DE1270681B

DE1270681B - Digitales Voltmeter

Info

Publication number: DE1270681B
Application number: DEP1270A
Authority: DE
Inventors: Howard Anthony Dorey; Eric Metcalf
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1964-04-23
Filing date: 1965-04-22
Publication date: 1968-06-20
Also published as: GB1058501A; NL6504391A; NL137500C; US3439271A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^WfW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIr

Deutsche Kl.: 21 e

P 12 70 681.9-35
22. April 1965
20. Juni 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Voltmeter mit einem kapazitiv rückgekoppelten Rechenverstärker, dessen Ausgang mit einem Vergleichsschaltkreis verbunden ist und dessen Rückkopplungskondensator zu Beginn der Messung über einen Eingangsschaltkreis auf eine der Meßspannung proportionale Spannung aufgeladen wird, und mit einer Einrichtung, durch die der Rückkopplungskondensator anschließend entladen wird, wobei gleichzeitig vom Vergleichsschaltkreis das Zählen von Taktimpulsen bis zur Rückkehr des Rechenverstärkers zum vorgegebenen Bezugspotential eingeleitet wird.

Derartige Voltmeter sind mit einem Zähler ausgerüstet, mittels dessen die Meßspannung als ganze Zahl wiedergegeben wird, wobei in binärer, binär codierter *5 dezimaler oder in dezimaler Form gearbeitet werden kann. Das Meßergebnis kann visuell angezeigt, zum Betätigen einer Setzmaschine verwendet oder auch in codierter Form einer Rechenmaschine zugeführt werden. Obwohl im folgenden nur von Voltmetern «° die Rede ist, kann man derartige Geräte jedoch auch zum Messen von Strömen, Ladungen oder mit diesen zusammenhängenden Größen verwenden.

Die Erfindung bezieht sich somit ganz allgemein auf Voltmeter, in denen ein Kondensator bis auf einen von der Meßspannung abhängigen Wert geladen und anschließend mit vorgewählter Geschwindigkeit entladen wird, wobei die Entladungszeit ein Maß für die Meßspannung ist.

Es sind schon digitale Voltmeter vorgeschlagen worden, bei denen eine Sägezahnspannung in Gegenrichtung zur Meßspannung wirksam ist und Taktgeberimpulse vom Beginn der Sägezahnspannung an gezählt werden, bis eine Vergleichsschaltung anzeigt, daß die Sägezahnspannung gleich der angelegten Spannung ist, so daß die gezählten Impulse ein Maß für die Meßspannung sind. Solche Voltmeter sind unter der Bezeichnung Sägezahn-Vergleichs-Voltmeter bekannt.

Die Genauigkeit derartiger Voltmeter ist von der Linearität des Sägezahns abhängig. Da Sägezahngeneratoren mit hoher Linearität teuer sind, gibt es praktisch nur Instrumente durchschnittlicher Genauigkeit, also etwa l°/o oder günstigstenfalls 0,1%· Ein Voltmeter des hier beschriebenen Typs ist insoweit einem Sägezahn-Vergleichs-Voltmeter ähnlich, als ebenfalls eine Sägezahnspannung gebildet wird, während deren Dauer diejenige Zeit gemessen wird, die der Sägezahn zum Erreichen eines vorgewählten Wertes benötigt. Es ist jedoch Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem beschriebenen Gerät verbessertes Voltmeter zu schaffen, dessen Genauigkeit nicht von Digitales Voltmeter

Anmelder:

The Solartron Electronic Group Limited,

Farnborough, Hampshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

6000 Frankfurt 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Eric Metcalf,

Howard Anthony Dorey,

Farnborough, Hampshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 23. April 1964 (16 922)

der Linearität eines Spannungsverlaufes abhängt und das trotzdem einfach hergestellt werden kann.

Bei dem eingangs beschriebenen Voltmeter weist erfindungsgemäß der Eingangsschaltkreis einen Präzisionskondensator auf, der vorzugsweise über einen mit diesem in Reihe liegenden Widerstand mit dem Eingang des Rechenverstärkers verbunden ist, und enthält die Einrichtung in an sich bekannter Weise eine Vergleichsspannungsquelle, die über einen Widerstand an den Eingang des Rechenverstärkers angeschlossen ist und beim Einschalten einen konstanten Entladungsstrom liefert.

