationszeitintervall (T K ) an
den Eingang des Spannungs/Frequenz-Wandlers (1) anlegt und
daß die Frequenz (f K ) des während des Kalibrationszeitintervalls
(T K ) erhaltenen Ausgangssignals des Spannungs/
Frequenz-Wandlers (1) in der Auswerte- und Steuerschaltung
(3) zur Kalibration der Spannungs-Frequenz-Kennlinie des
Spannungs/Frequenz-Wandlers (1) verwendet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umschaltanordnung (2) die Ausgangsspannung des Frequenz/
Spannungs-Wandlers (10) während der Einschwingzeit (T E )
wiederholt für im Verhältnis zur Einschwingzeit (T E ) kurze
Zeitintervalle (T K ) an den Eingang des Spannungs/Frequenz-
Wandlers (1) anlegt, daß die Auswerte- und Steuerschaltung
(3) die während dieser Zeitintervalle (T K ) gemessenen Spannungswerte
speichert und mit früher gespeicherten Spannungswerten
vergleicht, und daß die Auswerte- und Steuerschaltung
(3) den zuletzt gemessenen Spannungswert als
endgültigen Wert der Kalibrationsspannung (U K ) akzeptiert,
wenn die Abweichungen zwischen einer vorbestimmten Anzahl
von in Folge gemessenen Spannungswerten unter einem vorbestimmten
Grenzwert liegen.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spannungs/Frequenz-Wandler (1) ein spannungsgesteuerter
Oszillator ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frequenz/Spannungs-Wandler (10)
eine monostabile Kippschaltung (11) enthält, die durch das
von der Auswerte- und Steuerschaltung (3) abgegebene Signal
mit der Kalibrationsfrequenz (F K ) periodisch ausgelöst
wird und deren Haltezeit (T H ) kleiner als die Periodendauer
des Signals mit der höchsten Kalibrationsfrequenz
(F K ) ist, und daß der Frequenz/Spannungs-Wandler (10) eine
Umschaltanordnung (12, 13) enthält, die durch die Ausgangssignale
der monostabilen Kippschaltung (11) so gesteuert
wird, daß sie abwechselnd zwei verschiedene Gleichspannungswerte
(0, U ref ) für die Dauer des einen bzw. des anderen
Zustands der monostabilen Kippschaltung (11) an den
Eingang eines Tiefpaßfilters (15) anlegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863617936 DE3617936A1 (de) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | Anordnung zur digitalen spannungsmessung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863617936 DE3617936A1 (de) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | Anordnung zur digitalen spannungsmessung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3617936A1 DE3617936A1 (de) | 1987-12-03 |
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Cited By (1)
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