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der Serienschaltung von ohmschen Widerständen und Induktivitäten besteht.
Soll ein aus der Serienschaltung von ohmschen Widerständen undKapazitäten bestehender Zweipol untersucht werden, so ist der Gegenkopplungszweig des Gleichspannungsverstärkers von dem zu untersuchenden
Zweipol gebildet und als Referenzzweipol ist ein ohmscher Widerstand herangezogen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den
Zeichnungen veranschaulicht sind. Es zeigen die Fig. 1 bis 4 die Blockschaltbilder dreierAusführungsformen der Erfindung und die Fig. 5a und b den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den Ausgängen der Steuerschaltung bzw. des Gleichstromverstärkers.
Gemäss Fig. 1 weist die erfindungsgemässe Einrichtung einen Umschalter-l-auf, der aus drei elektronischen Schaltern --2, 3 und 4-- beispielsweise Transistorschaltern, besteht. Dabei gilt als erster Eingang - -5-- des Umschalters --1-- der Eingang des elektronischen Schalters --3--, als zweiter Eingang --6-- des Umschalters-l-der Eingang des elektronischen Schalters --4-- und als dritter Eingang --7-- der Eingang des elektronischen Schalters --2--. Als Ausgang des Umschalters-l-werden die untereinander verbundenenAusgänge der elektronischen Schalter-2, 3 und 4-bezeichnet. Der erste Eingang --5-- des Umschalters --1-- ist an den Ausgang einer ersten Gleichspannungsquelle --8-- angeschaltet, die in bekannter Weise als halbleiterbestuckte Schaltung ausgeführt ist, während der zweite Eingang --6-- geerdet ist.
Die Einrichtung weist ferner eine Steuerschaltung --9-- auf, die aus Triggerschaltungen --10, 11,12
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und 13-- und einem Zeitgeber --14-- besteht, der etwa als in bekannter Weise ausgeführter monostabiler
Multivibrator ausgebildet ist. ZumEinseingang der Triggerschaltung --11--, Nulleingang der Triggerschal- tung --12-- und zum Eingang des Zeitgebers --14-- wird ein äusseres Signal von einer entsprechenden Quelle zugeführt (nicht dargestellt). DerAusgang des Zeitgebers --14-- ist mit dem Einseingang der Triggerschal- tung --10-- und dem Nulleingang der Triggerschaltung verbunden. Die Ausgänge der Triggerschaltun- gen --10, 11 und 12-- sind jeweils mit den Steuereingängen der elektronischen Schalter-2, 3 und 4-- ver- bunden.
DerAusgang des Umschalters-l-ist über den zu messenden komplexen Widerstand (Zweipol), der in der vorliegenden Variante der Einrichtung aus der Parallelschaltung eines Widerstandes --15-- und einer In- duktivität --16-- gebildet ist, mit dem Referenzzweipol, der in der hier beschriebenen Variante der Ein- richtung von einem Normalwiderstand --17-- gebildet wird, in Reihe geschaltet. Parallel zu dem Normalwiderstand ist ein Gleichstromverstärker-18-- geschaltet. Der Ausgang des verstärkers --18-- ist mit einem Eingang einer Spannungsmesseinrichtung --19--, vorzugsweise einem Digitalvoltmeter, und mit dem
Eingang eines Spannungskomparators --20-- verbunden.
Der Komparator --20-- besteht aus drei Vergleichs- schaltungen--21, 22, 23-- und zwei Spannungsteilern --24 und 25--, die etwa aus je zwei Widerständen be- stehen.
Dem Gleichstromverstärker --18-- und jede der Vergleichs schaltungen --21, 22 und 23-- sind als integrierte Schaltungen ausgebildet.