Ein Rechenverstärker ist ein Gleichstromverstärker mit hohem Verstärkungsgrad und starker Rückkopplung, so daß sein Eingang auf virtuellem Erdpotential bleibt. Die erwünschte Meßgenauigkeit hängt von der Höhe des Verstärkungsgrades und der Größe der Rückkopplung ab. Ein Rechenverstärker mit angemessener Rückkopplung kann außerdem eine geeignet niedrige Ausgangsimpedanz haben. Da sowohl der von der Meßspannung bestimmte Ladestrom als auch der Vergleichsstrom durch den gleichen Verstärker gehen, tragen die Linearität und die Nullpunktsabweichung nicht zur Abänderung der Meßgenauigkeit bei. Das virtuelle Erdpotential braucht daher nicht genau bei einer Vergleichsspannung von OVoIt erreicht zu sein. Eine Verschiebung kann dagegen die Messungen beeinflussen, wobei jedoch eine Stabilität nur in den Zeitintervallen erforderlich ist, in denen wirklich gemessen wird.

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Die Ungenauigkeit der digitalen Sägezahnvoltmeter Nach der F i g. 1 liegt die Meßspannung V₁ zwischen liegt einmal in der Schwierigkeit begründet, mit Hilfe der Anschlußklemme 10 und Masse. Die Anschlußder Vergleichsschaltung genau zu bestimmen, wann klemme 10 ist über einen Rückkopplungsverstärker 12 die Sägezahnspannung wieder den Bezugspunkt er- mit einem Schalteranschluß 11 verbunden. Ein anderer reicht. Diese Schwierigkeit wird dadurch überwunden, 5 feststehender Anschluß eines Schalters 13 liegt an daß durch besondere Maßnahmen dafür gesorgt wird, Masse, während sein bewegbarer Anschluß 14 über daß sich die Spannung am Ende des Sägezahns sehr einen in Serie liegenden Kondensator 15 und einen Beschnell ändert, wodurch die Vergleichsschaltung ohne grenzungswiderstand 16 zum Eingang eines Arbeitswesentliche Unsicherheit in der Zeit ebenfalls sehr Verstärkers 17 führt. Der Verstärker ist über einen schnell erregt wird. io Gleichrichter 18 und einen Kondensator 19 rück-

Diese Maßnahmen bestehen bei einer bevorzugten gekoppelt, wobei die Verbindungsstelle zwischen dem Ausführungsform darin, daß der Verstärkerausgang Gleichrichter und dem Kondensator über einen niedriüber einen Einweggleichrichter, z. B. eine Diode, der gen Widerstand 20 von z. B. 100 Ohm an Masse liegt, zwischen dem Verstärkerausgang und dem Konden- Wenn die Schaltung im Ruhezustand ist, dann liegt sator in der Rückkopplungsleitung liegt, über einen 15 der Verstärkerausgang über den Schalter 21, dessen Belastungswiderstand geerdet ist. Wegen der sehr bewegbarer Anschluß mit dem Anschluß 14 mechakleinen effektiven Ausgangsimpedanz des Rechen- nisch gekoppelt ist, auf virtuellem Erdpotential. In Verstärkers kann der zur Erde abfließende Strom ver- diesem Fall oder auch wenn der Verstärkerausgang nachlässigt werden. Während der anfänglichen Lade- auf negativem Potential ist, hält eine Vergleichszeit fließen der Ladestrom und der zur Erde abgeleitete ao schaltung, die z. B. aus einer bistabilen Trigger-Strom gemeinsam in Vorwärtsrichtung durch den schaltung bestehen kann, zwei Torschaltungen 23 und Gleichrichter. Der Vergleichsstrom, der dann den Kon- 24 geschlossen.

