DE3322471A1

DE3322471A1 - Measuring arrangement for detecting current or voltage values

Info

Publication number: DE3322471A1
Application number: DE19833322471
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Heidel; Walter Dipl.-Ing. 7592 Renchen Sibler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1985-01-03

Abstract

In this arrangement, a pulse sequence, the frequency of which is proportional to the current or voltage value to be measured, is generated in accordance with the charge balance method by means of an integration arrangement (I) followed by oscillation-generating means. So that values or changes of the values in the range of small currents or voltages can also be rapidly detected, the evaluating electronics (VCO), the output frequency of which is also proportional to the value to be detected, are driven by the output signal of the integration arrangement (I) via a differentiating chip (DB). The invention can be mainly used for measuring low currents in neutron flux measurement. <IMAGE>

Description

Meßanordnung zur Erfassung von Strom- oder Spannungswer-Measuring arrangement for the acquisition of current or voltage values

ten Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zur Erfassung von Strom- oder Spannungswerten mit einer Integrationsanordnung, bei der die von dem Wert des zu erfassenden Stroms oder Spannung abhängige Lade- oder Entladezeit ausgewertet wird, und mit eine Schwingung erzeugenden Schaltmitteln, deren Frequenz von der Lade- bzw. Entladezeit abhängt.The invention relates to a measuring arrangement for detection of current or voltage values with an integration arrangement in which the of the value of the current or voltage to be recorded depending on the charging or discharging time is evaluated, and with a vibration generating switching means, the frequency depends on the charging or discharging time.

Bei einer bekannten Meßanordnung dieser Art ("Elektronik" 74, Heft 12, Seiten 469 - 472) wird ein Kondensator der Integrationsanordnung nach einem sogenannten Ladungs-Bilanz-Verfahren mit einer konstanten Ladungsmenge geladen und anschließend durch den zu messenden Strom entladen. Aus der Zeitdifferenz zwischen Lade- und Entladezustand wird auf die Höhe des zu messenden Stroms geschlossen. Nimmt beispielsweise der Strom zu, so wird der Kondensator schneller entladen, und die Zeitdifferenz wird kleiner. Bei abnehmenden Strömen vergeht eine größere Zeit bis zum Entladezustand. Somit werden solche Änderungen erst später erkannt. Bei geringen zu messenden Strömen ist die Zeitspanne bis zum Erkennen einer Änderung aber auch bei zunehmendem Meßstrom relativ groß. Die zur Messung herangezogenen Zeitspannen der Entladezeit werden daher vom jeweiligen Wert des Stromes bzw. der Spannung beeinflußt und gestatten somit eine Erfassung der Strom- bzw. Spannungswerte.In a known measuring arrangement of this type ("Electronics" 74, booklet 12, pages 469 - 472) is a capacitor of the integration arrangement according to a so-called charge balance method charged with a constant amount of charge and then discharged by the current to be measured. From the time difference between The state of charge and discharge is deduced from the level of the current to be measured. For example, if the current increases, the capacitor is discharged faster, and the time difference becomes smaller. With decreasing currents, a greater time passes until it is discharged. This means that such changes are only recognized later. at low currents to be measured is the time until a change is detected but also relatively large with increasing measuring current. The ones used for the measurement The time spans of the discharge time are therefore dependent on the respective value of the current or the Voltage influences and thus allow the current or voltage values to be recorded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zur Erfassung von Strom- oder Spannungswerten zu schaffen, bei der die Erfassung auch von geringen Strom-oder Spannungswerten in einer geringen Meßzeit mit hoher Genauigkeit erreicht werden kann.The invention is based on the object of a measuring arrangement for detection of current or voltage values with which the detection of low Electricity or Voltage values in a short measuring time with high Accuracy can be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine Meßanordnung der eingangs angegebenen Art einen Differenzierbaustein auf, über den der Ausgang der Integrationsanordnung mit einer Auswerteelektronik verbunden ist, die, abhängig von der Änderung des Ausgangssignals des Differenzierbausteins, den Wert der Strom- bzw. Spannungsänderung ermittelt.To solve this problem, a measuring arrangement has the type specified at the beginning Kind of a differentiating module via which the output of the integration arrangement is connected to evaluation electronics, which, depending on the change in the output signal of the differentiation module, the value of the current or voltage change is determined.

Durch die erfindungsgemäße Differenzierung der zur Messung herangezogenen Lade- bzw. Entladekurve der Integrationsanordnung, die sägezahnförmig verläuft, entsteht somit eine Gleichspannung, deren Wert von der Steigung der Flanken des Sägezahns abhängt. Mit dieser Gleichspannung wird in vorteilhafter Weise der spannungsabhängige Oszillator angesteuert, der, abhängig vom Wert der Eingangsspannung, ein Signal unterschiedlicher Frequenz an seinem Ausgang abgibt. Durch den mit der Differenzierung bewirkten Spannungs sprung der Gleichspannung können auch Stromänderungen im Bereich von äußerst geringen zu erfassenden Strömen bzw. Spannungen schnell ausgewertet werden, da der Spannungssprung der Gleichspannung entsprechend der Auslegung des Oszillators unmittelbar zu einer erheblichen Frequenzänderung des Ausgangssignals führen kann. Die Frequenzänderung ist hierbei der Strom- bzw. Spannungsänderung direkt proportional. Je nach Dynamikbereich des zu erfassenden Stroms bzw. Spannung lassen sich mehrere Dekaden des Strom- bzw. Spannungsbereichs auf Änderungen überwachen. Zweckmäßigerweise werden die Dekaden überwacht, bei denen eine sehr lange Zeit nötig ist, um beispielsweise den Entlade zustand der Integrationsanordnung zu erreichen (beispielsweise bei sehr kleinen Strömen).Due to the differentiation according to the invention of those used for the measurement Charging and discharging curve of the integration arrangement, which runs in a sawtooth shape, This creates a DC voltage, the value of which depends on the slope of the edges of the Saw tooth depends. With this DC voltage, the voltage-dependent Controlled oscillator, which, depending on the value of the input voltage, generates a signal emits different frequency at its output. Through the one with the differentiation caused voltage jump of the DC voltage can also change current in the range of extremely low currents or voltages to be recorded are quickly evaluated because the voltage jump of the DC voltage according to the design of the Oscillator directly results in a significant change in the frequency of the output signal can lead. The change in frequency is the change in current or voltage directly proportional. Depending on the dynamic range of the current or voltage to be recorded several decades of the current or voltage range can be monitored for changes. The decades for which a very long time is required are expediently monitored is to achieve, for example, the state of discharge of the integration arrangement (for example with very small currents).

Die Auswertung von Strom- bzw. Spannungsänderungen mit dem erfindungsgemäßen Differenzierbaustein kann auch parallel zu dem aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Ladungs-Bilanz-Verfahren mit einer Impuls schaltung betrieben werden, die dann weiterhin die Auswertung von Strom- oder Spannungswerten vornimmt, bei denen aufgrund der Größe dieser Werte die Meßzeit nicht kritisch ist.The evaluation of current or voltage changes with the inventive Differentiating module can also be used in parallel to the state mentioned at the beginning known in the art, the charge balance method with a pulse circuit operated which then continues to evaluate current or voltage values, where the measurement time is not critical due to the size of these values.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert, wobei Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer bekannten Meßanordnung, Figur 2 die in der bekannten Meßanordnung auftretenden Impulsdiagramme und Figur 3 ein Prinzipschaltbild der Meßanordnung mit Differenzierbaustein und Auswerteelektronik zeigt.The invention is explained with reference to the figures, FIG. 1 being a Basic circuit diagram of a known measuring arrangement, FIG. 2 the one in the known measuring arrangement occurring pulse diagrams and Figure 3 is a basic circuit diagram of the measuring arrangement with differentiating module and evaluation electronics shows.

In der Figur 1 ist eine bekannte Meßanordnung dargestellt, bei der an einem Eingang 1 ein zu erfassender Detektorstrom Id anliegt, der auf einen Eingang 2 einer Integrationsanordnung I geführt ist. An den Eingang 2 ist ebenfalls eine Konstantstromquelle IK über einen Schalter S und eine Diode D angeschaltet. Die Konstantstromquelle IK gibt einen konstanten Strom Iref ab. Die Integrationsschaltung I enthält einen Operationsverstärker OP, der in seiner Rückführung einen Kondensator C aufweist und an seinem ersten Eingang 3 mit dem Eingang 2 der Integrationsanordnung I und an seinem zweiten Eingang 4 mit Masse verbunden ist. Der Ausgang 5 ist auf einen ersten Eingang 6 eines Komparators K geführt, an dessen zweitem Eingang 7 Masse angeschaltet ist. Der Komparator K ist über einen Timer TI (beispielsweise ein Monoflop) auf den Ausgang 8 der bekannten Meßanordnung geführt. Mit dem Ausgang 8 ist ebenfalls ein Schaltkontakt des Schalters S verbunden.In the figure 1, a known measuring arrangement is shown in which a detector current Id to be detected is present at an input 1, which is applied to an input 2 of an integration arrangement I is performed. There is also one at entrance 2 Constant current source IK switched on via a switch S and a diode D. the Constant current source IK outputs a constant current Iref. The integration circuit I contains an operational amplifier OP, which has a capacitor in its return C and at its first input 3 to the input 2 of the integration arrangement I and is connected to ground at its second input 4. Output 5 is open out a first input 6 of a comparator K, at the second input 7 Ground is switched on. The comparator K is via a timer TI (for example a monoflop) led to the output 8 of the known measuring arrangement. With the exit 8, a switching contact of the switch S is also connected.

Bei der Schaltungsanordnung nach der Figur 1 wird der zu messende Detektorstrom Id an den Eingang 2 der Integrationsanordnung I geführt, an dessen Ausgang 5 somit eine negative Rampe entsteht. Der nachfolgende Komparator K, dessen Schwelle hier bei 0 Volt liegt, hat eine sehr kleine Hysterese und steuert den Timer TI an. Die Zeitbasis des Timers TI ist fest eingestellt (beispielsweise 1 /us).In the circuit arrangement according to FIG. 1, the one to be measured Detector current Id led to the input 2 of the integration arrangement I, at its Output 5 thus creates a negative ramp. The following comparator K, whose The threshold here is 0 volts, has a very small hysteresis and controls the timer TI on. The time base of the timer TI is fixed (for example 1 / us).

Der Timer TI schließt während dieser fest vorgegebenen Zeit den Schalter S, wodurch ein von der Konstantstromquelle IK erzeugter Referenzstrom Iref über die Diode D die Integrationsanordnung I am Eingang 2 zurücksetzen kann. Die Entladungsportion As ist hier gegeben durch den konstanten Referenzstrom Iref und durch die fest vorgegebene Zeit #t des Timers TI: Iref atat = As Durch den sich ständig wiederholenden Vorgang des Aufladens und Entladens des Kondensators C in der Integrationsanordnung I entsteht eine Impulsfolge am Ausgang 8 der Schaltungsanordnung, deren Impulsfolgefrequenz von der Entladezeit und somit von der Größe des zu messenden Stroms Id abhängt.The timer TI closes the switch during this fixed time S, whereby a reference current Iref generated by the constant current source IK over the diode D can reset the integration arrangement I at input 2. The discharge portion As is given here by the constant reference current Iref and by the fixed value Time #t of the timer TI: Iref atat = As Due to the repetitive process the charging and discharging of the capacitor C in the integration arrangement I arises a pulse train at the output 8 of the circuit arrangement, the pulse train frequency depends on the discharge time and thus on the size of the current Id to be measured.

In der Figur 2 sind die in der Meßanordnung auftretenden Spannungsverläufe über der Zeit t dargestellt. Im Diagramm a ist der Verlauf des zu erfassenden Stroms Id dargestellt, der zum Zeitpunkt t1 einen Sprung in seiner absoluten Größe macht. Im Diagramm b sind die Ladungspulse über der Zeit dargestellt, mit denen der Kondensator C der Integrationsanordnung I aufgeladen wird. Im Diagramm c ist der Verlauf der Integrationsspannung U am Eingang 6 des Komparators K dargestellt. Hier ist ersichtlich, daß zum Zeitpunkt t1 sich der zeitliche Verlauf der Entladespannung ändert, so daß sich insgesamt eine Veränderung der Entladezeitspanne von #t1 nach #t2 ergibt. Diese Änderung der Entladezeit ergibt, wie aus Diagramm d ersichtlich, eine Änderung der Impulsfolgefrequenz am Ausgang 8 der Meßanordnung.The voltage profiles occurring in the measuring arrangement are shown in FIG shown over time t. Diagram a shows the course of the current to be recorded Id is shown, which makes a jump in its absolute size at time t1. In diagram b, the charge pulses are shown over time with which the capacitor C of the integration arrangement I is charged. In diagram c is the course of the Integration voltage U at input 6 of comparator K is shown. Here you can see that at time t1 the time course of the discharge voltage changes, so that overall there is a change in the discharge period from # t1 to # t2. These As can be seen from diagram d, a change in the discharge time results in a change in the Pulse repetition frequency at output 8 of the measuring arrangement.

Bei der in der Figur 3 dargestellten Meßanordnung sind die mit der Meßanordnung nach der Figur 1 übereinstimmenden Bauteile in gleicher Weise wie bei der Figur 1 bezeichnet.In the measuring arrangement shown in Figure 3 with the Measuring arrangement according to Figure 1 matching components in the same way as in of Figure 1 denotes.

Hier ist vom Ausgang 5 der Integrationsanordnung I eine Verbindung zu einem Differenzierbaustein DB geführt, der an seinem Ausgang 10 eine Gleichspannung abgibt, die sich, abhängig von der Steigung der Entladekurve des Sägezahns nach Diagramm c aus Figur 2, in ihrem absoluten Wert ändert. Dieser absolute Sprung der Gleichspannung am Ausgang 10 des Differenzierbausteins DB kann-in seiner Größe durch eine entsprechende Auslegung des Differenzierbausteins DB festgelegt werden. Die Gleichspannung am Ausgang 10 wird auf einen Spannungsregeleingang 11 eines spannungsabhängigen Oszillators VCO geführt, der an seinem Ausgang 12, der gleichzeitig einen weiteren Ausgang der Meßanordnung darstellt, eine Spannung abgibt, die einen von der Gleichspannung am Eingang 11 abhängigen Frequenzwert aufweist.Here is one of the output 5 of the integration arrangement I. link led to a differentiating block DB, which at its output 10 a DC voltage emits, which, depending on the slope of the discharge curve of the sawtooth Diagram c from FIG. 2 changes in its absolute value. This absolute leap the DC voltage at the output 10 of the differentiating module DB can - in its size a corresponding design of the differentiating block DB can be specified. the DC voltage at output 10 is applied to a voltage control input 11 of a voltage-dependent Oscillator VCO led, at its output 12, which at the same time another Represents the output of the measuring arrangement, emits a voltage which is one of the direct voltage at the input 11 has a dependent frequency value.

2 Patentansprüche 3 Figuren2 claims 3 figures

Claims

Measuring arrangement for the acquisition of current or voltage values with - an integration arrangement (I), in which the value of the to be detected Current or voltage dependent charging or discharging time is evaluated, and with - a vibration generating switching means (K, TI), the frequency of which depends on the charging or discharge time depends on that - the Output of the integration arrangement (I) via a differentiating module (DB) with a Evaluation electronics are connected, which, depending on the change in the output signal of the differentiating module (DB), the value of the current or voltage change is determined.

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c n e t that - the evaluation electronics are a voltage-dependent oscillator (VCO) where the change in output frequency is the change in current or voltage is directly proportional.