DE2139126B2 - Digital in logarithmischem mass anzeigender spannungsmesser - Google Patents
Digital in logarithmischem mass anzeigender spannungsmesserInfo
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Description
zueinander stehen, und daß zwischen solchen Abschnitten n-1 Näherungszeitabschnitte liegen,
in denen die Werte der Folgefrequenz / sich etwa
35
1 2
2" :2"
40
verhalten {n = ganze Zahl).
2. Spannungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Zählfrequenzquelle
(7) und den Zähler (10) ein steuerbarer Teiler (9) eingeschaltet ist, dessen Teilerverhältnis
während der auszuzählenden Entladezeit von einer Ablaufsteuerung (11) schrittweise geändert
(verkleinert oder vergrößert) wird, die mit der Frequenz der Ausgangsspannung des steuerbaren
Teilers (9) (= Eingangsfrequenz des Zählers) über einen die gleichen Zählwertintervalle und damit
die Näherungszeitabschnitte konstanter Frequenz bestimmenden Teiler (12) fortgeschaltet wird.
3. Spannungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu Beginn der
Entladezeit eine Bezugsspannung U0 aufweisende Kondensator (C) bis auf eine der zu messenden
Spannung UM proportionale Spannung Ux entladen
wird und die hierfür benötigte Entladezeit Tx mit Impulsen ausgezählt wird, deren Folgefrequenz
/ mit der Zeil r hyperbolisch zunimmt, wozu der steuerbare Teiler (9) eine Kette aus kurzschließbaren, insbesondere unter sich gleichen,
festen Frequenzteilern (14) enthält, von denen während der auszuzählenden Entladezeit (Tx) von
der Ablaufsteuerung (11) hintereinander jeweils zu Beginn der Näherungszeitabschnitte immer
mehr anfänglich eingeschaltete Frequenzteiler kurzgeschlossen werden.
4. Spannungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu Beginn der
Entladezeit eine der zu messenden Spannung VM proportionale Spannung LZx aufweisende Kondensator
(C) entladen wird und die für seine Entladung bis auf die Bezugsspannung U0 benötigte
Entladezeit Tx mit Impulsen ausgezählt wird,
deren Folgefrequenz / mit der Zeit t hyperbolisch abnimmt, wozu der steuerbare Teiler (9) eine
Kette aus kurzschließbaren festen Frequenzteilern (14) enthält, von denen während der auszuzählenden
Entladezeit (Tx) von der Ablaufsteuerung (11) hintereinander jeweils zu Beginn
der Näherungszeitabschnitte immer mehr anfänglich kurzgeschlossene Frequenzteiler eingeschaltet
werden.
5. Spannungsmesser nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare
Teiler (9) verschiedene zusätzliche Frequenzteiler (16) unterschiedlichen, festen Teilerverhältnisses
enthält, die einerseits mit einer gemeinsamen Klemme verbunden sind und die andererseits an
je einem festen Kontakt eines Umschalters (15) liegen, dessen Umschaltekontakt von der Ablaufsteuerung
(11) während der auszuzählenden Entladezeit (Tx) jeweils zu Beginn eines Näherungszeitabschnittes weitergeschaltet wird.
6. Spannungsmesser nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler
auf einen Wert voreinstellbar ist, welcher einer Abweichung von der dem logarithmischen Maß
»Null« zugeordneten Bezugsspannung entspricht.
7. Spannungsmesser nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Näherung,
die einen überwiegend einseitig gerichteten Anzeigefehler hervorruft, eine Ausmittelung hinsichtlich
beidseitig ( + , -) gerichtetem, kleinerem Anzeigefehler durch eine geringfügige Veränderung,
vorzugsweise Vergrößerung, der Entladezeitkonstante T0 bewirkt wird.
8. Spannungsmesser nach Ansprach 4, dahin abgewandelt, daß der Kondensator (C) vollkommen
entladen wird, wozu eine Entladezeit T = Tx
+ T0 erforderlich ist (T0 = R · C) und daß der
Beginn der Auszählung mit den Impulsen hyperbolisch abnehmender Folgefrequenz um eine der
Teilzeit T0, während der die Kondensatorspannung von U0 auf OVoIt abnimmt, gleichende
Zeitspanne verzögert wird.
Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Wandler mit einer nichtlinearen Umwandlungsfunktion
nach dem Spannungs-Zeitumsetzverfahren, bei welchem ein Kondensator von einer ersten Spannung
mittels eines konstanten Referenzgleichstroms auf eine zweite Spannung umgeladen wird, von denen
die eine Spannung der Meßspannung proportional ist, insbesondere durch Aufladen des Kondensators
in einem ersten vorgegebenen Zeitabschnitt mittels eines der Meßspannung Um proportionalen Stroms
(Integration) und von denen die andere Spannung eine Referenzspannung ist, und bei welchem die
während der Umladezeit Tx auftretenden Impulse
einer Zählfrequenzquelle mittels eines Zählers ausgezählt werden, deren Folgefrequenz bei Erreichen
bestimmter Zählwerte derart verändert wird, daß die nichtlineare Umwandlungsfunktion mit Geradenstücken
angenähert wird.