densator entlädt, erniedrigt den zur Erde abfließenden Beim Vornehmen einer Messung werden die Schal-Strom, der jedoch den Gleichrichter bis zur völligen ter 13 und 21 umgeschaltet, und der Kondensator 15 Entladung des Kondensators noch leitend läßt. Da- 35 wird geladen. Der Verstärker 12 ist eigentlich nicht nach sperrt der Gleichrichter, da eine zu geringe Span- notwendig, ist aber deswegen vorhanden, da der Ladenung an ihm abfällt, und die Rückkopplungsleitung strom groß sein kann. Der Kondensator 15 entlädt ist unterbrochen. Die Ausgangsspannung des Ver- sich über den Begrenzerwiderstand mit einer Zeitstärkers schwingt heftig in die Richtung, in die sie sich konstante, die von der Kapazität und dem Widerstand während des von der Entladung herrührenden Säge- 30 abhängt. Die Zeitkonstante muß natürlich im Vergleich zahns stetig bewegt hat, und die Vergleichsschaltung zur gesamten Meßzeit sehr klein sein,
zeigt nahezu sofort das Ende des Sägezahns an. Um Zum genaueren Verständnis der Wirkungsweise zu vermeiden, daß vom Verstärkerausgang ein zu zeigt die Fig. 2 (a) die Spannung auf der rechten Seite starker Strom zur Erde abgezogen wird, kann das freie des Kondensators 15, dessen Kapazität mit C₁ be-Ende des Belastungswiderstandes auf ein unter oder 35 zeichnet ist. Ein Strom mit der gleichen Wellenform über Erdpotential liegendes Potential und die Ver- fließt durch den Widerstand 16, dessen Widerstand bindungsstelle des Einweggleichrichters mit dem Prä- mit R₁ bezeichnet ist. Daher ist die Größe des Stroms zisionskondensator über einen weiteren Einweggleich- gegeben durch
richter, z. B. eine Diode, auf Erdpotential gelegt sein. _{v t}

Zum Anlegen einer der Meßspannung proportionalen 40 J_{1 =} ^x _e~ C₁Jg_1-

Spannung an den Eingang des Rechenverstärkers gibt -^i

es zwei Möglichkeiten. Entweder kann man bei Ver- Wegen der üblichen Eigenschaften eines Arbeitswendung eines Rechenverstärkers mit nur einem Ein- Verstärkers fließt derselbe Strom durch die Rückkoppgang den Präzisionskondensator über einen Umschal- lungsleitung, und demgemäß erhält die rechte Seite des ter abwechselnd an Masse und die Meßspannung legen 45 Kondensators 19 mit der Kapazität C₂ eine Spannung oder einen Rechenverstärker mit zwei symmetrischen '

Eingängen verwenden, an dessen einem Eingang die γ _ 1 f. ^ _ ^i Q L _ _e~c

Meßspannung liegt, während an den anderen Eingang ² C₂ J ^x C₂

der geerdete Präzisionskondensator, der Rückkopp- °

lungskondensator und die Vergleichsspannungsquelle 50 Diese Spannung ist in der F i g. 2 bei φ) gezeigt; sie

dÄ daß Wm Einsen des Entla- ^ «*»« - ^{dm Wert} ψ ■"»"·' ■* dungsstromsderRückkopplungskondensatorvollaufge- eigentlich eine sehr viel größere Zeitachse, so daß in der laden ist, ist der Verstärkerausgang bevorzugt über einen Fig. 2(b) der größte Teil des Sägezahns unterdrückt Verzögerungsschaltkreis mit dem Vergleichsschaltkreis 55 werden mußte. Bei einer Spannung F₂ von z. B. 5 Volt verbunden. Der Verzögerungsschaltkreis kann z. B. fließt ein starker Strom von etwa 50 mA über den Wieine Diode enthalten, die ihn auf Grund ihrer Polung derstand 20 zur Erde ab. Das beeinträchtigt aber nicht, während des Abfalls der Spannung am Rückkopplungs- wie oben erwähnt, die Wirkungsweise des Voltmeters, kondensator ausgeschaltet hält. Das positive Potential am Ausgang des Verstärkers Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen 60 zündet nun die Vergleichsschaltung 22, die die beiden an einigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Stromtore 23 und 24 zur Zeit t — 0 öffnet. Von diesem F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Zeitpunkt an wird die Zeit von einem Zähler 25 ge-F i g. 2 zeigt zur Erklärung einzelne Wellenformen; zählt, zu dem nun durch das Stromtor 24 Zeitgeber-F i g. 3 bis 7 zeigen einzelne Schaltkreise des erfin- impulse gelangen. Gleichzeitig fließt ein genau bestimmdungsgemäßen Voltmeters; 65 ter negativer Vergleichsstrom von einer Spannungs-F i g. 8 zeigt schließlich ein anderes Ausführungs- quelle Vvgi aus durch das Stromtor 23 und einen Präbeispiel der Erfindungen mit einem Rechenverstärker zisionswiderstand 26 mit dem Widerstandswert R₂. mit zwei symmetrischen Eingängen. Wiederum fließt ein gleich großer Strom in der Rück-

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kopplungsleitung, der den Kondensator 19 entlädt. in der F i g. 4 gezeigten Modifikation erreicht werden.

