DE2305204C3

DE2305204C3 - Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert

Info

Publication number: DE2305204C3
Application number: DE2305204A
Authority: DE
Inventors: Kozo Fussa Tokio Uchida (Japan)
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1972-02-02
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1975-04-24
Also published as: DE2305204A1; GB1419656A; NL160959C; FR2170198A1; JPS4881449A; FR2170198B1; DE2305204B2; NL160959B; NL7301446A; JPS526586B2; US3878383A

Description

Zeitabschnitt	1	2	3	4	5	6
T₁,	AUS	EIN	AUS	EIN	AUS	EIN
r . .	EIN AUS AUS	AUS AUS AUS	AUS AUS AUS	EIN EIN AUS	AUS AUS EIN	AUS AUS AUS
Γ	AUS AUS	AUS AUS	EIN AUS	AUS AUS	AUS AUS	AUS AUS
Γ
τ"
r ::::

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Bei bekannten Pegelmessern werden zwei verschiedene Mittel zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert benutzt. Bei dem einen Mitte! wird die logarithmische Kennlinie von Halbleiterelementen, wie Dioden oder Transistoren, ausgenutzt und bei dem anderen Mittel die Entladungskennlinie einer Schaltung aus Widerstand und Kondensator. Bei dem ersten MiUcI ist die Temperaturabhängigkeit der Kennlinien der Halbleiterelemente und die Streuung der Kennlinien zusammengesetzter Elemente nachteilig, so daß keine hohe Genauigkeit erwartet werden kann. Bei dem zweiten Mittel ist nachteilig, daß Widerstände und Kondensatoren mit großer Genauigkeit ihres Widerstands bzw. Kapazitätswertes gefordert werden, die sich abhängig von Temperatur und Zeit nur wenig ändern. Diese Forderungen können nur mit sehr hohen Kosten realisiert werden. In beiden Fällen ist zudem eine äußerst genaue Zeitmessung zur Bestimmung der Entladungszeit erforderlich. Eine solche Zeitmessung kann nur unter Verwendung eines Kristallschwingers hoher Genauigkeit und Zeitkonstanz erfolgen, und dies bedingt eine weitere Erhöhung der Kosten für die Meßeinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines F.ingangssignals in einen logarithmischen Wert anzugeben, die nicht mit diesen Mangeln behaftet ist. Ils sollen die Faktoren eliminiert werden, die bei der Messung Fehler verursachen können, wie eine Veränderung des Widerstandes, der Kapazität, der Meßzeit usw., so daß über eine lange Zeitdauer eine hohe Genauigkeit und außerdem eine große Zuverlässigkeit erhalten werden. Die Schaltungsanordnung soll ohne spezielle Elemente auskommen und die Umwandlung in den logarithmischen Wert auf einfache Weise und mit niedrigen Kosten ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. IA und IB das Prinzip eines Beispiels eines

Verfahrens zum Umwandeln eines Signals in einen logarithmischen Wert.

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schaltung zum Umwandeln eines Signals in einen logarithmischen Wert. Fig. 3 A bis 3D Schaltungseinzelheiten des Blockdiagramms nach F i g. 2,

F i g. 4 das Blockdiagramm eines Digitalvollmeters, F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des in F i G. 4 dargestellten Digitalvoltrneters,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.

Bei eiern in F i g. 1 A dargestellten bekannten Prinzip zum Umwandeln eines Signals in seinen logarithmischen Wert werden eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C und einem Widerstand R, ein in Reihe zu dieser Parallelschaltung angeordneter Schalter SW und eine Spannungsquelle V₁ verwendet, die zwischen dem Schalter SW und der Parallelschaltung aus dem Kondensator C und dem Widerstand R angeordnet ist. Die Klemmenspannung ana Kondensator C sei mit V_c bezeichnet, und es werde über den Schaher SW die Spannung F, an die Parallelschaltung aus Kondensator C und Widerstand R angelegt. 1st eier Schalter eingeschaltet, dann entspricht die Klemmenspannung V_r am KondensatorC dem Spannungswert K₁ der elektrischen Spannungsquelle. Wird zum Zeitpunkt t₀ der Schalter SW geöffnet, dann ändert sich die Klemmenspannung V_c am Kondensator C in Abhängigkeit von der Zeitr, wie in Fig. 1 B dargestellt. Das heißt, die Klemmenspannung V_c ist:

RC

Unter der Annahme, daß eine mit der Spannung V₁ zu vergleichende Spannung den Wert V₂ habe, schneidet, wie in F i g. IB dargestellt, nach der Zeitdauer Z₁ die Klemmenspannung V_c des Kondensators C die Spannung V₂, d. h., ist nach dieser Zeitdauer mit dieser Spannung gleich. Es gilt:

V₁ = V₁*
Aus Gleichung (2) folgt:

V₁

RC

Werden die Werte für den Widerstand R und den Kondensator C geeignet gewählt, dann entspricht die Zeitdauer f, der in den logarithmischen Wert umgewandelten Größe. Durch Zählen der in die Zeitdauer f, fallenden Impulse eines Impulsgenerators, der Impulse einer geeigneten Folgefrequenz erzeugt, wird die Zeitdauer f, in einen digitalen Wert umgewandelt. Wie bereits erwähnt, besteht eines dieser Probleme der bekannten Technik darin, daß ein Kondensator C und ein Widerstand R hoher Genauigkeit erforderlich sind, deren Werte sich in Abhängigkeit von der Zeit der Temperatur und der Feuchtigkeit nicht ändern. Es ist sehr schwierig und nur unter hohen Kosten möglich, diese Bedingungen einzuhalten. Zur Bestimmung der Zeitdauer J₁ ist außerdem ein Kristailschwinger mit hoher Genauigkeit und Zeitkonstanz erforderlich. Hierdurch werden die Kosten der Meßeinrichtung weiter erhöht.

F i g. 2 stellt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prinzips dar. Die beiden zu vergleichenden Signale V₁ und V₂ werden Anschlüssen 11 bzw. 12 zugeführt. An einem Anschluß 10 wird die umgewandelte logarithmische Ausgangsgröße K₀ erhalten. Eine elektrische Spannungsquelle 16 liefert eine Bezugsspannung V_R. Es sind ein Kondensator 14 und ein Widerstand 15 vorgesehen, deren Zeitkonstante CR ist. Außerdem ist ein Verstärker 20 mit großem Verstärkungsgrad vorhanden, dessen Phase am Ausgang gegenüber dem Eingang umgekehrt ist. Die Anordnung enthält eine Vergleichseinrichtung 21 mit zwei Eingangsklemmen 22 und 23, die an eine Leitung 27 ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Pegel der beiden den Eingangsklemmen 22 und 23 zugeführten Signale V₁ und F₂ gleich geworden ist. Das Ausgangs-

ao signal wird über die Leitung 27 einem umkehrbaren Zähler (Vorwärts-Rückwärtszähler) zugeführt. Ein Impulsgenerator 26 erzeugt eine Impulsfolge mit vorgegebener konstanter Periode. Die erzeugten Impulse werden in den umkehrbaren Zähler 25 eingegeben. Der Ausgang des umkehrbaren Zählers 25 steuert über eine Verbindungsleitung 28 einen Schaltsteuerkreis 24, dessen Information über eine Verbindungsleitung 29 zum umkehrbaren Zähler 25 zurückfließt. Durch den SchaHsteuerkreis 24 werden die in Fig. 2 dargestellten SchalterSW₁ bis SW₆ gesteuert. Tabelle 1 veranschaulicht die Zeitbeziehungen der Schalter SW₁ bis SW₆ im Hinblick auf die jeweiligen Zeitabschnitte T₀ bis T₄.

Tabelle 1

Zeitabschnitt	*SW₁*	*SWi*	Sch *SW,*	alter *SW,*	SW5	.SH',
T_n	EIN	AUS	EIN	AUS	AUS	EIN
T,	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS	EIN
t„ ....	AUS	AUS	AUS	EIN	EIN	EIN
■"2 T,	AUS	EIN	AUS	EIN	AUS	AUS
τ,	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS	EIN

1. Zeitabschnitt T₀

Wie in Tabelle 1 angegeben, sind bei der Schaltung gemäß F i g. 2 während des Zeitabschnittes T₀ die Schalter SW_V SW₃ und SW₉ eingeschaltet und die Schalter SW_SJ SW_t und SW₆ ausgeschaltet. Dies entspricht einem Schaltangsaufbau ähnlich Fig. IA, jedoch mit geschlossenem Schalter SW. Als Folge hiervon wird die Klemmenspannung V_c am Kondensator C gleich der Eingangssignalspannung V_v

