DE1448914A1 - Integrationssummierer - Google Patents
IntegrationssummiererInfo
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Description
A 32 814 h
h - ta
4.Juni 1963
Wilfred Both, Wesir Hartford, €o/invni':icut, "J1
Integrationssummierer
Die Erfindung bezieht sich auf XntegrationeBumi&isrer
und im besonderen auf solche Summierer, die das Integral
in Bezug auf die Zeit eines elektrischen Signals ergeben,
Summierer werden oft zum Messen eines Gesamtflusseo eins*
Menge während einer längeren Zeitperiode verwendete Allgemeine Beispiele hierfür sinde Watts bundenmete2'9 Gai3met.ar
Strömungemeoaer asu* In vielen Fällen wird dao Maß öei*
909811/0591 ^ 2 „. BAD
A 32 814 h
Ii - ta
4οJuni 1963
summierenden Menge durch ein Gleiohatromanalogsignal dar»
gestellt, dessen Grosso proportional der Geschwindigkeit '
und dessen Polarität durch die Richtung bestimmt wird. Als
Beispiel wird auf das USA Patent Nr. 2 865 201 vom 25el2.1958 hingewiesen, das einen Massenströmungsmesser zum
Gegenstand hatP der ein Gleiohstromausgangssignal ent»
sprechend der Geschwindigkeit der Massenströmung eines
Pluidums ergibt« Bei einer entsprechenden Phasenfeststellung (phase defection) zeigt die Polarität des Ausgangssignals
die it ich tang der Strömung ano
Bei bestimmten Anwendungen ist es erwünscht, das Summieren mit hoher Genauigkeit durchzuführen· Beispielsweise ist beim
Hessen einer gesamten Massenströmung eine Genauigkeit bis
zu einem kleinen Bruchteil von einem Prozent oft von Vorteil.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Summierer,
der einen hohen Genauigkeitsgrad aufweist· Zwar ist dieser im besonderen so konstruiert» dass er für das Summieren
einer Messenströaung geeignet ist, doch kann er auch zum
Summieren anderer Mengen verwendet werden, wenn eine entsprechende Genauigkeit erwünscht ist0
Es sind bereits Summierer bekannt, bei denen ein Gleich«
Stromsignal wiederholt auf einen vorbestimmten Wert
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4.Juni 1963 - 3
integriert wird, und die Anzahl der Integrationen wird gezählte Gewöhnlich v/erden die wiederholten Integrationen
mit Hilfe einer integrierenden Kapazität durchgeführtο
Wenn eine einzelne integrierende Kapazität verwendet wirdt
muss diese zwiaohen aufeinanderfolgenden Integrationen raeoh entladen werden, die Zeitdauer, die für die Entladung
erforderlioh iet, ergibt notwendig einen kummulativen Fehler in dem summierten Ausgange Ba ferner die Kapazität
stete in der gleichen Sichtung geladen wird, so wird durch
die dielektrische Absorption ein Fehler eingeführt, der
von der Nachgeschichte der Kapazität abhängig ist«, Dies
wird noch durch die kurze erforderliche Entladungen!t verschlimmert,, Ferner muss der Entladeatrom hoch Bein, wodurch
sich eine Erwärmung und magnetische Wirkungen ergeben, die die Tendenz haben, den meohanisohen Aufbau der Kapazität
zu verzerren, wodurch die Genauigkeit erheblich reduziert wird· Bas Schalten von grossen Strumen mit hoher Geschwindigkeit ist ebenfalls schwierige
Operative integrierende Verstärker werden ferner für eine genaue Integration in vielen Fällen verwendet· Derartige
Integratoren zeigen üblicherweise eine gewisse thermische Drift und eine Kull-Versetzuna d.h« es ergibt sich auch
ein gewisser Ausgang, wenn der Eingang Null ist«, Die Versetzung hat ferner dabei die Tendenz, sich zu ändern,
wenn der Verstärker sich verschiebt, --"vi es ergibt sich so
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A 32 814 h
Ji - ta
4«Juni 1963 - 4 -
im allgemeinen ©in Pehler in einer Hiehtungo Dieser Fehler
sioh dann entsprechend der &
ähnliches System wurde bereite vorgeschlagen» das zwei
integrierende Kapazitäten oder Kondensatoren verwendet, öle
abwechselnd g©l©äen u&ü entladen werden*" Zwar vermeidet ein
s©löh©@ System eiaige i©r oben genannten Sehwierigkeitens
werfen üi® FeIsIe^ ia B©sug ant di© dielektrische ; -
beseitigt. Ferner ist-
Integration eine höh®
© ^©yii'ffgai© Irfiaiagif ©ehafft smn ©iaan integrierenden
äi@ •^©S'ss'wätetga Pglilgr^uellea im
gaas ©ii@g@©©l2alt©-| sind, so äaes sich ein
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ifi2?d ©iss, la^egrstioiisstroiokreis
i©2? ©iata isitagri@s*t©is Anegasg erzeugt9 der sich entspreeiaead
®iia©a Gleioästromeingasig einer toestimmten Polarität ia einer llefetwng izEiert und der sieh in entgegengesets
'fer Richtung für ©in©n Eingang der enfleren Polarität ändert
B^g eu siUBmisrende Sleiehstromsignal wird dem Integrations-Btromkreie
über einen Polaritatsumkehrschalter zugeführto
Ferner ist eine Vorrichtung vorgesehen, ura 2U be3timiiienr
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der integrierte Ausgang des IntegrationsötromkreiBes
einen, vorbestimmten Wert oder Pegel in irgendeiner Richtung
erreicht und diese Vorrichtung dient ferner dasu, um entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen. Diese Ausgangs»
signale werden verwendet, um den Polaritätsumkshrschaltar
bei jedem Auftreten einea Ausgangssignals umzukehren. Die
Ausgangssignale werden ebenfalls gezählt, um die gewünschte
Summe su ergebene
Auf diese Weise genügt ein einzelner Integrationa3troinkrei3s
der einen einzigen integrierenden Kondensator verwendet, da der integrierende Kondensator zuerst in einer Hichtung
geladen wird, bis er einen vorbestimmten Wert erreicht und
dann infolge der Polaritatsumkehrung des Eingangs am
Integrator in der entgegengesetzten Jttichtung geladen wird·
Damit sindSchwierigkeiten, die mit einer raschen Entladung
des Kondensators zusammenhängen, vollständig vermieden· Ferner heben sich irgendwelche Fehler infolge der Versetzung
oder das Verschiebens des Integrationsstromicreisea im
wesentlichen auf oder werden mindestens 2U einer Wirkung
zweiter Ordnung«
Vorzugsweise wird die Bestimmung des vorbestimmten Wertes in irgendeiner Richtung für den integrierten Ausgang durch
die gleiche Vorrichtung bewerkstelligt, so dass der Abgleich getrennter Bezugapegel und die Aufrechterhaltung
derselben während längerer Zeitperioden vermieden wird ο
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h - ta
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Bei einigen Anwendungen kann das die summierte Menge darstellende Gleichstromsigftal seine Polarität umkehren entsprechend
einer UinJcehrung des Flusses usv;» Um auch solche
. Anwendungen mit einzubeaiehen, verwendet der integrierende
Summierer gemäsa der Erfindung einen Polaritätsfühlstrom»
kreis, der auf das zu summierende Gleichstromsignal anspricht und dieser Stromkreis wirkt dann st>, dass die
Zählrichtung der Ausgangsaignale vom Integrator umgekehrt
wirdo
Die Erfindung wird nun im folgenden anhand einiger spezieller Ausführungsbeispiele, die noch weitere Merkmale der
Erfindung zeigen, beschrieben. In der Zeichnung bedeuten!
Pig.l ein Blockdiagramm für einen integrierenden Summierer
gemäss der Erfindung,
Figo2 ein beispielsweises Schaltschema zur Barstellung
der Wirkungsweise des Stromkreises gemäss Pig·1,
Pig.3 ein teilweise schematisch dargestelltes Block- ~~" diagramm eines Pegeldetektors wie er in dem Stromkreis gemäss Pig.l verwendbar ist,
° Pig. 4 die Wirkungsweise eines !Teiles des Stromkreises
-a . nach Pig. 3,
^ . Pig.5 ein schematisches Diagramm eines Umkehrschalters»
ο
. wie er Im Stromkreis geinäss Pig.l verwendbar ist,
~* Pig.6 ein Blockdiagramm eines integrierenden Summierers
ähnlich wie in Pig.l,. Jedoch mit einer Einrichtung für Signaleingänge, die ihre Polarität ändernE
- 7
BAD ORiGSNAL
A 32 814 h
h - ta
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Pig0θ ein Blookdiagramm einer Abwandlung des Stromkreises gemäss Figo6„
In Fig.l ist ein integrierender Summierer dargestellt*
der Signaleingangeleitungen 10> 10', einen Umkehrachalter
11, einen Operationeintegrator 12-14» einen Pegelfühlstrom-*
kreis 15 und einen Zähler 16 hat»
12, einen stabilen Hochverstärker 13 und einen Rückkopplungekondensator 14 aufο Wenn ein Gleiohstromeignal E2
aufgedrückt wird, so baut sioh die Spannung an dem Kondensator 14 auf und stellt die Zeitintegration des Eingangssignaleβ dar· Der Verstärker ist bo gebaut, dass er Eingange signale beider Polaritäten annehmen kann und erzeugt
einen integrierten Ausgang £3» der sich bei entgegengesetzte»
Polarität des Eingangs E2 in entgegengesetzten Richtungen ändert. Derartige Operationeintegratoren sind im Rechnergebiet allgemein bekannt und eine weitere Besehreibung derselben let nicht erforderliche
Der SohwellwertfUhletromkreis 15 kann irgendeine geeignete
Form aufweisen und dient zur Bestimmung, wann das integrierte Signal E3 einen vorbestimmten ^. -?t oder Pegel in
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h «■ te
4oJuni 1963 - B
irgendeiner !Richtung erreicht <
> Beispielsweise kann er feste positive und negative Beaugsspannungen enthaltent die
mit dem Pegel des Signals B 3 verglichen werden und einen Ausgang E4 ergeben, wenn E3 den einen oder den anderen
der festgelegten Schwellwerte erreicht« Die weiter unten
"beschriebene Fig*2 zeigt einen besonderen» den Schwellwert
bestimmenden Stromkreis, der eine iiberschlagdiode verwendet, um die Besugswerte au bilden, wobei die Anordnung
derart ist, daes eine einzelne Übersehlagsdiode den
Schwellwert für beide Polaritäten festlegte
Der Ausgang E 4 des Pegelfühlstromkreises wird einem
Zähler 16 derart zugeführt, dass die Anzahl der Integrationengeeählt
werden kann, so dass sich die Summe über eine länge«
re Seitperiode ergibt· Der Ausgang E4 wird ferner über die
leitung 17 dem Umkehreehalter 11 augeführt, um den Sehalter
in seine entgegengesetzte Richtung umzuschalten, nachdem jede einzelne Integration bis zum Bezugsschwellwert durch«
geführt wurde»
In der Annahme, dass die Polarität des Eingangssignals an
den Leitern 10, 10· für mehrere Betätigungen des Sehaltere 11 gleich bleibt, wird der Kondensator 14 in einer Richtung
bis auf ein maxo Potential einer bestimmten Polarität aufgeladen, worauf dann der Schalter 11 umgekehrt wird und
die Kapazität in entgegengesetzter !Lichtung solange QeIaar:-.,
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h ~ ta
4oJuni 1963 ~ 9 -.
wird .,Me sie ein max» Potential entgegengesetzter Polarität
erreicht, wonach dann der Schwellwertschalter 11 erneut
ungekehrt wirdο Dae ständige Umkehren des aurc Integrator
führenden Signalpolaritätseingangs ergibt ein abwechselndes Laden der Kapazität auf alternierende Spitzenwert«
entgegengesetzter Polarität und hierdurch wird öor Kachteil der dielektrischen Absorption des Kondensators überwunden und ferner alle solchen Nachteile, die mit einem
raschen Entladen oder einem Kurzschluss einer Kapazität zusammenhängenο
Im folgenden wird auf Pig«.2a verwiesen« Ss sei angenommen?
daes das Eingangsgleichatromsignal £1 in diesem Beispiel
konstant und von positiver Polarität sei, wie durch die Linie lti angedeutet istο Dies bedeutet, dass die Leitung
10 ein konstantes positives Potential in Bezug auf die Leitung 10* hat. Die Linie 19 stellt das entsprechende
Signal £ 2 vom Schalter 11 zum Integrator 12-14 darο Pig»
2b zeigt den Ausgang S3 des Integrators mit Hilfe der Linie
20 und die Lage des Umkehrschalters 11 durch die gestrichelte Linie 21.
Ursprünglich ist der Eingang E2 zum Integrator unter der Annahme positiv, daes der Umkehrschalter in der Stellung für
diese Polarität sei«. Damit ändert sich der integrierte Ausgang E3 linear mit der Zeit in der einen Richtung, die hier
als negative Richtung angenommen ist, bis er dann den BAD ORIGINAL
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- 10 -
A 32 814 h h *= ta
4=Juni 1963 - 10 -
negativen tfrenawert 22 erreicht« der durch den SehvvcXlwert
fühlstroaikreia 15 bestimmt wircU Humnehr wird der So alter
11 betätigt,, um die Polarität von E 1 am Integrator vi umkehren» wie dies bei 215 angedeutet ist« Hierdurch virv
die Polarität von B28 wie bei 19° angedeutet, umgekehrt
Wenn E2 sioh in seiner Poltirität umkehrt, ändert sinn.
der Integratorauagang E3 linear mit der Zeit in entgegen
gesetzter Richtung, bis er dann den positiven Grenzwert 23 erreicht., Daraufhin wird der Schalter 11 erbeut
und der Vorgang wiederholt sich»
Jedesmal, wenn das integrierte Signal E3 seinen positiven
oder negativen Grenzwert erreicht, wird der Zähler 16 betätigto
Während einer bestimmten Zeitdauer ergibt damit der Zähler die Gesamtzahl der Integrationen zwischen den beiden
Grenzwerten an den damit den integrierten Wert des Eingangssignals
Bl0
Wenn das Eingangssignal El sich in seiner Grosse ändert, so
ändert aich die Zeit, die für den integrierten Ausgang E3
zur Änderung von einem urenawert zum andern erforderlich
ist, ebenfallsο Wenn daher E1 sich über den durch die Linie
18 dargestellten Wert erhöht, so ist die Zeit, die aur
Änderung von E3 auf den negativen Grenzwert 22 erforderlich
ist und ferner die Zeit bis aura positiven Grenzwert 23 kurzer3und die Zählung im Zähler 16 geht rascher vox*
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η - ta
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siehe Wenn B1 unterhalb der Linie 18 istt. so ändert
eich S3 zwischen diesen Grenzen langsamer und der Zähler
16 zählt dann langsamere Dies ist in Pig. 7 dar gestell te
wie weiter unten noch beschrieben wircU
Pig.3 zeigt einen Schwellw&rtfuhlstromkreis, der bei 15
in Figel verwendet werden kann«, Br weist einen Brücken-kreis
25 mit einer Durchsohlagdiode 36 auf und hat ferner
einen Belaetungswideretand 26, einen bi-ötabilen Multivibrator oder Plip-Flop-Stromkreis 27» sowie einen Verstärker 28.
Die DurchsohlagdioderibrUcke weist vier Halbleiterdioden
30, 31t 32, 33 auf, die, wie dargestellt, gepolt sind« Damit
sind die Dioden 30, 31 in Reihe zwischen der Eingangs« leitung 34 und der Ausgangsleitung 35f jedoch entgegengesetzt
gepolt. Die Dioden 32, 33 sind in ähnlicher Weise zwischen den Ein( angs- und Ausgangsleitungen angeordnet
und in Bezug aufeinander entgegengesetzt gepolt· Sie sind
auch entgegengesetzt in Bezug auf die Dioden 30, 31 gepoltο Zur Erzeugung der Integrationsgrenzen wird eine
Durohsc&agäiode 36, beispielsweise eine Zener-Diode, verwendet,
um die Integrationsirrenzen festaulegene Diese ist
an der Brückendiagonale angeschlossen, wobei ihre Kathode
mit der Verbindungsstelle der Kathoden der Dioden 30 und und ihre Anode mit der Verbindungsstelle der Anode der Diocls
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32 und 33 verbunden ist« Die Durchsohlagdiode 36 dient
dazu, um in einer eineigen Hiohtung einen Strompfad hohen Widerstandes für Potentiale unter dem Durchechlagpotential
su schaffen und oberhalb der Durohsohlagsgrenae einen Strompfad niedrigen Widerstandes* Er ist im allgemeinen ein ;,,,ri,v
Äquivalent zu einer in Reihe mit einer normalen Diode · -■·■
liegenden Batterie, wobei die Batteriespannung gleich dem
Durchsohlagspotential istο Die Wirkungsweise der Brücke
wird weiter unten näher beschriebene
Die Gesamtfunktion der Brücke besteht darin» dass sie eine
wesentliche Stromleitung nur bei Eingangspotentialen gestattet» die einen vorbestimmten Wert irgendeiner Polarität
übersteigen. Während des stromführenden Zuatandes erscheint
ein Ohm'scher Spannungsabfall entsprechender Polarität am
Wideretand 26, woduroh der Flip-Flop-Stromkreis 27 geschaltet wird, um so einen Ausgang zu erzeugen, der über
den Verstärker 28 verstärkt und dem Zähler 16 und dem Umkehrechalter 11 zugeführt wird (s.Fig.l)o
In Figo3 Bind an auegewählten Punkten zur Darstellung
der Wirkungsweise Wellenformen gezeigt. Bs wird angenommen,
dass ein Eingangssignal E3 der Leitung 34 ähnlich 20 der
Fig·2b iete Wenn der negative Grenzwert 22 erreicht ist,
so schlägt die Diode 36 durch,und es kann nun Strom durch den Widerstand 26 fHessen, wodurch ein negativer Impuls 57
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h - ta
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Minen Anfang nimmt« Dieser schaltet den flip-Plop-Strom»
kreie 27 In einen seiner stabilen Zustände, so dass sich
ein entsprechender Auegang ergibt, der bei 36 gezeigt ist»
Der Auegang 38 wird verstärkt und schaltet min den Umkehr»
schalter 11 in die bei 21' in Pig.2b gezeigte Stellung«
13Iu integrierte Signal beginnt sich nun in positiver
* Biohtung au ändern, die Durohachlagdiode 35 wird nioht
leitend und der Impuls.37 hört auf» .
Wenn die positive Grenze 23 erreicht ist, so wird die Diode 36 wieder stromführend, wodurch ein positiver Impuls
39 am Widerstand 26 eingeleitet wird« Hierdurch wird der Flip-Jlop-Stromkreia 27 in seinen entgegengesetzten Zustand
geschaltet, ao dass eich der bei 38· dargestellte Ausgang
ergibt. Hierdurch wird der Sohalter 11 umgekehrt und dor
Impuls 39 hört auf, worauf sich dann das Arbeitsspiel wiederholt.
aeigt die Wirkungsweise der Durchsohlagdiodenbrucke
im einzelnen. VIg.4a aeigt mit Hilfe von Pfeilen die
Klchtung dee Stromflusses durch die Dioden 30 und 33 in
Torwärtsrichtung und durch die Durohsohlagdiode 36 in
umgekehrter Sichtung, wenn dae an der Eingangsleitung 34
liegende Potential in Bezug auf Hasse positiv ist* Dieser
Stro« flieset durch den Belastungswiderstand 26 zur Masse»
Die Dioden 31 und 32 werden für ein Potential einer derarti-
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Ii - ta
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gen Polarität nicht stromführend, so dass die Durchschlagdiode daran gehindert wird, in Vorwärtsriohtungotromführend au werden. Wenn E+ das Durchschlagpotential der
JDurchsohlagdiode 36 Übersteigt, so tritt eine scharfe Zunahme dee Stromes ein, woduroh ein erheblicher Spannungsabfall am Widerstand 26 erzeugt wird und wodurch die Leitung 35 so stark positiv wird, dass der Plip-Plöp-Stromkreis
27 geschaltet wird0
Pig.4b zeigt die Richtung dee Stromflueses, wenn das
Potential der Singangeleitung 34 in Bezug auf Masse negativ ist» Xn diesem Fall flieset Strom von Masse über den Wideretand 26 und die Diode 31 in Vorwärtsrichtung, durch die
Durchachlagdiode 36 in umgekehrte Richtung und durch die
Diode 32 in Vorwärteriohtuug zur Eingangsleitung 34«
Wenn E- den Wert des Durchechlagpotentiale der Diode 36
übersteigt, so wird nun duroh den durch den Widerstand 26
fliessenden erhöhten Strom die Leitung 35 so negativ, dass
der Plip-ilop-StroraJcreie 27 in den andern Zustand geschaltet
wirdo
Pig.4c zeigt wie das wirksame Bezugspotential ER infolge
der Durchsohlagdiode den durch die Brücke in Punktion des
Potentials £ der Leitung 34 fliessenden Strom steuert» Wenn das Potential £ in irgendeiner Richtung gleich ER oder
grösaer ist, so wird ein grosser Strom erzeugt« Der unterhalb des !Durchschlage fliessende Strom ist normalerweise seh
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h - ta
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klein·
Oa die Durohsohlagdiode in genau der gleichen Weise bei der
Herstellung oder bei der Erzeugung des Bezugspotentiala
für beide Polaritäten des integrierten Signals arbeitet, so sind die Schwierigkeiten des Abgleichen vermieden,
wie sie beispielsweise bei getrennten Bezugsquellen auftreten.
Pig ο 5 zeigt den Umkehrschalterstroiakreis» der für den
Schalter 11 der Eig.l verwendet werden kann. Der Schalter
ist als doppelpuligee Doppeluraschaltrelaia dargestellt.
Sie Eingangaleitung 10 ist mit den Schalterkontakten 42,
44 verbunden und die RLn. angsleitung 10* ist an die Schalter«
kontakte 41« 45 angeschlossen. Wenn die Gruppenschalterarme 43t 46 in der dargestellten Lage sind, so ist die
Eingangsleitung 10 an Widerstand 12 des Integrators angeschlossen und die Leitung 10* liegt an Masse. Wenn die
Arme 43« 46 in die andere Stellung bewegt werden, so liegt die Leitung 10 an Masse und die Leitung 10* ist mit dem
<° Wideretand verbundene Ee wird angenommen, dass in den LeΙο
^ tungen 10, 10* ein nicht an Hasse liegender oder schwimmen-
_> der Eingang vorhanden ist, wie dies für den Fachmann ohne
° weiteres klar ist»
cn
cn
Das Relais 11 kann eine Pedervorapannung haben, oder polarisiert sein uswo und awar entsprechend der Art des Ausgangs»
,,- BAD ORIGINAL
A 32 814 h
h - ta
4cJuni 1965 « 16 -
der durch den Sehwellwertftihls.tromkreie 15 erzeugt wirdo
Venn der SchwellwertfUhlstromkreis Ausgänge von nur einer Polarität erzeuge, beispielsweise nur positive« die
durch Null-Ausgangspotentiale unterbrochen sind? dann kann ein federvorgeepanntes Relais verwendet werden« Sin
solches Relais kehrt sich von seinem vorgespannten Zustand
um» wenn ein positiver Ausgang durch Betätigung' der Spule 47 vom Sehwellwertfithlst rom/empfangen wird« Wenn der
8chwellwertfühlstromkreis derart iat, dass er. aufeinanderfolgende positive und negative Ausgänge in Bezug auf Masse
hat« dann.kann das Relais 11 polarisiert sein, um sich
dann entsprechend der Polarität des durch die Spule 47 hindurohfliessenden Stromes umzukehren,
Sie in.der Anordnung gern· Figol vorhandenen Parameter ...
können so gewählt werden, dass sie den Anforderungen dee betreffenden Anwendungsfalles entsprechen«, Damit kann
also eine Verstärkung verwendet werden, um das Eingangssignal auf eine für die Integration erforderliche Ruhe
»neuheben» und ferner auch, um die Xntegrationezeitkonetante und die ausgewählten Bezugsschwellwerte anzuheben, so
daes eine zwischen den Grenzwerten vorgenommene Integration die für die Summierung gewünschte Gröaae darstelltο
PUr Schalter 11 ist ein rasches Umschalten erwünscht,
so dass die beim Umschalten verlorene Integrationszeit im 909811/0591 -I7-
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4.Juni 1963 - 17
Vergleich zur Integrationsperiode klein ist» Pur relativ
konstante Werte des Singangesignals genügen kleine Änderungen in der Kalibrierung, um irgendeinen Schaltfehler
stt einer Wirkung zweiter Ordnung zu macheno Zwar sind spulen*-
betätigte Relais in der Praxis im allgemeinen befriedi*-
gend, dooh können, wenn ein schnelleres Schalten erwünscht ist, auch eXektronisoheSchaltstronucreise benützt wer et en o
fttr hohe Genauigkeit ist ein Kondensator 14 hoher Qualität
und ein stabiler Widerstand 12 erwünscht, und sie können in einem Thermostaten angeordnet werden, so dass sie gegen
gröesere Wäraeversohiebungen geschützt sind. Auch kann
eine gewisse Wärmeverschiebung oder eine Null-Versetzung bei der Integration auftreten· Da derartige Null-Versetzungen
die Integration in einer Richtung zwischen den vorbestimmten Grenzen beschleunigt und die Integration in der
entgegengesetzten Richtung etwas verlangsamt, so heben sich die Wirkungen sun grossen Teil auf, und es kann mathematisch
dargelegt oder bewiesen werden, dass sich hieraus imr insgesamt
eine Wirkung zweiter Ordnung ergibt. Infolgedessen wurden bereite Genauigkeiten von der Grössenordnung von
0,01% in der Praxis erreicht.
flg.6 zeigt eine Abwandlung des Stromkreises gemäss J?ig«l,
die zur Verwendung bei Eingangssignalen geeignet ist, deren Polarität sich umkehren kann, um anzuzeigen, dass die
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h - ta
4«Juni 1963 - 18 -
Strömung in entgegengesetzter Richtung flieset usw«
Zwischen dem Umkehrschalter 11 und den Eingangsleitungen 10, lüf ist ein zweiter UmJcehrschalter 50 angeordnete Durch
einen UmkehrflussignalfHaler 51, dessen Eingangsleitungen
mit den leitungen 10, 10· verbunden sind, wird ein Ausgangssignal
erzeugt, wenn die Polarität des Signaleinganga sich
umkehrt ρ Das Ausgangs signal an der Leitung 53 wird verwendet,
um den zweiten Umkehrachalter 50 zu betätigen» Da eich der Schalter 50 beim Umkehren der Eingangssignal- .
Polarität umkehrt, so bleibt die Polarität des Signale El * für den Schalter 11 umgeändert.
Zwischen dem Ausgang des Schwellwertfühlstromkreises
und dem Zählerl6 1st ein Schalter 52 zur Steuerung der
Zählrichtung angeordnet« Der Schalter 52 wird durch den Ausgang des Polaritätsfühlers 51 in der Leitung 54 gesteuert
und gibt den Ausgang desSchwellwcrtfühlstromkreises
15 an die eine oder die andere der !leitungen 55, 56 weitere
Der Zähler 16 ist so ausgebildet, dass er für die beispielsweise über Leitung 55 ankommenden Signale aufwärts zählt und
für Signale der Leitung 56 abwärts· Geeignete Zählerkonstruktionen
sind an eich bekannt, und es können mechanische oder elektrische Zähleyverwendet werden, wie sie für den
besonderen Fall am günstigsten sind» Ein häufig und viel.
fach benutzter Zähler hat ein Paar von Elektromagneten,die
zum Antrieb eines Zahnrads betätigt werden können, und zwar
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jeweils um eine Zählung je Betätigung in entgegengesetzten
Sichtungen.
?ig.7a aeigt einen hypothetischen Signaleingang 61 an den
Leitungen 10, 10' der FlG·6 in. Funktion der Zeito Pig»7b
eeigt einen Aü&gang 62 vom Integrator 12-14 für dieses
Signal« Linke von Punkt63 hat das Eingangssignal eine
positive Polarität und das integrierte Signal 62 ändert sich in entgegengesetzten Richtungen »wischen den Grenzen
64 und 65 infolge der Wirkung des Sohwellwertfühlstromkreises 15 und dee Unkehrsohalters H9 wie oben des näheren
erklärt· Die Keit, die erforderlich ist, um von elnerGrenze
bis eur anderen «u gelangen, hängt von der Grease des
Bingangeeignals ab, wie dies ohne weiteres verständlich ist.
Ab Funkt 63 ändert das Eingangssignal 61 die Polarität, doch bleibt die dann vorhandene Richtung der Integration
infolge der Umkehrung des Schalters 50 erhalten, bis dann das integrierte Signal die entsprechende Grenze erreicht« Wie hierpargestellt, findet die Integration in
negativer Richtung in dem Zeitpunkt statt, in dem das Eingangssignal seine Polarität ändert und diese Integration
wird dann solange fortgesetzt, bis die untere Grense bei Punkt 66 erreicht istο Durch die Umkehrung des Schalters
11 wird dann die Richtung der Integration geändert«
RAD
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Bei Punkt 63 wird der Schalter f)2 betätigt, um die
Zählrichtung, trie oben erklärt, umzukehren. Es sei bemerkt, dass ein kleiner Fehler vorhanden sein kann,
wenn dae Eingangssignal seine Polarität umkehrt. Dieser
Fehler ist in den meisten praktischen Anwendungen vernachlässigbar klein. Wenn dies jedoch nicht zulässig ist, kann
er dadurch reduziert werden, dass zwischen den Grenzen eine raschere Integration benutzt wird, da der Fehler, eine
derartige Integration nicht übersteigen wird, d.h. der · Fehler übersteigt eine Zählung nicht, und ee kann die
durch eine Zählung dargestellte Menge so klein gemacht werden, daee der Fehler vernaohlässigbar ist« .,.,"'
Ale Fühler 51 ist ein empfindliches, auf Polarität anapreehendes Beiais erwünscht, da es erforderlich seirikann, dass
es in der Nähe einer Hull-Amplitude arbeitet oder es kann eine ßleiohetromverstärkung verwendet werden, wenn ein
weniger empfindlichesRelais benützt wird« Venn das Eingangssignal klein ist, können kleine Fehler beim Schalten nooh
erträgltoh sein, da sie wenig für die Gesamteummierung ausmachen·
In der Einrichtung gemüse Fig.6 ist bei der Wirkungsweise
des Schwellwer/tfühlstromkreises und der Steuerung des
Schalters 11 angenommen, dass der Schalter 11 ständig in
eine bestimate $age schaltet, wenn die positive Integrations-
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gren*e erreicht 1st und dann in die andere Schaltung bewegt wird, wenn die negative Grenze erreicht isto Dies
Hürde auch auf den besonderen üohwellwertfühlstromicreie
genäse VIg*3 srotreffen und auch auf die Schaltanordnung
genäse Fig.5. Infolgedessen wird der zusätzliche Umkehr»
eohalter 50 so verwendet» dass das dem Schalter 11 aufgedrückte Signal stets die gleiche Polarität hat. Bs ist
auoh möglich, die Steuerung des Schalters 11 so anzuordnen, dass Eingangssignale irgendeiner Polarität aufgedrückt
werden können. Blne solche Anordnung ist in Pig.8 dargestellt·
In dieser 71g.8 enthält der Schwellwertfühlsetromkreis
eine Durohsohlagdiodenbrücke 25 entsprechend der in ¥ig.3
dargestelltenα Sie von der Brücken kommenden positiven
und negativen AusgangBimpulse werden dann bei 71 gleichgerichtet, un Ausgangsirapulse einer Polarität zu erzeugen,
ohne RUoksicht auf die Polarität der Eingangaimpulae, Der
Hip-Hop 72 stellt einen bl-staoilen Multivibrator 3ar,
der geeignet ist, nacheinander entsprechend aufeinanderfolgenden Eingangsimpulsen der gleichen Polarität von
einem Zustand in den andern Zustand zu schalten, und kann beispielsweise ein Eccles-Jordan Stromkreis sein. Damit wird
der ünkehreohalter 11 in die entgegengesetzte Stellung bei
jeden Auftreten eines Grenzwertsignals von der Brücke 25
umgeschaltet, gleichgültig, ob das Signal positiv oder
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negatig ist» Bei dieeer Art einer Steuerung dea Umkehrechalters
11 ist ee nicht notwendig» einen ausätzliehen U^kehrechalter zu verwenden, der dann Änderungen der
Eingangesignalpolarität aufhebt. Xn PIg0S wird damit
das Eingangssignal unmittelbar an den Schalter 11 gelegte
Die in Pig,7 angegebene gestrichelte linie 73 erklärt die
Wirkungsweise der Pig»öe Wiihrond das Eingänge signal eine
bestimmte Polarität linke vom Punkt 63 hat, ist die Arbeitsweise
die gleiche wie in Figo6« Wenn da« Eingangssignal
seine Polarität bei Punjct 63 um&ehrt, so bleibt
der Vmkehreohalter 11 ungeändert und damit kehrt das
Signalpotential am Integrator 12- 14 .um» Damit wird die
Richtung des integrierten Ausgangs umgekehrt bis dann die obere Grenze bei Punkt 74 erreicht iet· An dieeem
Punkt betätigt das örenzwertßignal von der Brücke 25 den
Umkehrsohalter 11 wie oben beschrieben· Die Wirkungsweise
setzt eich dann £ü> um negativen ieil desEingangssignale
in der gleichen Weise wie in Figo 6 fort ο
Bei vielen Anwendungen kann entweder die Anordnung gemäss
Fig.6 oder gemäse Fig«8 ohne bedeutsamen Unterschied im
Gesamtresultat verwendet werden. Bei bestimmten Anwendungen xann jedoch die eine oder die andere bevorzugt werden»
■ - 23 - BAD
S0 9811/0591
Claims (4)
- A 32 8l4 ηPatentansprüche:/l.\lntegratiansummierer für ein GleichetromBignal» gekenn» seichnet durch einen ersten Polaiitataumkehrschalter,ilen das ßleichatromslgnal dem Eingang eines Integrationsstromkreises, dessen Ausgang sich in seiner Richtung entsprechend der jeweiligen Polarität desen BingangBBignalea ändert) zuleitbar ist, eizymit dem Auegangesignal des IntegrationeetromkreieeB beaufschlagbaren Sohwellwertstromkreisi der immer dann als Ausgang ein Schwellwerteignal erzeugt« wenn das Auegangssignal dee Integrationeetromkreiaee in beiden Richtungen je einen Torbestimmten Sohwellwert erreicht oder überschreitet, Ansprechmittel, die In Gefolge eines jeden Brecheinen eines Sohwellwertelgnales den ersten Polaritätsumkehrsohalter umschalten, und eine Zählvorrichtung bus Zählen der Anzahl der wischen den Sohwellwerten durchgeführten Integrationen·
- 2. Xntegrationesummierer nach Anspruch 1, dadurch' gekennseichnet« dass die Schwellwerte in beiden Richtungen Ale gleiche absolute Höhe aufweisen«
- 3. IntegrationsBummierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühletromkreie »um Fühlen der Polarität des au summierenden GieichstromsignaleB und»um entsprechenden Umkehren der Zählung vorgesehen ist* 909811/0591- 24 - BAD
- 4.Juni 1963 - 24 -4ο IntegrationsSummierer nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrung der Zählung durch Umschaltung der Zählvorrichtung bewirkbar ist«5a Integrationssummierer nach einem der vorhergehenden Ansprüchet dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichstromsignal dem.ersten Foläritätsumkehrschalter über einen zweiten Umkehrschalter zuführt)ar ist, der über den . Fühlstromkreis im Gefolge einer Polaritätsumkehr des Gleichstromsignalee umschaltbar ist»6* Integrationssummierer nach einem der vorhergehenden -Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellvrertstromkreis eine Diodenbrücke aufweist» an deren eine Diagonale ein Eingangestromkreie und ein eine Lastimpedana aufweisender Ausgangsetromkreis angeschaltet ist, während die andere Brückendiagonalθ eine Durchbruchdiode aufweist und dass die die Brücke bildenfen Dioden so gepolt sind, dass unabhängig von der Polarität des an der Brücke liegenden Eingangssignalee die Durchbruchdiode nur in Durohbruchriohtung mit Strom beaufeohlagbar istoBAD ORiGiNAL90981 1/0591
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0
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- 1963-06-05 DE DE19631448914 patent/DE1448914A1/de active Pending
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