Dieser Strom muß in umgekehrter Richtung durch den Ein in Serie liegender Widerstand 30 und eine parallel-

Gleichrichter 18 fließen, der jedoch von dem viel grö- liegende Kapazität 31 bewirken hier die Verzögerung

ßeren, durch den Widerstand 20 zur Erde fließenden während des ansteigenden Teils der Wellenform der

Strom geöffnet ist. 5 Fig. 2 (b). Währenddes Abfalls des Sägezahns ist eine

Das Potential am Kondensator 19 fällt linear mit der in Serie mit der Kapazität liegende Diode 32 im nicht-

/- u -^a- v*;+ ^Vvs> e„ A„a »;«» «τ,™™,™ ν leitenden Zustand und schaltet damit den Verzögerungs-Geschwindigkeit ^-, so daß eine Spannung V₀ ^ _aug_ ^_{n hoher Widerstand33 entIMt d}*_nn ^_n

durch Kondensator 31.

V₁C₁ Vv₉I ¹⁰ Statt der Verzögerungsschaltung kann zur Erzielung

^o ⁼ —£ t —, einer Verzögerung auch ein Schalter oder Stromtor

^{2 2 2} zwischen den Verstärker 17 und den Vergleichsschalt-

wo / die Zeit ist, angegeben werden kann. Theoretisch kreis 22 gelegt werden, die für eine geeignete Zeitspanne

sollte das Ende des Sägezahns erreicht sein, wenn V₀ nach den Schaltern 13 und 21 betrieben werden. Die

wieder Null ist, wodurch man, wenn Γ die Zeit am Ende 15 Zeiteinstellung wird dabei am besten mit den Impulsen

des Sägezahns bedeutet, die Spannung V₁ erhält: vom Taktgeber gesteuert, damit mögliche Synchroni-

j. y sationsschwingungen vermieden werden.

V₁ — . Jeder der Schalter 13 und 21 kann von beliebiger

^¹ -^² Gestalt sein, z. B. ein mit der Hand zu bedienender,

Am Ende des Sägezahns schließen die beiden Strom- 20 ein elektrisch mechanischer oder ein elektronischer

tore 23 und 24. V₁ ist also mit Hilfe einer Vergleichs- Schalter, wie z. B. ein Transistor, oder auch aus einer

spannung, einer Kapazität, eines Widerstands und einer Vorrichtung mit Photodioden bestehen, die von einer

vom Taktgeberimpulse zählenden Zähler 25 berechen- geschalteten Lichtquelle betrieben wird. In der F i g. 5

bar. Der Rückkopplungsweg wird geschlossen, wenn ist ein Beispiel für einen elektronischen Schalter gezeigt,

γ γ ²5 nämlich zwei Dioden 35, 36, die in entgegengesetzter

0^ _ ^ Durchlaßrichtung über den Verstärker 17 miteinander

^{3 2} verbunden sind. Ein Schaltimpuls wird an die Ver-

wobei R_s der Wert des Widerstandes 20 ist. Ist z. B. bindungsstelle der beiden Dioden über einen Wider-

Vvzi , . , _inn a j · λ τ, , .. ,„ _Tr stand 37 angelegt, der die Dioden abwechselnd leitend

-^- gle_lCh 100 μΑ. dann wird F₀ gleich 10 mV. _{3<j und nichtl}J_eil| _macht. _{Der parallel} ^_n Verstärker 17

Daher muß der oben berechnete Wert von V₁ um den liegende Schalter muß nicht notwendigerweise vor-

Anteil handen sein, obwohl es besser ist, da schon eine ein-

r Q zige Diode 38, die gemäß der F i g. 6 angeschlossen Vvgi · -^- · -£- ist, bei den erwähnten Polaritäten auf Grund des An-²² 35 steigens und Abfallens der verstärkten Spannung autokorrigiert werden. Dies bedeutet eine kleine, konstante matisch arbeitet. Das hat außerdem die Folge, daß das Korrektur, die bei der Eichung des Instruments be- Voltmeter auf diese Art mit Eingangsspannungen beider rücksichtigt werden kann. Polaritäten betrieben werden kann.

Wie aus der F i g. 2(b) hervorgeht, wird der Säge- Die F i g. 6 zeigt eine weitere Modifikation der biszahn zur Zeit T dadurch beendet, daß V₀ negativ wird, 40 herigen Schaltung, und zwar ist der Eingang des Verdenn der Rückkopplungsweg hat sich geschlossen, und stärkers 17 über einen hohen Widerstand 39 zusätzlich die äußere Verstärkung des Verstärkers ist sehr hoch mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Dageworden. durch wird der Pegel des Verstärkers noch genauer

Wie beschrieben, mißt das Voltmeter eine negative festgelegt, was besonders dann erwünscht ist, wenn der Spannung V₁. Zur Messung von positiven Spannungen 45 Verstärker einen Transistoreingangsschalter hat. Außerbraucht man nur die Betriebsstellung des Schalters 13 dem wird dadurch in Verbindung mit der F i g. 6 für in bezug auf die des Schalters 21 umkehren. eine gute Leitfähigkeit der Diode 38 gesorgt. Natürlich

Ein möglicher Nachteil der beschriebenen Anord- erhöht der durch den Widerstand 39 fließende Strom nung kann sein, daß vom Verstärkerausgang ein star- den durch den Widerstand 26 fließenden Vergleichsker Strom zur Erde abgezogen wird. Die F i g. 3 zeigt 50 strom, und da der Strom durch den Widerstand 39 eine einfache Modifikation dieses Schaltungsteils, wo- nicht geschaltet wird, muß der Sägezahn sofort nach bei der Widerstand 20 auf ein etwas negativeres Poten- der Ladung des Kondensators 19 gestartet werden. Mit tial gelegt und ein weiterer Gleichrichter 27 mit Masse . anderen Worten bedeutet dies, daß es nicht mehr mögverbunden ist. Der Strom durch den Widerstand 20 lieh ist, eine beliebige Zeitverzögerung gemäß der muß nun lediglich etwas größer als der Vergleichs- 55 F i g. 4 einzufügen. Schließlich muß der Strom durch strom sein, der durch den Widerstand 26 fließt, und den Widerstand 39 bei der Eichung des Instruments muß ausreichen, um eine scharfe Änderung am Ende berücksichtigt werden.

des Sägezahns zu ergeben. Im allgemeinen genügen Das Voltmeter arbeitet auf Grund einer Spannungs-

5 mA. Der Gleichrichter in F i g. 1 und jeder der beiden differenz an seinem geschalteten Eingang. Unter der

Gleichrichter in der F i g. 2 sind vorzugsweise Silizium- 60 Bedingung, daß wie in der F i g. 7 der Schalter 13 vom

dioden, die bei einer an ihnen liegenden Spannung von Ausgang des Verstärkers 12 zum Eingang verlegt wird,

0 Volt praktisch nicht leiten. kann der Verstärker 12 auch ein Wechselstromverstär-

Bei der Beschreibung der F i g. 1 wurde erwähnt, ker sein. Er kann deshalb einen unbestimmten NuIl-

daß die Zeitkonstante C₁A₁ genügend klein sein muß, punkt haben, und lange dauernde Nullpunktsverschie-

damit der Kondensator 19 vor dem Einsetzen der Ver- 65 bungen haben keinen Einfluß auf das Voltmeter,

gleichsschaltung 22 vollständig aufgeladen ist. Es kann Obgleich in den bisher beschriebenen Schaltungen

notwendig sein, daß man das Einsetzen der Vergleichs- der Verstärker 12 wegen der hohen Ladeströme zum

schaltung 22 verzögern muß. Dies kann mit Hilfe der Kondensator 15 erwünscht war, ist es möglich, zur

Vermeidung dieses Verstärkers 12 eine hohe Eingangs' impedanz herzustellen, indem der Verstärker 17 durch einen symmetrischen Verstärker 40 ersetzt wird. Nach der F i g. 8 ist der Kondensator 15 nun geerdet bzw, über den Widerstand 16 mit dem einen Eingang 41 des Verstärkers verbunden. An diesem Eingang liegen außerdem der Widerstand 26 und über den Kondensator 19 die Rückkopplungsleitung. Der andere Eingang 42 des Verstärkers wird abwechselnd zwischen der Eingangsspannung V₁ und Erdpotential hin- und hergeschaltet.

Die in F i g. 8 gezeigte Schaltung ist besonders nützlich zur Umwandlung des Ausgangssignals eines Wandlers mit variablem magnetischem Widerstand in digitale Form. Bei sorgfältiger Anordnung können solche elektromagnetische Wandler Rechtecksignale hoher Genauigkeit herstellen. Der Ausgang des Wandlers liegt dabei direkt am Eingang 42 des Verstärkers 40, und der Schalter 13 ist überflüssig. Obgleich der Rechteckwandler einen geringen Abfall haben kann, ergibt dieses nur einen Maßstabfaktor, der für einen gegeben nen Wandler konstant ist und nur bei der Eichung berücksichtigt werden muß. Weiterhin mißt man eine Wechselspannung, so daß die Vergleichsspannung Vvgi keine Gleichspannung zu sein braucht. Trotzdem kann sie durch die erregende Rechteckspannung des Wandlers ersetzt werden, so daß das Voltmeter ein direkt ablesbarer Verhältnismesser ist, der eigentlich unabhängig von der Amplitude der erregenden Spannung ist. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung einer hohen Eingangsimpedanz besteht darin, das ganze Voltmeter erdfrei zu lassen, was bei der Verwendung von Transistoren und hochfrequenten Spannungsquellen sehr günstig ist. Dabei wird der Eingang zwischen dem Kondensator 15 und dem Widerstand 16 in Serie geschaltet, wobei die linke Seite des Kondensators 15 in F i g. 1 geerdet ist.

Andere Mittel zur Übertragung der Eingangsladung auf das Voltmeter sind ebenfalls möglich. Die vollständige Isolierung von der Erde kann mit oder ohne Polaritätswechsel dadurch bewirkt werden, daß man die beiden Pole eines von der Eingangsspannung geladenen Kondensators auf den Verstärker umschaltet. Durch Teilung der Ladung zwischen einem Eingangskondensator, egal, ob dieser mit einem oder beiden Polen geschaltet wird, und einem zweiten Kondensator zur Eichung kann man auch eine Spannungsteilung erzielen.

Eine Anzahl von Schaltkreisen des beschriebenen Typs können in Verbindung mit Datenaufzeichnungssystemen verwendet werden. In solchen Geräten sind über eine Anzahl von Relais sehr viele, z. B. hundert Eingänge stufenweise an ein Gerät angeschlossen, das die Spannung mißt und aufzeichnet. Es gibt nun auch schnelle Zähler zum Zählen der Taktgeberimpulse und zur Herstellung eines digitalen Ausgangssignals. Diese zählen so schnell, daß sie nicht die obere Grenze derjenigen Geschwindigkeit festlegen, mit der die vielen Eingänge abgetastet werden können. Die obere Grenze ist vielmehr durch die Schaltzeiten der Relais bestimmt.

In dieser Hinsicht ermöglicht die Erfindung eine Vergrößerung der Geschwindigkeit, da z. B. mit einer Schaltung gemäß der F i g. 8 die Ladungsübertragung durch Öffnen zweier Kontakte gestartet wird. Das öffnen der Kontakte eines Relais geht sehr viel schneller als das Schließen und verursacht keine Sprünge. Weiterhin ist es, wie in Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 4 beschrieben wurde, allgemein möglich, vor dem Loslaufen des Sägezahns eine kleine Verzögerung vorzunehmen. Die Relais können derart verknüpft sein, daß sie die Eingangsschwingung nicht nur an ein einziges, sondern an mehrere Voltmeter schalten, die trotzdem noch in wesentlich geringerer Zahl als die abzutastenden Eingänge vorhanden sind. Es können z. B, zehn Voltmeter in Verbindung mit 100 Eingängen verwendet werden, wobei die ersten zehn Eingänge der Reihe nach an die zehn Voltmeter, die nächsten zehn Eingänge, ebenfalls der Reihe nach und in derselben Ordnung, an die gleichen zehn Voltmeter usw. angeschlossen werden.