2. Zeitabschnitt T₁

Wenn nach der Zeitdauer t₀ die Schalter SW₃₁ und SW₈ geschlossen und die Schalter SW₁, SW_t^ SW_A und SW_S geöffnet werden, beginnt während des Zeitabschnittes T, die Spannung V_c am Kondensator C, wie in Fig. IB dargestellt und durch Gleichung(1) angegeben, entsprechend der Entladezeitkonstante RC abzunehmen. Zu Beginn des Zeitabschnittes T₁ wird gleichzeitig vom Schaltsteuerkreis 24 über die Verbindungsleitung 29 ein Signal an den umkehrbaren Zähler 25 ausgesandt und mit dem Zähler dei vom Impulsgenerator 26 ausgegebenen Impulse begonnen. Nach der Zeitdauer i, vom Beginn des Zeitabschnittes T₁ an gerechnet, stimmt die der Eingangsklemme 23 der Vergleichseinrichtung 21 zugeführte Spannung V_c mit der Spannung V_s überein. Ir diesem Zeitpunkt sendet die Vergleichseinrichtung 21 an den umkehrbaren Zähler 25 über die Leitung 21 ein Signal aus, das die Zählung der von dem Impulsgenerator 26 gelieferten Impulse unterbricht. Die Anzahl der während des Zeitabschnittes T₁ durch der umkehrbaren Zähler gezählten Impulse sei n.

3. Zeitabschnitt T₂

Während des Zeitabschnittes T₂ sind die Schalte SW₄, SW₆ und SW_t ein- und die Schalter SW₁, SW

und SW _s ausgeschaltet. Während dieses Zeitabschnit tes wird der Kondensator 14 entladen, und die Span nung V₉ an der Ausgangsklemme 10 wird Null.

4. Zeitabschnitt 7*.,

Während des Zeitabschnittes 7Λ, sind die Schalter SW., und SW₄ geschlossen und die Schalter SW₁, SW'_a, SW₅ und SW_e geöffnet. Während dieses Zeitabschnittes bilden der Kondensator 14, der Wider stand 15 und der Verstärker 20 eine Integrationsschaltung mit der Zeitkonstante CR, durch die die Ausgangsspannung V_R der elektrischen Spannungsquelle 16 integriert wird, so daß die an der Ausgangs- klemme 10 auftretende Spannung linear ansteigt. Gleichzeitig zu Beginn des Zeitabschnittes T, sendet der Schaltsteuerkreis 24 über die Verbindungsleitung 29 ein Signal an den umkehrbaren Zähler 25 und setzt diesen in Betrieb. Der umkehrbare Zähler, der am Ende des Zeitabschnittes T₁ den Zählerstand η aufweist, zählt unter Verwendung der Impulse des Impulsgenerators 26 von diesem Zählerstand aus zurück. Das heißt, unter Verwendung der Impulse des Impulsgenerators 26 wird von η bis Null gezählt. Wenn der Zählerstand zu Null wird, ist die Auscangsspannung F₀ an der Ausgangsklemme 10:

/_n = - v_R log y.y ,

und hieraus wird:

κ,

V_n =
ⁿ

RC

(4)

25

Ist der Zählerstand Null erreicht, dann sendet der umkehrbare Zähler 25 über die Verbindungsleitung 28 ein Signal an den Schaltsteuerkreis 24.

5. Zeitabschnitt T₄

Während des Zeitabschnitts T₄ sind die Schalter SW₄ und SW^ geschlossen und die Schalter SW₁, SW₂, SW₃ und SW₆ geöffnet. In diesem Zustand wird die Spannung K₀ auf einem Wert gehalten, der durch Gleichung (4) bestimmt ist. Das heißt, während des Zeitabschnittes T_x wird die in Gleichung (4) angegebene Spannung K₀ aufrechterhalten.

Die Beziehung zwischen den Spannungen K₁ und K₂ ist durch Gleichung (2) dargestellt und der Logarithmus der Beziehung zwischen diesen Spannungen in Gleichung (3). Aus den Gleichungen (4) und (3) folgt die Beziehung:

45

log ^V* = - ^>7° . (5)

Das heißt, der Logarithmus des Verhältnisses zwisehen den Spannungen V₁ und K₂ ist umgewandelt in das Verhältnis der Spannungen V_R und V₀. Wie aus Gleichung (5) ohne weiteres ersichtlich, sind die Werte des Kondensators 14, des Widerstandes 15 und der Zeitdauer r, eliminiert. Dies bedeutet, daß die Genauigkeit der Umwandlung durch keinen dieser Faktoren beeinflußt wird, falls der Kapazitätswert C des Kondensators 14, der Widerstandswert R des Widerstandes 15 und die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 26 während der Zeitabschnitte T₀, T₁, T₂, T₃ und T₄ konstant gehalten werden. Es ist sehr leicht, diese Werte während der sehr kurzen Zeitdauer einer Umwandlung konstant zu halten. Auf die Genauigkeit der absoluten Werte des Widerstandes R der Kapazität C und der Impulsperiode kommt es nicht an.