Ein Eingang der ersten Vergleichsschaltung --21-- ist geerdet, und jeweils ein Eingang der zweiten bzw. dritten Vergleichsschaltung-22, 23-ist mit dem Ausgang der Spannungsteiler --24 bzw. 25-- verbunden. Die andern Eingänge der Vergleichsschaltungen --21, 22 und 23-- liegen gemeinsam an dem Ausgang des Gleichstromverstärkers--18--. Der Ausgang der ersten Vergleichsschaltung --21-- ist mit demNulleingang der Triggerschaltung --10--, mit dem Einseingang der Triggerschaltung --12-- und mit einem Eingang der Spannungsmesseinrichtung --19-- verbunden. Der Ausgang der zweiten Vergleichsschaltung --22-- ist mit dem Einseingang der Triggerschaltung --13-- und der Ausgang der dritten Vergleichsschaltung --23-- mit dem Nulleingang der Triggerschaltung --13-- verbunden.
Die Einrichtung ist auch mit einer Zeitmesseinrichtung --26-- zum Messen von Zeitintervallen ausgestattet. Diese Einrichtung besteht aus einem quarzgesteuerten, halbleiterbestückten Impulsgenerator --27--, aus elektronischen Schaltern-28 und 29-, die den elektronischen Schaltern-2, 3 und 4-ähnlich sind und aus Dekadenzählern --30 und 31-- mit Ziffernanzeige. Der Ausgang des Impulsgenerators --27-- ist mit den Eingängen der elektronischen Schalter --28 bzw. 29-- verbunden, deren Steuereingänge mit den Ausgängen der Triggerschaltungen --10 bzw. 13-- und deren Ausgänge mit den Eingängen der Zähler --30 und 31--ver- bunden sind.
Der dritte Eingang --7-- des Umschalters --1-- ist ebenso wie die Eingänge der Spannungsteiler --24 und 25-- mit dem Ausgang einer zweiten Gleichspannungsquelle --32-- verbunden, die der Quelle --8-- ähnlich ist, aber eine andere Polarität aufweist.
Die Fig. 2 zeigt eine ähnlicheAusführungsvariante der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Unterschied besteht hier darin, dass als zu untersuchender Zweipol die Parallelschaltung eines Widerstandes --33-- (Fig. 2) mit einem Kondensator --34-- vorliegt. Als Normalelement wird hier ein Normalkondensator --35-- verwendet.
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3)stärker --18-- liegt.
Eine in Fig. 4 gezeigte vierte Ausführungsvariante der Erfindung weist als zu messenden Zweipol die Reihenschaltung eines Widerstandes --39-- mit einem Kondensator --40-- auf. Parallel zu dieser Reihen-
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Gleichstromverstärker InNormalwiderstand--41-geschaltet.
Die Funktion der erfindungsgemässen Einrichtung wird im folgenden beschrieben.
Auf ein äusseres Signal hinauf werden durch Signale des Zeitgebers --14-- (Fig. l) die Triggerschaltungen --11 bzw. 12-in den Eins-bzw. in den Nullzustand gesetzt. Der Zeitgeber --14-- beginnt mit dem Auszähler eines vorgegebenen Zeitintervalls T , wobei dasAusgangssignal der sich im Einszustand befindlichen Triggerschaltung --11-- den elektronischen Schalter --3-- des Umschalters --1-- öffnet und das Ausgangssignal der Triggerschaltung --12-- den elektronischen Schalter --4-- schliesst. Dies führt dazu, dass die Gleichspannung -Eo der Gleichspannungsquelle --8-- unmittelbar über den offenen Schalter --3-- an den Messkreis --15, 16,17, 18-- gelangt.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung sind in Fig. 5a und b zwei Zeitdiagramme dargestellt, wobei auf der Abzissenachse die Zeit und auf der Ordinatenachse die Spannungen U bzw. U2 am Ausgang des Umschalters bzw. am Ausgang des Gleichstromverstärkers gemessen
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werden. Die Spannung -Eo und das Zeitintervall To sind auf dem Diagramm 5a dargestellt.
Über den Messkreis beginnt ein Strom zu fliessen, der an den Eingang des Gleichstromverstärkers gelangt, in dessen Gegenkopplungszweig der Normalwiderstand --17-- mit dem Widerstandswert R (, eingeschaltet ist. Vom Ausgang des Gleichstromverstärkers --18-- wird die Spannung U2 abgenommen (Fig. 5b), die dem durch den Messkreis fliessenden Strom proportional ist. Es wird somit der Vergleich dieses Stromes
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der Reihe nach den beiden Bezugsspannungen gleichkommt.
Zu dem Zeitpunkt, in dem die Bezugsspannung U4 und die Spannung am Ausgang des Gleichstromverstärkers --18-- gleich sind, spricht die Vergleichs- schaltung-23-an, derenAusgangssignal die Triggerschaltung --13-- in den Nullzustand zurückbringt. Der
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Eingang des Dekadenziffernzählers --30--, der das Zeitintervall t2 (Fig. 5b) zu messen beginnt, während der Ausgang des Umschalters-l-über den geöffneten elektronischen Schalter -- 2-- an seinen dritten Eingang --7-- durchgeschaltet wird. Dadurch wird die Gleichspannungsquelle --32-- (Spannung +E0) an den Messkreis gelegt (Fig. 5a).
DieSpannung U2 (Fig. 5b) am Ausgang des Gleichstromverstärkers --18-- beginnt sich zu verringern. Sobald diese Spannung annähernd gleich Null ist und dementsprechend auch der durch den Messkreis fliessende Strom Null ist, spricht die einen geerdeten Eingang aufweisende erste Vergleichsschaltung --21-- an. Ihr Ausgangssignal stellt die Triggerschaltung --10-- in den Nullzustand und die Triggerschaltung --11-- in den Einszustand zurück.
Die elektronischen Schalter-2 und 28-- werden geschlossen, der elektronische Schalter --4-- wird ge- öffnet. Dabei beendet der Dekadenzähler --30-- das Messen des Zeitintervalls t2 (Fig. 5b), die an den Messkreis angelegte Gleichspannung wird abgeschaltet und der Ausgang des Umschalters-l-an seinen zweiten geerdeten Eingang --6-- durchgeschaltet.
Ausserdem misst die Spannungsmesseinrichtung--19--, ausgelöst durch die Vergleichsschaltung --21--, die am Ausgang des Gleichstromverstärkers --18-- liegende Spannung U, die dem Strom proportional ist, der durch den Messkreis nach dessen Anschaltung an den geerdeten zweiten Eingang --6-- des Umschalters --1-- fliesst.
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kopplungszweig des Gleichstromverstärkers --18-- die Ausgangsspannung dieses Verstärkers dem Integral des durch den Messkreis fliessenden Stromes proportional ist.
Auf Grund der gemessenen Zeitintervalle t und t, und der Spannung U kann eindeutig der Wider-
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standswert R des zu messenden Zweipoles ---33, 34-- und die Zeitkonstante sowie die Kapazität C des zu diesem Zweipoles gehörenden Kondensators --34-- wie folgt ermittelt werden :
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Auch die Funktion der dritten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 ist der eben beschriebenen ähnlich.
Der Unterschied besteht nur in der Verwendung der Induktivität --38-- als Normalelement und durch die Einschaltung der Serienschaltung des Widerstandes --36-- mit der Induktivität --37-- in den Gegenkopplungszweig des Gleichstromverstärkers --18--. Daher wird der Messkreis mit einem linear veränderlichen Strom gespeist und die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers --18-- entspricht der am Messkreis liegenden Spannung.
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--36-- des ZweipolesBei der vierten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 4) wird als Normalelement der Widerstand --41-verwendet.
Im Gegenkopplungszweig des Gleichstromverstärkers --38-- liegt als zu untersuchender Zweipol die Serienschaltung des Widerstandes --39-- mit dem Kondensator --40--.
Aus den gemessenen Zeitintervallen tl und t2 und der Spannung U kann eindeutig die Grösse der Kapazität C des Kondensators --40-- die Grösse der Zeitkonstanten des Zweipoles und die Grösse des Widerstandswertes R des Widerstandes --39-- wie folgt bestimmt werden :
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Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich durch hohe Messgeschwindigkeit, universelle Verwendbarkeit und eine hohe Messgenauigkeit aus. Die Einrichtung ermöglicht weiters eine Verringerung der Verlustleistung im Messkreis, wodurch auch die Kennwerte filmartiger RC-Elemente gemessen und digital ausgegeben werden können.
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