Eine derartige Meßanordnung ist aus der deutschen Patentschrift 1 252 313 bekannt. In der dort
beschriebenen Meßanordnung erfolgt die bezüglich ihrer Dauer ausgezählte Entladung des Kondensators
nach einer exponentiellen Zeitfunktion, und die Folgefrequenz der Impulse der Zählfrequenzquelle ist im
wesentlichen konstant, sie wird nur zu Eichzwecken den Schwankungen der Zeitkonstanten des Entladekreises
des Kondensators ausgleichend nachgeregelt. Bei der Meßanordnung nach der deutschen Patentschrift
1 252 313 liefert das Zählergebnis unmittelbar ein logarithmisches Maß der zu messenden Spannung
für ihre Anzeige in digitaler Form (vgl. die entsprechende, von der Patentschrift abweichende Auslegeschrift),
so daß zur Logarithmierung weder auf der Analogseite eine Abbildung an einer logarithmischen
Kennlinie benötigt wird noch eine aufwendige digitale Logarithmierung eines digital in linearem Maß
vorliegenden Meßergebnisses erforderlich ist.
Die bekannte Meßanordnung hat jedoch den grundsätzlichen Nachteil, daß sie mit einer exponentiellen
Zeitfunktion zur Kondensatorentladung arbeitet, in deren Zeitkonstante die elektrischen Werte
sämtlicher Bauelemente des Entladestromkreises stark eingehen. Diese Werte unterliegen Umgebungseinflüssen
wie Temperatur und Feuchtigkeit und driften langzeitlich, so daß sich die Meßgenauigkeit hierbei
unter vertretbarem Aufwand nicht sehr hoch treiben läßt und ein hoher Aufwand zur Eichung erforderlich
ist, z. B. von der in obiger Patentschrift erwähnten Art.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die beschriebenen Nachteile der bekannten Meßanordnung zu vermeiden
und dennoch eine Anordnung zu schaffen, bei der weder eine Logarithmierung auf der Analogseite
erfolgt noch ein vorher digitalisierter Meßwert mittels anschließender digitaler Verarbeitung logarithmiert
wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß bei Verwendung in einem digital in logarithmischem Maß
anzeigenden Spannungsmesser, insbesondere Pegelmesser, die Folgefrequenz / über der Zeit gemäß
einer in Näherungszeitabschnitte eingeteilten Treppenfunktion annähernd hyperbolisch derart geändert
wird, daß sie während gewisser Näherungszeitabschnitte, die durch jeweils gleiche Zählwertintervalle
bestimmt sind, jeweils konstante Werte aufweist, die im Verhältnis 1 : 2
zueinander stehen, und daß zwischen solchen Abschnitten n-1 Näherungszeitabschnitte liegen, in denen
die Werte der Folgefrequenz / sich etwa wie
I 2 ii-l
verhalten (/i = ganze Zahl). Hierdurch läßt sich mit
nur geringem Aufwand, der unter dem einer digitalen logarithmischen Umwertung liegt, direkt ein Zählergebnis
in logarithmischem Maß erreichen, und es lassen sich sämtliche Vorteile des »Dual-Slope«-
Analdg- Digitalwandlungsverfahrens (Ausmittelung,
von Störungen durch Integration, Bedeutungslosigkeit einzelner Bauelementetcieranzen) mit denen der
Erfindung auf äußerst günstige Weise vereinigen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 940 885, Anspruch 9, ist ein Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung nach dem Spannungszeitumsetzverfahren bekannt, das die Aufgabe löst, dabei außer Maßstabsanpassungen zur zahlenrichtigen Anzeige auch nahezu beliebige Nichtlinearitäten der Umsetzungsfunktion erzeugen zu können, damit die Nichtlinearitäten von Meßumformern oder -fühlern ausgeglichen werden können. Bei dem bekannten Verfahren wird hierzu in einem ersten Verfahrensschritt während einer vorgegebenen Zeit die Meßspannung einem Integrierglied zugeführt, das anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem konstanten Strom entladen wird, währenddessen einem Zähler Taktimpulse zugefügt werden, deren Taktimpulsfrequenz bei Erreichen bestimmter Zählwerte derart verändert wird, daß eine nichtlineare Funktion mit Gci adenstücken angenähert wird. Dieses bekannte Verfahren gibt aber dem Fachmann keine Anregung zu seiner Verwendung in einem digital in logarithmischem Maß anzeigenden Pegelmesser und dem dabei anzuwendenden Verlauf der Zählfrequenz (Taktimpulsfrequenz).
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 940 885, Anspruch 9, ist ein Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung nach dem Spannungszeitumsetzverfahren bekannt, das die Aufgabe löst, dabei außer Maßstabsanpassungen zur zahlenrichtigen Anzeige auch nahezu beliebige Nichtlinearitäten der Umsetzungsfunktion erzeugen zu können, damit die Nichtlinearitäten von Meßumformern oder -fühlern ausgeglichen werden können. Bei dem bekannten Verfahren wird hierzu in einem ersten Verfahrensschritt während einer vorgegebenen Zeit die Meßspannung einem Integrierglied zugeführt, das anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem konstanten Strom entladen wird, währenddessen einem Zähler Taktimpulse zugefügt werden, deren Taktimpulsfrequenz bei Erreichen bestimmter Zählwerte derart verändert wird, daß eine nichtlineare Funktion mit Gci adenstücken angenähert wird. Dieses bekannte Verfahren gibt aber dem Fachmann keine Anregung zu seiner Verwendung in einem digital in logarithmischem Maß anzeigenden Pegelmesser und dem dabei anzuwendenden Verlauf der Zählfrequenz (Taktimpulsfrequenz).
Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen die Zählfrequenzquelle und den
Zähler ein steuerbarer Teiler eingeschaltet ist, dessen Teilerverhältnis während der auszuzählenden Entladezeit
von einer Ablaufsteuerung schrittweise geändert (verkleinert oder vergrößert) wird, die mit der
Frequenz der Ausgangsspannung des steuerbaren Teilers (= Eingangsfrequenz des Zählers) über einen
die gleichen Zählwertintervalle und damit die Näherungszeitabschnitte konstanter Frequenz bestimmenden
Teiler fortgeschaltet wird. Dabei kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der zu
Beginn der Entladezeit eine Bezugsspannung U0 aufweisende
Kondensator (C) bis auf eine der zu messenden Spannung UM proportionale Spannung Ux
entladen und die hierfür benötigte Entladezeit Tx
mit Impulsen ausgezählt werden, deren Folgefrequenz / mit der Zeit t hyperbolisch zunimmt, wozu
der steuerbare Teil eine Kette aus kurzschließbaren, insbesondere unter sich gleichen, festen Frequenzteilern
enthält, von denen während der auszuzählenden Entladezeit Tx von der Ablaufsteuerung hintereinander
jeweils zu Beginn der Näherungszeitabschnitte immer mehr anfänglich eingeschaltete Frequenzteiler
kurzgeschlossen werden. Es kann aber auch gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung
der zu Beginn der Entladezeit eine der zu messenden Spannung UM proportionale Spannung Ux
aufweisende Kondensator (C) entladen und die für seine Entladung bis auf die Bezugsspannung IZ0
benötigte Entladezeit Tx mit Impulsen ausgezählt werden, deren Folgefrequenz / mit der Zeit t hyperbolisch
abnimmt, wozu der steuerbare Teiler eine Kette aus kurzschließbaren festen Frequenzteilern
enthält, von denen während der auszuzählenden Entladezeit Tx von der Ablaufsteuerung hintereinander
jeweils zu Beginn der Näherungszeitabschnitte immer mehr anfänglich kurzgeschlossene Frequenzteiler eingeschaltet
werden.
In den beiden letztgenannten Fällen kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zur wei-
teren Unterteilung der Näherungszeitabschnitte vorgesehen sein, daß der steuerbare Teiler verschiedene
zusätzliche Frequenzteiler unterschiedlichen, festen Teilerverhältnisses enthält, die einerseits mit einer
gemeinsamen Klemme verbunden sind und die andererseits an je einem festen Kontakt oines Umschalters
liegen, dessen Umschaltekontakt von der Ablaufsteuerung während der auszuzählenden Entladezeit
Tx jeweils zu Beginn eines Näherungszeitabschnittes
weitergeschaltel wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung macht die der Logarithmierung zugrunde liegende Bezugsgröße
(Bezugsspannung U0) dadurch digital einstellbar, daß der Zähler auf einen Wert voreinstellbar ist, welcher
einer Abweichung von der dem logarithmischen Maß »Null« zugeordneten Bezugsspannung entspricht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht im Falle einer Näherung, die einen überwiegend einseitig gerichteten
Anzeigefehler hervorruft, eine Ausmittelung hinsichtlich beidseitig (+, —) gerichtetem, kleinerem
Anzeigefehler durch eine geringfügige Veränderung, vorzugsweise Vergrößerung, der Entladezeitkonstante
T0 vor.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Kondensator (C)
vollkommen entladen wird, wozu eine Entladezeit T = Tx + T0 erforderlich ist (T0 = R · C), und daß
der Beginn der Auszählung mit den Impulsen hyperbolisch abnehmender Folgefrequenz um eine der Teilzeit
T0, während der die Kondensatorspannung von U0 auf 0 Volt abnimmt, gleichende Zeitspanne verzögert
wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
Hierbei zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild des Analog-Digitalwandlers eines digitalen Pegelmessers, das im wesentlichen
für beide Ausführungsbeispiele gültig ist,
F i g. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Spannung uc eines im ersten Ausführungsbeispiel
verwendeten Kondensators während dessen Entladung mit einem Diagramm der währenddessen
gezählten Impulse ζ über der Zeit,
F i g. 3 ein Diagramm der Folgefrequenz der im ersten Ausführungsbeispiel gezählten Impulse über
der Zeit (theoretische Idealkurve sowie Näherungs-Treppen-Kurve),
F i g. 4 ein Diagramm des Zeitverlaufs der Spannung eines im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß
dem Doppelintegrationsverfahren (Dual-Slope-Verfahren)
verwendeten Kondensators,
F i g. 5 ein Diagramm gemäß F i g. 3 für das zweite Ausführungsbeispiel und
F i g. 6 einen die Kondensatorentladung darstellenden Ausschnitt aus F i g. 4 mit Zahlenbeispielen.