Die Polaritäten sowie die verschiedenen Gleichrichter können in allen Figuren umgekehrt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Digitales Voltmeter mit einem kapazitiv rückgekoppelten Rechenverstärker, dessen Ausgang mit einem Vergleichsschaltkreis verbunden ist und dessen Rückkopplungskondensator zu Beginn der Messung über einen Eingangsschaltkreis auf eine der Meßspannung proportionale Spannung aufgeladen wird, und mit einer Einrichtung, durch die der Rückkopplungskondensator anschließend entladen wird, wobei gleichzeitig vom Vergleichsschaltkreis das Zählen von Taktimpulsen bis zur Rückkehr des Rechenverstärkers zum vorgegebenen Bezugspotential eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsschaltkreis einen Präzisionskondensator (15) aufweist, der vorzugsweise über einen mit diesem in Reihe liegenden Widerstand (16) mit dem Eingang des Rechenverstärkers verbunden ist, und daß die Einrichtung in an sich bekannter Weise eine Vergleichsspannungsquelle (Vvgi) enthält, die über einen Widerstand (26) an den Eingang des Rechenverstärkers angeschlossen ist und beim Einschalten einen konstanten Entladungsstrom liefert.

2. Voltmeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerausgang (17) über einen Einweggleichrichter (18), z. B. eine Diode, im Rückkopplungsweg zwischen dem Verstärkerausgang und dem Rückkopplungskondensator (19) mit einem Belastungswiderstand (20) verbunden ist.

3. Voltmeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Belastungswiderstands auf einem unter oder über Erdpotential Hegenden Potential liegt und daß die Verbindungsstelle des Einweggleichrichters (18) mit dem Präzisionskondensator (19) über einen weiteren Einweggleichrichter (27), z. B. eine Diode, auf Erdpotential liegt (F i g. 3).

4. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerausgang über einen Verzögerungsschaltkreis (30, 31) mit dem Vergleicbsschaltkreis verbunden ist (F i g. 4).

5. Voltmeter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungsschaltkreis eine Diode (32) enthält, die ihn auf Grund ihrer Polung während des Abfalls der Spannung am Rückkopplungskondensator angeschaltet hält.

6. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (17) einen einzigen Eingang hat, der über den Präzisionskondensator (15) mit einem Umschalter (13) verbunden ist, welcher den Ein-

gang abwechselnd an Masse und an die Eingangsspannung legt.

7. Voltmeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung über einen Gleichspannungsverstärker (12) an den Umschalter gelegt ist (F i g. 1).

8. Voltmeter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Umschalter (13) und dem Präzisionskondensator (15) ein Wechselspannungsverstärker liegt (F i g. 7).

9. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Umschalter (21) vorgesehen ist, der den Ausgang und den Eingang des Rechenverstärkers (17) kurzschließt, wenn der Präzisionskondensator durch den anderen Umschalter (13) geerdet ist.

10. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Rechenverstärkers und dem Vergleichsschaltkreis ein Trennschalter liegt, der ao eine vorgewählte Zeitspanne nach dem Anschluß der Eingangsspannung an den Präzisionskondensator über den Umschalter geschlossen wird.

11. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und der Ausgang des Rechenverstärkers (1) über einen Einweggleichrichter (38) verbunden sind.

12. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Rechenverstärkers (17) über einen hohen Widerstand (39) mit einer Potentialquelle verbunden ist (F i g. 6).

13. Voltmeter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechenverstärker (40) zwei symmetrische Eingänge hat, wobei der eine (42) mit dem Umschalter (13) verbunden ist und abwechselnd zwischen Masse und der Eingangsspannung hin- und hergeschaltet wird und wobei der andere (41) an den geerdeten Präzisionskondensator (15), den Rückkopplungskondensator (19) und über einen Widerstand (26) an die Quelle für den Entladungsstrom angeschlossen ist (F i g. 8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 331 878.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen