DE2049133A1 - Schaltungsanordnung zur Messung von Impulsen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Messung von Impulsen

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DE2049133A1 DE19702049133 DE2049133A DE2049133A1 DE 2049133 A1 DE2049133 A1 DE 2049133A1 DE 19702049133 DE19702049133 DE 19702049133 DE 2049133 A DE2049133 A DE 2049133A DE 2049133 A1 DE2049133 A1 DE 2049133A1
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Description

1.10.1970 Lr/Bo -
Anlage zur
Pat entanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart
Schaltungsanordnung zur Messung von Impulsen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung der Impulsdauer eines elektrischen Impulses in -einen proportionalen Strom "bzw. eine proportionale Spannung, "bei welcher ein Kondensator während des Impulses mit konstantem Strom geladen wird und nach Impulsende auf der erreichten Speicherspannung gehalten wird.
Derartige Meßeinrichtungen werden vor allem zur Einstellung und zur Kontrolle von elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzanlagen benötigt, die mit praktisch konstantem Kraft-
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stoffdruck arbeiten und durch Impulse betätigbare, elektromagnetische Einspritzventile haben, bei welchen die abgespritzte Kraftstoffmenge durch die Impulsdauer bestimmt wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau einfache, jedoch genau arbeitende Anordnung zu schaffen, mit welcher auch Einzelimpulse erfaßt werden können. ~
Die Erfindung geht von dem bekannten Prinzip der Linearaufladung eines Kondensators während der Impulszeit aus. Bei diesem Meßverfahren wird nach dem Impulsende die am Kondensator erreichte Speieherspannung abgetastet. Grundsätzlich kann zwar von der Impulszeit t = O beginnend der Kondensator auf eine der Impulsdauer proportionale Spannung aufgeladen werden, wobei die Anfangεspannung jeweils = 0 ist. Dies würde es jedoch notwendig machen, daß die Schaltungsanordnung für die Abtastung einen scharfen Kennlinienknick. beim Span— , nungswert Null aufweist, der sich jedoch mit elektronischen Bauteilen nur bei großem Aufwand erreichen läßt. Um diese Schwierigkeit zu umgehen und einen linearen Zusammenhang zwischen Impulsdauer und dem zu ihr proportionalen Strom zu erzwingen, ist die Anordnung erfindungsgemäß derart getroffen, daß der Ladevorgang des Kondensators um eine fest eingestelle Verzögerungszeit gegenüber den Impulsbeginn später einsetzt und daß der Kondensator bis zum Beginn des Ladevorgangs auf einer Anfangsspannung gehalten wird, welche der eingestellten VerzÖgerungsz-eit entspricht. Auf diese Weise wird vermieden, daß für die Abtastschaltung ein scharfer Über-*
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gang von absolutem Sperren zu exakt proportionaler Stromlieferung gefordert werden muß. In Weiterbildung der Erfindung kann für aufeinanderfolgende, zu einer Impulsreihe gehörende Impulse vorgesehen werden, daß die Impulse abwechslungsweise den Ladevorgang an einem von zwei Kondensatoren steuern. Hierzu kann vorteilhaft ein bistabiler, elektronischer Umschalter vorgesehen sein, der zwei zueinander entgegengesetzt polarisierte Ausgänge hat,-von denen der eine über ein erstes UND-Glied mit der Ladeeinrichtung des ersten Kondensators und über ein drittes UND-Glied mit einer diesem Kondensator zugeordneten Entladeeinrichtung verbunden ist, während der andere Ausgang über ein zweites UND-Glied mit der Ladeeinrichtung und über ein viertes UND-Glied mit der Entladeeinrichtung des zweiten Kondensators verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, während eines gerade laufenden Impulses die Ladung an einem der Kondensatoren durchzuführen, während gleichzeitig die Abtastung und Anzeige der während des vorausgegangenen Impulses erreichten Speieherspannung am anderen Kondensator erfolgt. Um mit Kondensatoren auskommen zu können, die nur verhältnismäßig kleine Kapazitätswerte aufweisen, ist es erforderlich, daß die Abtasteinrichtung den Kondensator während des Abtastvorganges möglichst wenig belastet und daher einen sehr hochohmigen Eingangswiderstand hat. Dies läßt sich in einfacher V/eise dadurch erreichen, daß der zur Abtastung verwendete, mit seiner Basis an den Kondensator angeschlossene Transistor als Emitterfolger - insbesondere in Darlington-Schaltung - betrieben wird. Wenn in der oben angegebenen Weise ein Umschalter vorgesehen ist, kann
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mit den beiden Ausgängen des Umschalters je ein zur Abtastung zur Speieherspannung dienender Transistor verbunden sein.
Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung 'dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Messung der Impulsdauer, .
Fig. 2 ein Schaubild zur Erklärung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und
Fig. 3 einen Schaltplan für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Die dargestellte Schaltungsanordnung dient zur Messung der Impulsdauer von Impulsen, die in unregelmäßigen zeitlichen Abständen aufeinander folgen können, und dient dazu, einen zur Impulsdauer proportionalen Strom bereitzustellen, der in einem als Zeigerinstrument ausgebildeten Miüfiamperemeter 10 angezeigt v;erden kann. Als wesentliche Hauptteile umfaßt die Schaltungsanordnung zwei im Blockschaltbild nach Fig. 1 bei 11 und 12 angedeutete Speicherkondensatoren, welche jeweils während der Dauer eines zu messenden Impulses mit einem konstanten Strom geladen werden. Im Verlauf dieses Ladevorgangs steigt die durch Speicherung der Ladung entstehende Spannung
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U an den Kondensatoren auf einen zur Impulsdauer proportionalen Speicherwert an, so daß nach Impulsende der erreichte Spannungswert abgetastet werden kann. Hierzu ist für jeden der beiden Speicherkondensatoren 11 und 12 ein Abtasttransistor T^ bzw. Tp vorgesehen; diese sind mit ihren Kollektoren an das Zeigerinstrument 10 angeschlossen und werden zur " Erzielung eines möglichst hochohmigen Belastungswiderstandes für die beiden Kondensatoren in Emitter-Polger-Schaltung betrieben. Die in ihren Emitterzuleitungen liegenden Emitterwiderstände sind in ihrem Wert einstellbar und tragen in Fig. 1 und Fig. 3 die Bezugszeichen Rv und Rp. Besonders zweckmäßig ist es, bei der praktischen Ausführung die beiden Abtasttransistoren T1 und T2 durch Feldeffekttransistoren oder in der in Fig. 3 angedeuteten Weise durch je zwei in einer Darlingtonschaltung miteinander verbundennpn-Transistören zu realisieren.
Da die Stromspannungskennlinien von elektronischen Bauelemen- ά ten beim Übergang vom Sperrzustand zum stromleitenden Zustand keinen scharfen Knick aufweisen, sondern einen stetigen übergang haben, ist bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Anordnung so getroffen, daß die Abtasttransistoren T^ und Tp nur innerhalb ihres linearen Kennlinienbereichs betrieben werden.
Hierzu enthält die Schaltungsanordnung im Einzelnen gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ein Differenzierglied 15» einen monostabilen Multivibrator 20, eine Impulssubtraktions-
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30 und eine dieser nachgeschaltete Umkehrstrufe 38 sovie einen bistabilen Multivibrator 4-0, welcher bewirkt, daß die nacheinander eintreffenden Impulse einer Impulsreihe abwechslungsweise an einem der Kondensatoren 11 und 12 einen Ladevorgang auslösen und daß jeweils diejenige Abtastein- ^ richtung eingeschaltet wird, welche zu dem von dem vorausgegangenen Impuls geladenen Kondensator gehört.
Da die Kondensatoren vor dem nächstfolgenden Ladevorgang nach dem Hauptgedanken der Erfindung bis auf eine festgelegte Restspannung entladen werden sollen, ist jedem der Kondensatoren eine Entladeeinrichtung zugeordnet. Um die Lade- und Entladevorgänge mit Hilfe des gemeinsamen bistabilen Multivibrators 40 durchführen zu können, ist jedem der beiden Kondensatoren ein Paar von UND-Gliedern 60 und 80 bzw. 70 und 90 zugeordnet. Außerdem sind am monostabilen Multivibrator 4-0 zwei zueinander jeweils entgegengesetzt polarisierte Ausgänge A^ und A2 vorgesehen, von weichen der ψ Ausgang Ax, über das erste UND-Glied 60 mit der Ladeeinrichtung Ly, des ersten Kondensa-tors 11 und über das dritte UND-Glied 80 mit einer diesem Kondensator zugeordneten Entladeeinrichtung D,. verbunden ist. Der andere Ausgang Ag des häufig auch als Flip-Flop bezeichneten bistabilen Multivibrators 4-0 steht über das zweite UND-Glied70 mit der Ladeeinrichtung L2 und über das vierte UND-Glied 90 mit der Entladeeinrichtung D0 des zweiten Kondensators 12 in Verbindung.
C.
Im einzelnen ist die Schaltungsanordnung nach dem in Fig. dargestellten Schaltplan folgendermaßen aufgebaut:
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Der zu messende Impuls "bzw. die zu messenden Impulse J νerden zunächst der Differenzierstufe 15 zugeführt, welche aus einem Koppelkondensator .16 von kleiner Kapazität zwei Spannungsteilerwiderständen 17 und 18 sowie einer Diode besteht. Diese Diode liegt an der Basis des zum monostabilen Multivibrators 20 gehörenden Eingangstransistors 21. Der monostabile Multivibrator ist dazu bestimmt, die eingangs erwähnte, gleichzeitig mit einem zu messenden Impuls J beginnende Verzögerungszeit t zu liefern. Er enthält außerdem einen Austang>stransistor 22, der mit seiner Basis über einen Widerstand 23 an den Kollektor des Eingangstransistors 21 und einen von dort zur gemeinsamen Plus-Leitung 25 führenden Widerstand 24 angeschlossen ist. Vom Kollektorwiderstand 26 des Ausgangstransistors 22 führt ein Kondensator 27» der zusammen mit einem den Eingangstransistor 21 im Ruhezustand stromleitend haltenden Basiswiderstand 28 als Zeitglied wirkt und die Dauer t der Verzögerungszeit bestimmt, zur Basis des Eingangstransistors 21. Sobald einer der zu messenden Impulse J beginnt, wird der Eingangstransistor 21 gesperrt und der Ausgangstransistor 22 stromleitend, wobei die auf'dem Kondensator 2? sitzende elektrische Ladung den Eingangntransistor für die Dauer eines Verzögerungsimpulses J der Dauer t gesperrt hält, um welche die Impulsdauer t. des zu messenden Impulses "verkürzt wird. Dies geschieht dadurch, daß sowohl der Kollektor des Eingangstransistors 21 als auch die Eingangselektrode des Koppelkondensators 16 über je eine von zwei.Dioden 31 und 32 mit der Basis eines zur Impulssubtraktionsstufe 30 gehörenden Transistors
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34 verbunden sind, dessen Basis mit der gemeinsamen Minusleitung 35 durch einen Basisableitwiderstand 36 und dessen Kollektor mit der gemeinsamen Plusleitung 25 ü"ber einen Kollektorwiderstand 37 verbunden ist.
Der Transistor 3^ kann nur während derjenigen Zeit im ψ Sperrzustand gehalten werden, während welcher sowohl die Eingangselektrode des Koppelkondensators 16.,durch den zu messenden Impuls J auf Minuspotential gehalten wird als auch der Kollektor des Eingangstransistors nahezu auf Minuspotential liegt. Dies ist in Fig. 2 durch den Liniensug P 21, welcher den Verlauf des Kollektorpotentials des Transistors 21 wiedergibt, verdeutlicht. Solange der Transistor 21 gesperrt ist, "befindet sich sein Kollektor auf Plus-Potential. Erst bei der Rückkehr des monostabilen Multivibrators 20 in seinen.stabilen Ausgangszustand kann der zur Subtraktionsstufe 30 gehörende Transistor 34 gesperrt werden. Dies geschieht nach Fig. 3 in dem um die Verzögerungszeit t später ^ als der Anfangszeitpunkt t,, liegenden Zeitpunkt t^ für einen ersten in Fig. 3 bei Jx, angedeuteten, zu messenden Impuls. Mit Beginn des im Zeitpunkt t, einsetzenden Restimpulses J^0 wird der bistabile, als VJechselschalteinrichtung dienende Multivibrator 40 in seine- entgegengesetzte Betriebslage umgeschaltet.
Im einzelnen enthält der bistabile Multivibrator 40 einen ersten Transistor 41 vom npn-Typ und einen gleichartigen zweiten Transistor 5"N der sich stets in einem zum ersten Transistor entgegengesetzten Leitungszustand befindet. Die
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Basen der beiden Transistoren sind je über einen Widerstand 44 bzw. 54- mit der Minusleitung 35 verbunden. Der Kollektor des ersten Transistors 41 ist über einen Widerstand 47 an die Plusleitung 25 angeschlossen. Er bildet gleichzeitig den zweiten Ausgang A 2 des bistabilen Multivibrators und steht außerdem über einen Widerstand 58 und i eine Diode 56 mit der Basis des zweiten Transistors 51 in Verbindung. Der Kollektor des' zweiten Transistors 21 hingegen bildet den ersten Ausgang A 1 der Wechselschalteinrichtung und steht mit der Plusleitung 25 über einen Widerstand 27 und außerdem mit der Basis des ersten Transistors 41 über einen Widerstand 48 und eine Diode 46 in Verbindung. Der symmetrische Aufbau des Multivibrators wird ergänzt durch zwei gleich große Koppelkondensatoren 43 und 43', die beide mit einer ihrer Elektroden an den Kollektor des Transistors 34 der Subtraktionsstufe 30 angeschlossen sind. Die andere Elektrode des Kondensators 43 steht mit dem Kollektor des ersten Transistors 41 über einen Widerstand 42 und mit dessen Basisseite über eine Diode 45 in Verbindung, " deren Anode an die Anode der Diode 46 und an den Rück-Kopplungswiderstand 48 angeschlossen ist.'In gleicher Weise ist die zweite Elektrode des Koppelkondensators 43 mit dem ' Kollektor des zweiten Transistors 51 über einen Widerstand 52 und mit der Basisseite dieses Transistors über eine Diode 55 verbunden, deren Anode an die Anode der Diode 56 und an den Rückkopplungswiderstand 58 angeschlossen ist. Zur Sicherstellung einer definierten Ausgangslage liegt
.zwischen der Basis des Transistors 41 und der Basis des Transistors 51 die Reihenschaltung aus einem Widerstand 59
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und einem Kondensator 53·
Bis zum Zeitpunkt t^ ist das Potential P 38 am Ausgang der Umkehrstufe 38 (Kollektorpotential des Umkehrtransistors 38) positiv, so daß der Transistor 61 des ersten UND-Gliedes fc über die Diode 67 stromleitend gehalten wird und der vom Ladetransistor 111 gelieferte und in seiner Höhe am Widerstand 112 eingestelle Ladestrom am Speicherkondensator 11 vorbeigeleitet wird. Im Zeitpunkt t^ wird die Ladung dadurch eingeleitet, daß der UND-Transistor 61 gesperrt wird und demzufolge der Ladestrom über die Diode 113 zu der mit der Abtasteinrichtung T1 verbundenen Elektrode des Speicherkondensators 11 gelangen kann. Der Ladestrom ist konstant und erzeugt daher eine linear mit der Dauer des Impulses J.Q ansteigende Spannung U ,, die beim Ende des Impulses im Zeitpunkt- tp den Wert U. erreicht.
Um diesen VJert anzeigen zu können, wird im Zeitpunkt tp die Ψ Abtasteinrichtung T 1 eingeschaltet. In diesem Zeitpunkt wird nämlich der erste Transistor 4-1 der Umschalteinrichtung 40 stromleitend, wie in Fig. 2 die Kurve für das auf Null zurückgehende Potential am zweiten Ausgang A 2 zeigt.
Über das Anzeige—instrument 10 und die beiden in Darlington-Schaltung verbundenen Transistoren der Abtastvorrichtung T^ kann demzufolge ein den Widerstand R 1 und den ersten Transistor 4-1 durchfließender Strom geführt werdön, der proportional zu der Spannung U 1 am Kondensator 11 ist. Dise Span-
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nung bleibt praktisch während der Messung konstant, weil■ der Anzeigestrom den Speicher-kondensator 11 praktisch nicht belastet. Die Abtastung und die Anzeige erfolgen so lange, bis in dem in Fig. 2 bei tg angedeuteten Ende des nächsten au messender: Impulses J^ die Umschaltung der Anzeigevorrichtung 10 auf die andere, dem zweiten Speicherkondensator 12 zugeordnete Schaltungsliälfte erfolgt. Da im Zeitpunkt tr der erste Ausgang A 1 der Umschalteinrichtung 40 das Potential der Minusleitung 35 annimmt, kann der UND-Traneistör 81 des dritten UND-Gliedes 80 in diesem Zeitpunkt gesperrt und der seither gesperrte Ladetransistör 101 stromleitend gemacht werden. Die Entladung des Speicherkondensators 11 kann dann sehr rasch über die in dieser Richtung stromleitende Diode 114 und die Kollektor-Emitterstrecke des Entladetransistors 101 bis auf den Spannungswert U erfolgen, welcher durch das Verhältnis der beiden Widerstände 105 und '107 festgelegt ist. Diese von Null verschiedene Restspannung wird bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs am Speicherkondensator 11 beibehalten und ist so groß gewählt, daß sie der Dauer des Verzögerungsimpulses J ent spri cht.
Um während des bis zum Zeitpunkt tg reichenden Sperrzustandes des Endladetransistors 101 mit Sicherheit zu vermeiden, daß der Speicherkondensator 11 über den einstellbaren Widerstand 105 Ladung aufnehmen kann, ist zusätzlich zwischen diesem Widerstand und dem Kollektor des Transistors 81, der sich jeweils in einem zum Transistor 101 entgegengesetzten Leitungszustand befindet, eine Diode 108 vorge-
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sehen, mit welcher der Verbindungspunkt der Diode 1·06 und des Widerstandes 105 von dem UND-Transistor 81 bei gesperrtem Endladetransistor 101 auf Minuspotential gehalten wird. - ·
Gemäß dem vorher bereits erwähnten symmetrischen Aufbau ^ für den zweiten Speicherkondensator 12 enthält das zu Ψ diesem Kondensator gehörende zweite UND-Glied 70 einen Kollektorwiderstand 72, einen' Basis-Ableitwiderstand 74-sowie einen mit den beiden Eingangsdioden 76 und 77 verbundenen und von diesen zur Basis des Transistors 71 führenden Widerstand 75· Die Diode 76 liegt am"zweiten Ausgang A 2 der Wechselschalteinrichtung 40, wohingegen die Diode 77 mit dem Kollektor des Umkehrtransistors verbunden ist. Der Transistor 71 wird über eine dieser beiden Dioden bis zu' dem in Zeitpunkt t^ erfolgenden Ende des Verzögerungsimpulses J , der gleichzeitig mit dem nächsten zu messenden Impuls J~ ausgelöst wurde, in seinem Sperrzustand gebracht und ermöglichst es dann, daß der zur fc Ladeeinrichtung L 2 gehörende Ladetransistor 121 einen Ladestrom in den Kondensator 12 liefern kann. Während des zu dem zu messenden Impuls Jq gehörenden Restimpulses Jp0 steigt demzufolge die Spannung am Kondensator 12 linear bis zu dem im Zeitpunkt tg erfolgenden Impulsende auf eine Speicher- * spannung Up an, welche wesentlich niedriger ist als die bei der Messung des ersten Impulses J 1 erzeugt© Kondensatorspannung U 1. Diese Spannung wird von der Tasteinrichtung T 2 abgegriffen und erzeugt dann einen in Fig. 2 mit bezeichneten, zu dieser Spannung proportionalen Strom,
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welcher von dem Anzeigeinstrument 10 solange angezeigt wird, bis dieses in der vorher beschriebenen Weise am Ende des dritten Messimpulses J^ im Zeitpunkt tq auf den ersten Kondensator 11 zurückgeschaltet wird.
Der besondere Vorteil der beschriebenen Messanordnung besteht darin, daß jeder einzelne Impuls mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann und.daß für die Ablesung der einzelnen Impulse genügend lange Zeit' zur Verfügung steht. Besonders bei der Justierung von elektronisch gesteuerten Einspritz-Anlagen ist eine solche Arbeitsweise von besonderem Vorteil, weil dort zu festgelegten Betriebsbedingungen, beispielsweise zu festgelegten Werten des Drucks im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine Impulse von vorgegebener zeitlicher Dauer eingestellt werden müssen, wobei die Auslösung der einzelnen Impulse während der Abgleicharbeiten in das Belieben des jeweiligen Prüfers gestellt werden kann, so daß dieser sich lediglich zur Ablesung des Anzeigenistruments mit der Messanordnung zu beschäftigen braucht.
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Claims (1)

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    Ansprüche
    ί1.!Schaltungsanordnung zur Umwandlung der Impulsdauer eines elektrischen Impulses in einen proportionalen Strom bzw.eine proportionale Spannung, bei welcher .ein Kondensator während des Impulses mit konstantem Strom geladen wird und nach Impulsende auf der erreichten Speicherspannung gehalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladevorgang des Kondensators (11,12) um eine fest eingestellte Verzögerungszeit (t ) gegenüber dem Impulsbeginn (t^, te, tn ..) später einsetzt und daß der Kondensator bis zum Beginn des Ladeyorgangs auf einer Anfangsspannung (U ·)· gehalten wird, welche der Verzögerungszeit (t ) entspricht.
    2. Anordnung nach Anspruch 1 für aufeinanderfolgende Impulse. dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (J^,Jp,J7) abwechslungsweise den Ladevorgang an einem von zwei Kondensatoren (11,12) steuern.
    5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein bistabiler elektronischer Umschalter (4-0) vorgesehen ist, :er zwei zueinander entgegengesetzt polarisierte Aus-
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    gange (A., Ap) hat, von denen der eine über ein erstes UND-Glied(60) mit der Ladeeinrichtung L^, des ersten Kondensators (11) und über ein drittes UND-Glied (80) mit einer diesem Kondensator zugeordneten Entladeeinrichtung (Dx) verbunden ist, während der andere Ausgang (A 2) über ein zweites UND-Glied (70) mit der Ladeeinrichtung (L 2) und über ein viertes UND-Glied mit der Entladeeinrichtung (Do) des zweiten Kondensators (12) verbunden ist.
    4-. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung der Speicherspannung (Uvj ,Uo,U . >Ucp) ein Transistor (T. ,Tp) mit seiner Basis an den Kondensator (11,12) angeschlossen ist.
    5. Anordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielimg eines hohen Belastungsviiderstandes der Transistor (T^,T2) als Emitterfolger - insbesondere in Darlington-Schaltung - betrieben wird.
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    6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Tx, ,Tp) als Feldeffekt-Transistor ausgebildet ist.
    7. Anordnung nach Anspruch 4- bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Transistor (Tx,,Tp) ein Strommesser (10) angeschlossen ist.
    8. Anordnung nach Anspruch 3 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Ausgängen (Ax,,Ap) des Umschalters je ein zur Abtastung der Sp ei eher spannung (Ux,,Up) dienender Transistor (Tx, bzw. T2) verbunden ist.
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