Bei beiden Ausfuhrungsbeispielen liegt die zu messende, bereits gleichgerichtete Analogspannung UM
an einem ersten Festkontakt 1 α eines dreipoligen Umschalters 1, an dessen zweitem Festkontakt 1 b
eine (im ersten Ausführungsbeispiel umpolbare) Bezugsspannung (Normalspannung) U0 und an dessen
drittem Festkontakt 1 c Erdpotential (0 V) angelegt sind. Der Schleifer des Umschalters 1 ist über einen
Festwiderstand R mit einem ersten Eingang 3 eines Operationsverstärkers 2 verbunden, der durch einen
Kondensator C gegenkoppelnd als Integrator beschaltet ist. Ein zweiter Eingang 4 des Operationsverstärkers
2 liegt an Erde, so daß auch dessen erster Eingang 3 annähernd Erdpotential führt. Der Ausgang
des Operationsverstärkers 2, an dem deshalb die Kondensatorspannung Ur liegt, ist mit einem
Eingang eines Vergleichers 5 verbunden, an dessen anderem Eingang beim ersten Ausführungsbeispiel
(punktierte Verbindungslinie) die Analogspannung UM bzw. beim zweiten Ausführungsbeispiel (gestrichelte
Verbindungslinie) Erdpotential liegt. Der Ausgang des Vergleichers 5 beaufschlagt einen Meßtaktgeber
6, der mit einer sehr frequenzkonstanten Zählimpulsquelle 7 hoher Impulsfolgefrequenz synchronisiert
ist und über entsprechende Steuerleitungen den Meßablauf steuert mittels des Umschalters J
und eines am Ausgang der Zählimpulsquelle liegenden Torschalters 8. Letzterer ist über einen als strichpunktiert
umrahmter Block gezeichneten steuerbaren Frequenzteiler 9 mit einem voreinstellbaren
Zähler 10 verbunden. Eine Ablaufsteuerung 11, die von einem festen Frequenzteiler 12 Programmimpulse
empfängt, steuert das Teilverhältnis des steuerbaren Frequenzteilers 9. Dies geschieht über Kurzschlußschalter
13 einer im steuerbaren Frequenzteiler 9 enthaltenen Kette aus kurzschließbaren 2:1-Frequenzteilern 14, zu der ein ebenfalls gesteuerter
zweipoliger Umschalter 15 in Reihe geschaltet ist, an dessen festen Kontakten je einer von zwei
festen Frequenzteilern 16 mit unterschiedlichem Teilerverhältnis (7:1 und 5:1) liegt, deren Ausgänge
an einer gemeinsamen, den Ausgang des steuerbaren Frequenzteilers 9 bildenden Klemme zusammengeschaltet
sind. Der feste Frequenzteiler 12 wird vom Ausgang des steuerbaren Frequenzteilers 9, an
dem auch der Eingang des Zählers 10 liegt, gespeist. Beim ersten Ausführungsbeispiel wird zwecks Me?-
sung der Analogspannung UM der Kondensator C zunächst während einer konstanten Vorbereitungszeit T1. = T0 auf die Bezugsspannung U0 gebracht
und dann von der Bezugsspannung U0 aus durch einen konstanten Referenzgleichstrom -^-, der ein
streng lineares Abnehmen der Kondensatorspannung Uc zur Folge hat, entladen. Die Zeit Tx vom
Ende der Vorbereitungszeit (t = 0) bis zum Erreichen der Spannungsgleichheit zwischen Kondensatorspannung
Uc (vgl. Fig. 2) und Meßspannung UM = Ux
wird als Maß für UM durch Zählung von Impulsen der Zählimpulsquelle 7 gemessen. Dabei besteht zwischen
UM und Tx der streng lineare Zusammenhang
Un
_ T0 - Tx
also
Uw = U„ =
oder in einem Dämpfungsmaß
- 4M · (2)
Während der gesamten im Diagramm der F i g. 2 nicht eingetragenen Vorbereirungszeit Tv liegt der
ursprünglich auf dem dritten Festkontakt Ic liegende
Schleifer des Umschalters 1, gesteuert vom Meßtaktgeber 6, auf dem zweiten Festkontakt 1 i>, so daß die
Kondensatorspannung Uc bis auf den Wert LZ0 ansteigt.
Nur während der Zeit Tx, deren am Ende von T„ liegender Anfang ί = 0 vom Meßtaktgeber 6
bestimmt wird, indem dieser die Bezugsspannung U0 zu - U0 umpolt und deren Ende vom Vergleicher
5 an den Meßtaktgeber 6 gemeldet wird, hält der Meßlaktgeber 6 den Torschalter 8 leitend. So
zählt der Zähler 10 während dieser Zeit Tx von der
Zählimpulsquelle 7 erzeugte Impulse. Anschließend an Tx wird der Kondensator unverändert weiter entladen,
bis er nach der vom Meßtaktgeber bestimmten Zeit T0 wieder 0 V fuhrt.
Würden die Zählimpulse mit konstanter Folgefrequenz an den Zähler geliefert, so würde dessen
Zählergebnis nach Gleichung (1) die Analogspannung UM in linearem Maß anzeigen.
Zum Zweck einer direkten logarithmischen Anzeige der Spannung Ux und damit der Zeit Tx bei veränderlicher
Impulsfolgefrequenz, also veränderlichem Zeitabstand der gezählten Impulse, ist eine logarithmische
Beziehung erforderlich zwischen der laufenden Entladezeit t und der Anzahl ζ der bis zu der abgelaufenen
Zeit f insgesamt gezählten Impulse.
Da für l = Tx die Impulsanzahl Z = Zx die
Analogspannung Ux in logarithmischem Maß repräsentieren
soll, erhält man die erwähnte Beziehung durch Logarithmierung von (1) entsprechend (2) mit
ζ = K α {Κ = konstanter Faktor) und Ersatz von Tx durch t zu
Die hyperbolische Zeilfunktion (6) der Zählimpuls-Folgefrequenz wird über der Zeit ( abschnittsweise
durch konstante Frequenzen /,, f2, f3 usw. angenähert
(vgl. die Treppenfunktion in Fig. 3), eingeteilt in Näherungszeitabschnitte {,, t2, t3 usw.
Hierzu verkleinert die Ablaufsteuerung Il schrittweise das Teilerverhältnis des steuerbaren Frequenzteilers
9 jeweils zu Beginn der Näherungszeitabschnilte t,, t2, t3, und zwar jeweils nach Erscheinen
ίο einer konstanten Impulszahl am Ausgang des festen
Frequenzteilers 12, def von der Ausgangsfrequenz des steuerbaren Frequenzteilers 11 beaufschlagt ist.
Dadurch werden die Näherungszeitabschniltc untereinander verschieden lang. Einzelne Näherungszeilabschnitte
steheii im Verhältnis 1 : 2 zueinander. Dies sind in F i g. 3 die unmittelbar benachbarten Näherungszeitabschnitte.
Eine bessere Näherung als in F i g. 3 ergibt sich auf
einfache Weise durch weitere Unterteilung der ein-
;o zelnen Abschnitte, deren Impulsfolgefrequenzen sich
wie
0 ti
1:2=2» :2»
(« = ganze Zahl) verhallen, indem (« — 1) Näherungszeitabschnitte
dazwischen gelegt werden, in denen sich die zugehörigen Impulsfolgefrequenzen wie
z- =
Die momentane Impulsfolgefrequenz / ergibt sich aus dem zeitlichen Abstand
U = J = j,. + , - ti = al
zweier aufeinanderfolgender Zählimpulse z, und zf+1,
wobei
z,+i -ζ,- = dz = 1.
Die Ableitung von (3) nach der Zeit liefert die Änderung von ζ während eines kurzen Zeitabschnittes dt,
allgemein die Beziehung zwischen dz und dt in Abhängigkeit von der Zeit:
(4)
dz
di
di
dz |
K
T0 |
t
T0 |
TT |
dt 1 | — | i-T0 | |
1 | f | ||
dt | |||
(5) 2- : 2"
η - 2
2"
ist die momentane Impulsfolgefrequenz zur Zeit t.
Nach dieser Beziehung muß die Folgefrequenz der Zählimpulse sich während der Entladezeit ändern,
damit das Zählergebnis ein logarithmisches Maß für die zu messende Analogspannung UM = Ux ist
Als graphische Darstellung von (6) erhält man eine im interessierenden Bereich 0
< t < T0 ansteigende Hyperbel, mit t = T0 als Asymptote (Fig. 3).
verhalten. Für η = 2 erhält man dabei Unterteilungen
einzelner (sich untereinander wiederum wie 1 :2 verhaltender) Näherungszeitabschnitte im Verhältnis
[/2:1, also ungefähr 7:5.
Für den letzteren Fall ist der in Fig. 1 unter anderem dargestellte steuerbare Frequenzteiler 9 eingerichtet
: Die Ablaufsteuerung 11 schaltet den zweipoligen Umschalter 15 zu Beginn der Entladezeit,
welcher ihr über eine Steuerleitung 16 vom Meßtaktgeber 6 mitgeteilt wird, auf den oberen der festen
Frequenzteiler 16, der ein Teilerverhältnis 7:1 hat,
und öffnet gleichzeitig alle Kurzschlußschalter der Frequenzteilerkette 14. Nach einer konstanten Zahl
von 30 gezählten Impulsen — ermittelt über den festen Frequenzteiler 12 — wird der Umschalter 15 auf den
unteren der festen Frequenzteiler 16 mit Teilerverhältnis 5 :1 umgeschaltet. Nach weiteren 30 Impulsen
schaltet er wieder auf den oberen 7 :1 -Teiler, gleich-
zeitig wird aber ein erster Teiler aus der Frequenzteilerkette 14 kurzgeschlossen. Dann nach 30 Impulsen
Umschaltung auf den unteren 5:1-Teiler, nach weiteren 30 Impulsen auf den oberen 7:1-Teiler mit
gleichzeitigem Kurzschluß eines weiteren Teilers aus der Frequenzteilerkette 14 usw., bis entweder ein
Ansprechen des Vergleichers 5 bei Uc = Ux das Frequenzprogramm
unterbricht oder die Gesamtzeit T0 erreicht ist, also der Torschalter 8 sperrt und eine
neue Messung beginnen kann.
Der Anzeigefehler auf Grund dieser Näherung schwankt immer von 0 zu einem ungefähr konstanten
Maximalwert in einer Richtung. Dieser Fehler kann zu einem beidseitig gerichteten, entsprechend kleineren
Anzeigefehler ausgemittelt werden, indem die Steigung
der Entladegeraden uc(t), also die Entladezeitkonstante
T0, um einen geringfügigen, konstanten, gerade die Mittelung bewirkenden Wert verändert wird.
Durch größere Veränderung von T0 könnte der ur-
209 542/294
2634
auch
sprüngliche näherungsbedingte Anzeigefehler
ganz in die andere Richtung verlagert werden.
ganz in die andere Richtung verlagert werden.
Durch Voreinstellung des Zählers 10 zu Beginn der Entladezeit kann die logarithmische Bezugsgröße
für die Anzeige beeinflußt werden, ohne daß die Bezugsspannung U0 selbst verändert wird. Diese Möglichkeit
wird unten an Hand des zweiten Ausführungsbeispiels etwas näher erläutert.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) lädt
während einer konstanten Ladezeit T, ( = 20ms) ein
der zu messenden Analogspannung Vx, proportionaler
Strom
den Kondensator C von Erdpoiential
aus auf. (Umschalter 1 in Stellung des ersten Festkontaktes \a). Die Kondensatorspannung U1 erreicht
zur Zeil T1 eine Spannung Ux, die zu UM proportional
ist:
Mit Beginn der anschließenden Entladung (Zeitpunkt Ix = 0 in Fi g. 4, Umschalter 1 wird vom Meßtaktgeber
6 auf den zweiten Festkontakt 1 b — U0 - gelegt)
entlädt ein konstanter Referenzgleichstrom
is" den Kondensator C wieder auf Erdpotenlial, so
daß die Kondensatorspannung Uc mit konstanter
Steigung streng linear abnimmt. Bei Erreichen des Erdpotentials ist die Gesamtentladezeit T beendet,
was vom Vergleicher5. der in diesem.Ausführungsbeispiel ein einfacher Nullkomparator ist, an den
Meßtaktgeber 6 signalisiert wird. Letzterer sperrt jetzt den Torschalter 8, den er vorher zu einem Zeitpunkt
T0 nach Entladungsbeginn leitend geschaltet hat, wieder. T0 ist dabei für den Fall Ux = U0 die Gesamtentladezeit
von der Bezugsspannung U0 bis zur völligen Entladung U1. = 0. Die Entladezeit Tx=T- T0,
d.h. die Zeit von Entladungsbeginn (U1. = Ux) an bis
zum Erreichen der Bezugsspannung (Uc = U0), also
auch die gleiche Zeit von T0 an gerechnet bis zur vollständigen Entladung (U0 = 0), dient als Maß für
Ux, d.h. für Ux,. Sie wird durch Auszählung von
Impulsen der Zählimpulsquelle 7 während Tx gemessen. Dabei besteht zwischen Ux, und Tx der streng lineare
Zusammenhang (s. F i g. 4).
Jx = -^ · (Tx + T0)
1O
(7)
oder, in einem Dämpfungsmaß,
aM = In
U0
= In
Tx+T0
T0
(8)
Bei konstanter Folgefrequenz der Zählimpulse würde nach Gleichung (7) ein Zählergebnis die Analogspannung
UM in linearem Maß angeben. Bei geeigneter variabler Folgefrequenz der Zählimpulse ist das Zählergebnis
Z ein logarithmisches Maß für UM, wenn Z
proportional aM ist. Also gilt in dem naheliegenden
Fall, daß von Beginn der Entladung an Impulse gezählt werden, gemäß (8) für die laufende Impulsanzahl
Zx
zx = K ■ In
(9a)
Dabei bestimmt der konstante Faktor K die Zahl der Zählimpulse für eine gegebene logarithmische
Einheit, also die Anzeige-Auflösung.
Die momentane Impulsfolgefrequenz bestimmt sich
aus dem zeitlichen Abstand d / = -j zwischen zwei
Zählimpulsen z, und zi + ), die sich um dz = 1 unterscheiden.
Nach (9a) ist
Nach (9a) ist
Ϊ; - K ■ ι, ?t0 (io>
al>o
^ ... d. J1. mit /' = -.— ,
df, tx di,1
die momentane impuisfoigefrequen/. zur Zeit Ix ist
/- --~ · (H)
dieser Bezichungniuß sich die Folgefrequenz/
der Zählimpulse während der Entladezeit ändern, damit das Zählergebnis Z ein logarithmisches Maß
für die zu messende Analogspannung UM ~ U v, bezogen
auf die Bezugsspannung Un ist. Die graphische Darstellung von (11) ist eine fallende Hyperbel,
mit Ix = — T0 als Asymptote (Fig. 5).
Da sich der Zeitpunkt der vollständigen Entladung (Uc = 0) leichter bestimmen läßt als der Zeitpunkt
des Errcichens der Bezugsspannung Uc = U0, wird die
Entladezeit, wie weiter oben beschrieben, erst vom Zeitpunkt T0 an gezählt und dann bis zur vollständigen
Entladung, also um T0 länger, ausgezählt.
Mit einer entsprechenden Zeitverschiebung (Verzögerung) um T0, d. h. mit t = tx — T0, ergibt sich Tür die
laufende Zahl ζ der im Zähler aufsummierten Impulse
ζ = K ■ In J- .
(9 b)
uabei isi f > T0, es wird zur Zeit ι = T0 mit de:
Summierung (Zählung) begonnen.
Entsprechend ist nach (11) die Impuisfoigefrequen; zur Zeit t
> T0:
(12)
Die hyperbolische Zeitfunktion (12) der Zählimpuls
Folgefrequenz wird über der Zeit t abschnittsweisi durch konstante Frequenzen angenähert (vgl. dii
Treppenfunktion in F i g. 3). Hierfür gilt die Beschrei bung des ersten Ausfuhrungsbeispiels entsprechend
mit dem Unterschied, daß die anzunähernde Hyperbe nun nicht wie dort ansteigt, sondern abfällt Dahe
schaltet bei Zählbeginn (i = T0) die Ablaufsteuerun]
11 bei anfänglich geschlossenen Kurzschlußschalten] also unwirksamer Zählerkette 14, den Umschalter 1;
zuerst auf den unteren 5:1-Teiler und dann auf de; oberen 7:1-Teiler, um diesen Zyklusmit dem Einschal
ten jeweils eines weiteren Teilers aus der ZähWicette 1
zu wiederholen.
2634
α = 20 Ig
Uo
(13)
ι ο
Um den Meßtaktgeber 6 zu vereinfachen, kann die Bestimmung des Zeitpunktes T0 nach Entladungsbeginn auch mit Hilfe des Zählers 10 erfolgen, wenn
der Torschalter 8 mit Entladungsbeginn bereits leitend geschaltet und der Nulldurchgang des entsprechend
T0 vorangestellten Zählers abgewartet wird,
um in diesem Augenblick die Ablaufsteuerung 11 zu aktivieren.
Es ist auch möglich, bei Entladungsbeginn den
Türschalter 8 leitend zu schalten, den Zähler von Null
aus zählen zu lassen und den Zeitpunkt 7"(1 mittels eines vom Zähler beaufschlagten, einstellbaren oder
fest eingestellten digitalen Vergleiehers zu bestimmen, wobei ein Ausgangssignal des Vergleiehers den Zähler
auf Null zurückstellt und die Ablaufsteuerung 11 aktiviert.
Das Diagramm in Fig. 6 veranschaulicht ein
Zahlenbeispiel für das zweite Ausführungsbeispiel. bei welchem für (8) der Briggsche Logarithmus verwendet
wird und die Anzeige in Dezibel (db) erfolgt. Dann gilt entsprechend (8) für die anzuzeigende
Dämpfung
In F i g. 6 ist die Entladezcit für eine nicht mehr eingetragene
obere Meßbereichsgrenze aa = 20 db (d. h.
LJx(I = 10l/0)zu T0 — 90 msec angenommen. Daraus
läßt sich T0 zu 10 msec bestimmen. Da man in der Anzeige bis a = 0,1 db auflösen will, ist für 0,1 db
mindestens ein zählbarer Impuls nötig. Vom Beginn der Entladezeit bis zum Zeitpunkt T0 laufen hierbei
entsprechend dem erreichten Spannungsverhältnis von 6 db 60 Impulse in den Zähler 10; stellt man ihn
vorher auf —60, so hat er bis zum Zeitpunkt tx — T0 auf 0 gezählt (s. z-Achsen-Bezifferung), was
im Falle Ux = Un als korrektes Ergebnis »Odb«
angezeigt würde.
Soll die logarithmische Bezugsgröße für die Anzeige beeinflußt werden, ohne daß die Bezugsspannung U0
selbst verändert wird, so kann dies durch Voreinstellung des Zählers 10 vor Zählbeginn in zu der Änderung
der Bezugsgröße umgekehrter Richtung erfolgen. Zum Beispiel soll im Zahlenbeispiel nach F i g. 6 die
Bezugsgrößc nicht 1 V betragen, sondern 4 V; dazu sind im Zähler - 120 Impulse voreinzustellen
= 2-2-lV =
= 120 Impulse).
Bei einer Messung von Ux = 8 V laufen dann
180 Impulse ein, so daß der Zähler Z= 180-120 = 60 Impulse = 6 db anzeigt.
Die Erfindung umfaßt auch eine äquivalente Anordnung, bei der als Energiespeicher statt eines Kondensators
eine Spule verwendet wird, deren Strom durch Anlegen an eine Refereiizgleichspannung linear verändert
wird unter Messung entweder der Zeit bis zum Erreichen eines der zu messenden Analogspannunt
entsprechenden Stromes oder bis zum Stromloswerder der vorher mit einem solchen Strom beschickter
Spule.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
2634
Claims (1)
1. Analog-Digital-Wandler mit einer nichtlinearen Umwandlungsfunktion nach dem Span-
nungs-Zeitumsetzverfahren, bei welchem ein
Kondensator von einer ersten Spannung mittels eines konstanten Referenzgleichstroms auf eine
zweite Spannung umgeladen wird, von denen die eine Spannung der Meßspannung proportional
ist, insbesondere durch Aufladen des Kondensatois in einem ersten vorgegebenen Zeitabschnitt
mittels eines der Meßspannung Um proportionalen Stroms (Integration); und von denen die
andere Spannung eine Referenzspannung ist, und bei welchem die während der Umladezeit Tx auftretenden
Impulse einer Zählfrequenzquelle mittels eines Zählers ausgezählt werden, deren Folgefrequenz
bei Erreichen bestimmter Zählwerte derart verändert wird, daß die nichtlineare Um-Wandlungsfunktion
mit Geradenstücken angenähert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung in einem digital in logarithmischem Maß anzeigenden Spannungsmesser,
insbesondere Pegelmesser, die Folgefrequenz / über der Zeit gemäß einer in Näherungszejtabschnitte
eingeteilten Treppenfunktion annähernd hyperbolisch derart geändert wird, daß sie während gewisser Näherungszeitabschnitte,
die durch jeweils gleiche Zählwertintervalle bestimmt sind, jeweils konstante Werte aufweist,
die im Verhältnis 1:2
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2628084A1 (de) * | 1975-06-23 | 1977-01-13 | Takeda Riken Ind Co Ltd | Analog-digital-wandler |
FR2445073A1 (fr) * | 1978-12-20 | 1980-07-18 | Gen Electric | Convertisseur analogique-numerique logarithmique |
DE3414098A1 (de) * | 1983-04-15 | 1984-11-22 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Komprimierungs-analog/digital-wandler |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3895517A (en) * | 1974-01-14 | 1975-07-22 | Jo Line Tools | Electronic torque wrench |
US3970155A (en) * | 1974-01-14 | 1976-07-20 | Jo-Line Tools, Inc. | Electronic torque wrench |
JPS51148341A (en) * | 1975-06-16 | 1976-12-20 | Nippon Soken Inc | Logarithm function generator |
US4000463A (en) * | 1975-12-01 | 1976-12-28 | Ballantine Laboratories, Inc. | Direct-reading decibel meter |
US4149120A (en) * | 1977-04-06 | 1979-04-10 | Endress & Hauser Gmbh & Co. | Circuit arrangement for linearizing the output signal of a test sensor |
US4160134A (en) * | 1977-08-25 | 1979-07-03 | International Telephone And Telegraph Corporation | Digital signal level measurement |
NL8402918A (nl) * | 1984-09-25 | 1986-04-16 | Philips Nv | Niveau-indikator. |
US4643030A (en) * | 1985-01-22 | 1987-02-17 | Snap-On Tools Corporation | Torque measuring apparatus |
US4665358A (en) * | 1985-05-23 | 1987-05-12 | General Electric Company | Solid state electronic pulse scaler using ratio of two integers |
US5703169A (en) * | 1996-01-24 | 1997-12-30 | Adhesives Research, Inc. | Non-corrosive, low volatiles-containing pressure sensitive adhesive |
US6195029B1 (en) * | 1998-09-25 | 2001-02-27 | Harman Music Group | Analog to digital conversion system that enables high-level signal excursions without clipping |
DE19903557C1 (de) * | 1999-01-29 | 2000-08-31 | Texas Instruments Deutschland | Verfahren zum Messen der Schwellenspannung eines Komparators und Anwendung dieses Verfahrens |
GB2479156B (en) | 2010-03-30 | 2012-11-21 | Univ Newcastle | Apparatus and method for voltage sensing |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3283254A (en) * | 1963-12-06 | 1966-11-01 | Bell Telephone Labor Inc | Control system employing counter to generate signals for changing output, linearly or non-linearly, of frequency synthesizer |
DE1250550B (de) * | 1964-12-21 | |||
US3716849A (en) * | 1970-06-08 | 1973-02-13 | Solarton Electronic | Integrating measurements with noise reduction |
US3644837A (en) * | 1971-01-29 | 1972-02-22 | Us Navy | Synchronous facsimile generator |
-
1971
- 1971-08-05 DE DE19712139126 patent/DE2139126B2/de not_active Ceased
-
1972
- 1972-07-21 GB GB3435272A patent/GB1411974A/en not_active Expired
- 1972-07-26 FR FR7227620A patent/FR2148131A1/fr active Pending
- 1972-08-07 US US00278640A patent/US3828255A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2628084A1 (de) * | 1975-06-23 | 1977-01-13 | Takeda Riken Ind Co Ltd | Analog-digital-wandler |
FR2445073A1 (fr) * | 1978-12-20 | 1980-07-18 | Gen Electric | Convertisseur analogique-numerique logarithmique |
DE3414098A1 (de) * | 1983-04-15 | 1984-11-22 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Komprimierungs-analog/digital-wandler |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1411974A (en) | 1975-10-29 |
FR2148131A1 (de) | 1973-03-16 |
DE2139126A1 (de) | 1972-10-12 |
US3828255A (en) | 1974-08-06 |
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