Bei geeigneter Wahl der Spannung V_R zeigt die Ausgangsspannung V₀ den Dezibelwert an. Das heißt, aus Gleichung (5) leitet sich die folgende Beziehung ab:

'„=-K-RlOgIOlOg₁J-M (7)

Logarithmus 10 = 2,3026. Wird der Wert für V_R als Kehrwert von Logarithmus 10 gewählt, d. h.

V_R = log₁₀ e = 0,4343. dann wird die Gleichung (7) zu

Wird also der Wert V_R wie oben angegeben ausgewählt, dann kann der Wert V₀ leicht gehandhabt werden, da die so erhaltene loganthmische Ausgangsgröße V₀ in einen Digitalwert umgewandelt werden kann.

Aus der Erläuterung zu F i g. 2 ist ersichtlich, daß das Eingangs- und das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 des umkehrbaren Zählers 25 und des Schaltsteuerkreises 24 nicht auf das in F i g. 2 dargestellte Beispiel beschränkt sind. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 zui gleichen Zeit dem Schaltsteuerkreis 24 zugeführt werden, zu der es über die Leitung 27 dem umkehrbarer Zähler 25 zugeführt wird. Es ist auch möglich, da£ das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 durch Verbinden des Ausgangs der Vergleichseinrichtung mittels der Leitung 27 mit dem Schaltsteuerkreis 24 den Schaltsteuerkreis 24 steuert und das Ausgangssignal des Schaltsteuerkreises 24 den umkehrbaren Zähler 25 steuert. Ferner kann ein Haltekrei: zugefügt werden, der die an der Ausgangsklemme IC erhaltene Ausgangsspannung K₀ hält.

Die F i g. 3 A bis 3 E stellen eine Ausführungsforrr der in F i g. 2 nur als Blockdiagramm dargestellter Schaltung dar. Die Bezugszeichen entsprechen dener der Fig. 2. Gemäß Fig. 3 A wird das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 21 über die Leitung 27 derr Schaltsteucrkreis 24 zugeführt. Es ist zusätzlich eir K_u-Haltekreis vorhanden, der die an der Ausgangsklemme IG erhaltene Ausgangsspannung K₀ hält. Ir Fig. 3 A geben die Nummern 74190, 4490 und 7442 die Typennummern von integrierten Schaltkreisen an

Das Verhältnis zwischen den Spannungen V_R unc K₀ kann durch Verwendung bekannter Digitalvoltmeter nach dem Dual-Slope-Verfahren erhalten werden, wie sie z. B. in der Zeitschrift Technical Repori of the Institute of Electrical Engineers of Japar (Part ίI) No. 11, Committee of Digital Mcasurinf Instruments of the Institute of Electrical Engenineen of Japan, »Digital Electric Voltmeter«, S. 30 bis 37 veröffentlicht im September 1970, beschrieben sind

Es wird nun F i g. 4 im einzelnen erläutert. Di» Eingangsklemmen 101 bzw. 102 zugeführten Span nungen K₀ und - V_R werden über Schalter 103 bzw 104 einem Vorverstärker 105 mit dem Verstärkungs faktor μ, zugeführt. Das Ausgangssignal des Vorver stärkers 105 wird an eine Integrationseinrichtung ge liefert, die aus einem Widerstand 106 mit dem Widei standswert R₁, einem Kondensator 107 mit dem Kapa zitätswert C₁ und einem Verstärker 108 mit einer ausreichend großen Verstärkungsfaktor besteht. Dj

509 617/21

Ausgangssignal der Integrationseinrichtung wird über eine Vergleichseinrichtung 109 einem Zähler 111 zugeführt. Dieser wird außerdem von einem Impulsgenerator 110, der Impulse mit konstanter Periode bzw. Folgefrequenz erzeugt, gespeist und zählt die empfangenen Impulse. Der Ausgang des Zählers 111 ist über eine Leitung 114 mit einem Schaltsteuerkreis

10

115 verbunden. Die Ausgänge 116 bzw. 117 des Schaltsteuerkreises 115 steuern die Schalter 103 und 104.

Wie aus der folgenden Tabelle 2 ersichtlich, ist während des in F i g. 5 angegebenen Zeitabschnittes 7"_A der Schalter 103 eingeschaltet und der Schalter 104 ausgeschaltet.

Tabelle 2

Zeitabschnitt	Tk₁	103	Sch	alter	104
T_M	EIN			AUS
AUS			EIN

An der Ausgangsklemme des Verstärkers 108 erscheint dann eine Spannung mit der in F i g. 5 dargestellten Wellenform. Wenn das Ausgangssigna! des Verstärkers 105 den Nullpegel schneidet, sendet die Vergleichseinrichlung 109 ein Signal aus, das den Zähler in den Arbeitszustand bringt, so daß dieser dit Anzahl der durch den Impulsgenerator 110 erzeugten Impulse zählt. Erreicht die Zahl der gezählten Impulse einen vorgegebenen Wert N. dann wird dem Schaltstcuerkreis 115 über die Leitung 114 ein Ausgangssignal des Zählers 111 zugeführt. Wie in Tabelle 2 angegeben, wird der Schalter 103 eingeschaltet und der Schalter 104 ausgeschaltet. Der Zeitabschnitt T_M beginnt. Es wird sodann die Spannung — V_K, welche die umgekehrte Polarität wie die Spannung V_n besitzt und dem Anschluß 102 zugeführt wird, integriert und die Nullinie erneut geschnitten. Der Zähler 111 zählt während des Zeilabschnittes T_M M-Impulse, und der gezählte Wert M wird an der Klemme 112 erhalten. Durch die erwähnte Arbeitsweise folgt aus F i g. 5 die folgende Gleichung:

A₁C,

_K = 0,

Vn

Aus den Gleichungen (9) und (5) folgt ^M

und hieraus

= log "*

N V₂

= log 10'

(10)

(H) pulse, bis der Zeitabschnitt i,_v in den Zeitabschnitt t_M umwechselt, dann gibt M 0,001 dB (Spannungsverhältnis oder Stromverhältnis) pro Zähleinheit an. Wählt man N = 869, dann gibt M 0,01 dB pro Zähleinheit an.

Durch Multiplizieren der beiden Seiten der Gleichung (1 1) mit IQ'Iog 10 -= 4.343 wird die Gleichung Ο')

4,343 '" =

V.

(13)

Wird bei Gleichung (13) der Wert /V zu N = 4343 gewählt, dann gibt M 0,001 dB (elektrisches Leistungsverhältnis) pro Zähleinheit an. Der gezählte Wert Λ/ wird an der Ausgangsklemme 112 als Ausgangssigna! des Zählers 111 erhalten.

Bei einer weiteren Methode zur Verwirklichung der Beziehung

VR

M N

Wenn der Wert N geeignet gewählt wird, entspricht der Wert M dem umgewandelten logarithmischen Wert. Zum Beispiel wird durch Multiplizieren der Gleichung (11) mit

20/log 10 = 8,686 aus der Gleichung (11)

(12)

Wählt man N = 8686, d. h., zählt der Zähler 111 8686 der von dem Impulsgenerator 110 erzeugten Imwird ein integrierendes Digitalvoltmeter unter Ausnutzung der Impulsbreitenmodulation verwendet (Technical Report of the Institute of Electrical Engineers of Japan [Part II], No. 1 1, Committee of Digital Measurinu Instruments of the Institute of Electrical

₄- Engineers of Japan »Digital Electric Voltmeter'. ° S. 34 bis 38, veröffentlicht im Oktober 1970). Ei kann auch ein digitales Meßgerät unter Ausnutzung eines Analog-Digital-Umwandlcrs verwendet wcrder (Dempa Kagaku, Band 452, Ichiro Haga: »Genera View of VOAC 77 Fabricated in Iwatsu<>. S. 133 bi< 139, veröffentlicht durch Japan Broadcast Publishing Company Ltd., im April 1971).

Das an Hand der F i g. 4 und 5 erläuterte Digital voltmeter, das erwähnte integrierende Digital volt meter unter Ausnutzung der Impulsbreitenmodula tion und das digitale Meßgerät unter Verwendunj eines Analog-Digital-Umwandlers enthalten jeweil einen Impulsgenerator, einen Zähler, eine Vergleichs einrichtung usw., und diese Elemente können ge

wohnlich bei den Ausführungsformen gemäß diese Erfindung benutzt werden.

In F i e,. 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Aus führungsform zur Erzielung einer logarithmische: Ausgangsgröße K₀ dargestellt. Die Schaltung enthäl

Schalter 1 bis 6, einen Widerstand 17 mit dem Wider standswert /?.„ einen Kondensator 18 und weiter Elemente, die denen de r F i g. 2 entsprechen und mi der gleichen Zahl bezeichnet sind.

Tabelle 3

Zeitabschnitt	r„	I	2	Sch 3	jlter 4	⁵	⁶
T_n	AUS	EIN	AUS	EIN	AUS	EIN
r,	EIN	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS
τ.	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS
τ'	AUS	AUS	AUS	AUS	EIN	AUS
T_x	AUS	AUS	EIN	AUS	AUS	AUS
AUS	AUS	AUS	AUS	AUS	AUS

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, sind während des Zeitabschnittes 7„ die Schalter 2,4 und 6 eingeschaltet und die Schalter 1, 3 und 6 ausgeschaltet. Der Kondensator 18 wird mit der Spannung

■V,

aufgeladen und die Ladung gespeichert.

Während des Zeitabschnittes T₀ sind die Schalter 1 und 4 eingeschaltet und die Schalter 2, 3, 5 und 6 ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird dann mit der Spannung

aufgeladen.

Während des Zeitabschnittes T_x ist der Schalter 4 eingeschaltet, und sämtliche anderen Schalter sind ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird durch den Widerstand R gemäß

abschnittes wird ähnlich wie bei Fig. 2 die Ausgangsspannung V_K der elektrischen Spannungsquelle 16 mittels des umkehrbaren Zählers 25 und des Impulsgenerators integriert. An der Ausgangsklcmme 10 wird die in Gleichung (4) angegebene Spannung V_n

ao erhalten. Wenn in diesem Zustand der Zeitabschnitt T₁ beginnt, werden sämtliche Schalter 1 bis 6 ausgeschaltet, d. h. geöffnet und die in Gleichung (4) angegebene Spannung V_ü an der Ausgangsklemme 10 gehalten.

»5 Bei dem in den Fi g. 2 und 6 dargestellten Beispiel wird der umkehrbare Zähler 25 zum Zählen, der Zeitdauer /, benutzt. Hierfür ist jedoch nicht unbedingt ein umkehrbarer Zähler erforderlich. Es können z. B. zwei Zähler verwendet werden, wobei der erste Zähler die Impulse während des Zeitabschnittes T_x und der zweite Zähler die Impulse während des Zeitabschnittes 7"., zählt. Wenn der Zählwert des zweiten Zählers gleich dem des ersten Zählers wird, wird der Zeitabschnitt T₁₁ in den Zeitabschnitt T₄ übergeführt.

In Gleichung (4) setzen wir die Integrationszeit als f, ein. Wird jedoch hierfür Af₁(AO) eingesetzt, dann

R R,

folgt aus Gleichung (4):

Ri

entladen, und diese Spannung wird der Eingangsklemme 22 der Verglcichseinrichtung 21 zugeführt. Ist diese Spannung der an der Eingangsklemme 23 der Vergleichscinrichtung 21 anliegenden Spannung gleich, d. h., der Spannung

R R,

dann liefert die Vergleichseinrichtung an den umkehrbaren Zähler 25 ein Ausgangssignal. Als Folge hiervon wird die folgende Gleichung erhalten:

I/

's

R R,

In dieser Gleichung bedeutet die Zeit ;,. wie im Fall der F i g. 2, die Zeit, zu der die Vergleichseinrichtung 21 an den umkehrbaren Zähler 25 ein Ausgangssignal aussendet. Diese Zeit r, wird im umkehrbaren Zähler 25 gespeichert.

Während des Zeitabschnittes T₂ ist der Schalter 5 eingeschaltet, und sämtliche anderen Schalter 1. 2. 3. 4 und 6 sind ausgeschaltet. Der Kondensator 14 wird entladen.

Während des Zeitabschnittes T₁ ist der Schalter 3 eingeschaltet, und die übrigen Schalter 1, 2, 4. 5 und 6 sind ausgeschaltet. Während dieses Zeit-

(13)

Falls Gleichung (1?) in Gleichung (3) eingesetzt wird, kann die folgende, der Gleichung (5) entsprechende Gleichung erhalten werden

1ος "
' Γ,

- k

(14)

Bei den Anordnungen nach den F i g. 2 und 6 kann die Folgefrequenz /., der während des Zeitabschnittes T₃ von dem Impulsgenerator 26 an den umkehrbaren Zähler 25 gelieferten Impulse zweimal so groß wie die Frequenz /, der während des Zeitabschnittes 7*, gelieferten Impulse gewählt werden. Es ist also

und somit wird der Wert A zu A - 0,5. Es ist auch ohne weiteres möglich, 2 /., ■- /, zu machen, d. h A 2.

Bei den Anordnungen gemäß den F i g. 2 und ( wird ein umkehrbarer Zähler 25 verwendet. Falls eir Zähler und ein umkehrbarer Zähler verwendet wer den und der Zähler während des Zeitabschnittes T von Null bis π zählt und der umkehrbare Zähler vor Null bis η und von η bis Null während des Zeit abschnittes 7".,. dann kann der Wert Jt zu λ - 2 ge wählt werden.

Aus der obigen Erläuterung folgt, daß die Span

nuiig V₁ bzw. V₂ gewöhnlich als Spannung V_R der elektrischen Spannungsquelle 16 verwendet werden kanu.

Wie aus obiger Beschreibung ersichtlich ist, können die durch eine Änderung des Widerstandswertes oder Kapazitätswertes oder durch eine Ungenauigkeit bei der Zeitmessung bedingten Fehler völlig eliminiert

werden, und es kann eine hohe Genauigkeit ei wartet werden. Die Anordnung kann mit niedrigen Kosten realisiert werden. In besonderer Weise eignet sich die Erfindung für bekannte Pegelmesser, d. h. für den Teil eines Pegelmessers, in dem ein Eingangswechselsignal in ein Gleichstromsignal und dieses in einen logarithmischen Wert umgewandelt wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Umwandeln eines Eingangssignals in einen logarithmischen Wert, mit einem Kondensator, der mit einer dem ersten zu vergleichenden Eingangssignal (F₁) proportionalen elektrischen Ladung aufgeladen wird, mit einer Entladeeinrichtung, die einen Entladewiderstand zum Entladen der elektrischen Ladung des Kondensators umfaßt, mit einer Vergleichseinrichtung zum Erfassen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des Beginns der Kondensatorentladung über die Entladeeinrichtung bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Kondensatorspannung einer dem zu vergleichenden zweiten Eingangssignal (F₂) proportionalen Spannung gleich ist, und mit einer Integratiunseinrichtung zum Integrieren der Spannung einer elektrischen Spannungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert, der durch die Vergleichseinrichtung (21) erfaßten ao Zeitdauer mittels einer Speichervorrichtung (25) zwischengespeichert wird, daß die Integrationseinrichtung (R, C) die Spannung (V_R) der elektrischen Spannungsquelle (16) mittels desselben Kondensators (C) und desselben Widerstandes (R) während der durch die Speichervorrichtung (25) gespeicherten Zeitdauer integriert und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten Eingangssignal (V₂) und dem ersten Eingangssignal (F₁) bestimmt ist durch das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal (V₀) der Integrationseinrichtung (C, R) und der Spannung (V _R) der elektrischen Spannungsquelle (16).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Bezugsspannung als Spannungswert der elektrischen Spannungsquelle verwendet wird und daß der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen dem zweiten und dem ersten Eingangssignal als Ausgangssignalwert der Integrationseiniichtung bestimmt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingangsanschlußpunkt (11), welchem ein erstes Eingangssignal (F₁) zugeführt wird, und ein zweiter Eingangsanschlußpunkt (12), welchem ein zweites Eingangssignal (F₂) zugeführt wird, vorgesehen sind, daß der Kondensator (C) mit einer dem ersten Eingangssignal (F₁) proportionalen elektrischen Ladung aufgeladen wird, ferner die Entladeeinrichtung mit einem Entladewiderstand (R) zur Entladung des Kondensators (C) versehen und mit einem ersten Eingangsanschluß (23) der Vergleichseinrichtung (21) verbunden ist, ferner das zu vergleichende Eingangssignal (F₂) über den zweiten Eingangsanschlußpunkt (12) "einem zweiten Eingangsanschluß (22) der Vergleichseinrichtung (21) zugeführt und das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (21) auf einen umkehrbaren Zähler (25) gegeben wird, ferner ein linpulsgetierator (26) vorhanden ist, der Impulse mit vorgegebener konstanter Periode erzeugt und an den umkehrbaren Zähler (25) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Schaiuteuerkreis (24) verbunden ist, dessen Information wiederum zu dem umkehrbaren Zähler (25) zurückgeführt wird, schließlich eine mehrere Schalter aufweisende Schaltvorrichtung (SW₁ bis SW₆ oder 1 bis 6) vorgesehen ist, die gemäß folgendem Programm gesteuert wird:

a) wenn die Entladevorrichtung (R) mit der Entladung des Kondensators (C) beginnt, sendet der Schaltsteuerkreis (24) an den umkehrbaren Zähler (25) ein Signal, und letzterer beginnt die vom Impulsgenerator (26) gesendeten Impulse vorwärtszuzählen;

b) wenn die dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluß (22,23) der Vergleichseinrichtung {'21) zugeführten Spannungen einen gleichen Wert erreichen, sendet die Vergleichseinrichtung (21) ein Signal an den umkehrbaren Zähler, uih diesen zu stoppen, und der Schaltsteuerkreis (24) bildet einen die Spannung der Spannungsquelle integrierenden Schaltungskreis; der umkehrbare Zähler (25) beginnt die vom Impulsgenerator (26) ausgesandten Impulse rückwärtszuzählen; wenn der Zählstand im umkehrbaren Zähler (25) Null wird, wird die Ausgangsspannung des Kondensators gehalten, und der logarithmische Wert des Verhältnisses zwischen zweitem (F₂) und erstem (F₁) Eingangssignal wird bestimmt durch das Verhältnis zwischen dem Ausgangssigna! (F₀) des Kondensators (C) und der Spannung (V _R) der elektrischen Spannungsquelle (16).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen zwischen den ersten Eingangsanschlußpunkt (11) und den Eingangsanschluß eines Verstärkers (20) geschalteten ersten Schalter (SW₁) enthält, der Verstärkereingangsanschluß mit dem ersten Eingangsanschluß (23) der Vergleichseinrichtung (21) verbunden ist, ein zweiter Schalter (SW₂) zwischen die elektrische Spannungsquelle (16) und den Entlade widerstand (R), dessen anderer Anschluß mit dem Verstärkereingangsanschluß verbunden ist, geschaltet ist, ein dritter Schalter (SW₃) zwischen den Kondensator und Erde geschaltet ist, ein vierter Schalter (SW₄) zwischen den Verstärkerausganp^anschluß und den Verbindungspunkt zwischen Kondensator und drittem Schalter (SW_x) geschaltet ist, ein fünfter Schalter (SW₅) parallel zum Kondensator (C) angeordnet und ein sechster Schalter (SW_e) zwischen den Verbindungspunkt zwischen zweitem Schalter (SW₂) und Entladewiderstand (R) und Erde geschaltet ist, und daß die Schalter (SW₁ bis SWg) durch den Ausgang (30) des Schaltsteuerkreises (24) auf folgende Weise gesteuert werden:

Zeitabschnitt SW₁ SW₂ EIN
EIN
AUS SW₄ AUS
AUS
EIN sw. T_n .... EIN
AUS
AUS AUS
AUS
AUS AUS AUS
AUS
EIN AUS EIN
EIN
EIN t\ AUS EIN AUS EIN AUS AUS Γ AUS AUS EIN EIN T. T

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung einen mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (11) und einem Widerstand (17) verbundenem ersten Schalter (1) enthält und der andere Anschluß des Widerstands (17) an einen Eingangsanschluß eines Verstärkers (20) angescnlossen ist, ein zweiter Schalter (2) zwischen dem zweiten Eingangsanschlußpunkt (12) und dem Widerstand (17) anppordnet ist, ein dritter Schalter (3) zwischen die elektrische Spannungsquelle (16) und den Entladewiderstand (/?) geschaltet und der andere Anschluß des Entkdewiderstandes mit dem Kondensator (C) und dem Verstärkereingangsanschluß verbunden ist, ein vierter Schalter (4) zwischen den anderen Entladewiderstandsanschluß und den anderen Kondensatoranschluß geschaltet ist, ein fünfter Schalter (5) parallel zum Kondensator (C) angeordnet und ein sechster Schalter (6) zwischen den fünften Schalter (5) und den ersten Eingangsanschiuß (23) der Vergleichseinrichtung (21) geschaltet ist, und daß die Schalter (1 bis 6) vom Schaitsteuerkreis (24) auf folgende Weise gesteuert werden: