DE1263179B - Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit Vorrichtung zur Kompensation der Nullinien-Auswanderung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4MWWt PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIr

Deutsche KL: 21 e-38/01 1

Nummer: 1263179

Aktenzeichen: B 82679IX d/21 e

Anmeldetag: 3. Juli 1965

Auslegetag: 14. März 1968

Die Erfindung betrifft einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit einer Vorrichtung zur Kompensation der Nullinien-Auswanderung, bei welchem am Eingang eine zu nutzende Meßspannung nur während bestimmter Zeitabschnitte auftritt und bei welchem der Eingangsspannung eine Kompensationsspannung überlagert wird, die zwischen den besagten Zeitabschnitten von der gegebenenfalls auftretenden, durch Nullinien-Auswanderung bedingten Ausgangsfrequenz steuerbar ist.

Stand der Technik

Spannungs-Frequenz-Umsetzer benutzt man insbesondere, um einen Meßwert zeitlich zu integrieren. Der Meßwert wird in eine Frequenz einer Impulsfolge umgesetzt, und die erhaltenen Ausgangsimpulse werden einem Zähler zugeführt. Der Zähler liefert dann das Zeitintegral in digitaler Form. Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Spannungs-Frequenz-Umsetzers ergibt sich in der Gaschromatographie. Die einzelnen Komponenten eines aus der Trennsäule eluierten Gasgemisches liefern nacheinander erscheinende Detektorsignale von etwa glockenförmigem Zeitverlauf. Dazwischen ist das Detektorsignal theoretisch Null. Die interessierende Größe ist die Fläche unter der sich bei der Aufzeichnung in Chromatogramm ergebende »Bande«. Diese Fläche wird erhalten, indem man das Detektorsignal in eine dazu proportionale Frequenz umsetzt und dann die erhaltenen Ausgangsimpulse in einem Zählwerk aufsummiert. Es sind für solche Zwecke Spannungs-Frequenz-Umsetzer bekannt, bei denen die Polarität der Ausgangsimpulse von der Polarität der Eingangsspannung (z. B. der Detektorspannung) abhängt oder bei denen Ausgangsimpulse gleicher Polarität an zwei verschiedenen Ausgängen auftreten.

Es läßt sich nun oft nicht vermeiden, daß sich die Basis- oder Nullinie, d. h. das Detektorsignal zwischen zwei Banden, langsam mit der Zeit verändert. Es ist bekannt, eine solche Nullinien-Auswanderung bei einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer zu kompensieren. Das geschieht durch eine der Eingangsspannung überlagerte Kompensationsspannung, die zwischen den Banden* d. h. dann, wenn eigentlich keine Meßspannung auftreten sollte, von der Ausgangsfrequenz steuerbar ist. Diese Steuerung erfolgt bei der bekannten Anordnung derart, daß die Ausgangsfrequenz auf einen Wert von einigen Hertz geregelt wird. Die Nullinie liegt bei der bekannten Anordnung also bei einigen Hertz, was natürlich einen linear mit der Zeit anwachsenden und gesondert zu berücksichtigenden Fehler bei der Aufsummierung

Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit Vorrichtung zur Kompensation der Nullinien-Auswanderung

Anmelder:

Bodenseewerk Perkin-Elmer & Co. G. m. b. H.,

7770 Überlingen, Im Weingärtle

Als Erfinder benannt:
Gerhard Siess, 7771 Owingen

der Pulse zur Folge hat. Man muß diesen Nachteil aber offenbar in Kauf nehmen, weil bei der bekannten Anordnung der Spannungs-Frequenz-Umsetzer nur Pulse ein und derselben Polarität liefert und negative Eingangsspannungen unterdrückt.

Die Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der bekannten Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit automatischer Kompensation der Nullinien-Auswanderung zu vermeiden. Die Er-. findung besteht darin,

(a) daß der Spannungs-Frequenz-Umsetzer in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Polarität der Eingangsspannung Ausgangspulse unterschiedlicher Polarität, oder Ausgangspulse gleicher Polarität an zwei, verschiedenen Ausn gangen lief ert,

(b) daß durch Veränderung der Kompensationsspannung in Abhängigkeit von der Art der Aus- gangspulse die Ausgangsfrequenz auf den Wert Null regelbar ist.

Das kann vorteilhafterweise in der Form geschehen, daß die Kompensationsspannung von einem Po-. tentiometer abgenommen wird und daß zur Versteif lung des Potentiometers ein Schrittmotor dient, welcher von den Ausgangspulsen des Umsetzers beaufschlagt wird und derart steuerbar ist, daß sein Drehsinn von der Art der Ausgangspulse abhängt.

Die Steuerung des Schrittmotors in Abhängigkeit. von der Polarität der Pulse kann in der Form er-. folgen, daß zur Steuerung des Schrittmotors ein Ring-, zähler mit vier Zellen (bistabilen Kippstufen) ist und über Dioden die Ausgangspulse des Umsetzers je nach ihrer Art dem Vorwärts- oder dem Rückwärtseingang dieses Zählers zugeführt werden, daß die Ausgänge der Zellen an Eingängen von ODER-Gattern anliegen und daß die Ausgänge zweier ent-

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sprechender ODER-Gatter jeweils in einer der Erregerwicklungshälften des Schrittmotors ansteuern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht als Blockschaltbild die NulHnien-Regelung nach der Erfindung; F i g. 2 zeigt die Steuerung des. Schrittmotors.

Der Regelkreis

Am Eingang 10 eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers 11 liegt eine Meßspannung, z. B. die Detektorspannung eines Gaschromatographen. Der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 11 kann beispielsweise nach Art der deutschen Auslegeschrift 1184 415 ausgebildet sein und einen Miller-Integrator enthalten, also einen Verstärker mit hohem (im Idealfall unendlichen) Verstärkungsgrad, dessen Ausgang über einen Kondensator auf den Eingang rückgekoppelt ist. Parallel zu dem Kondensator liegt eine Glimmlampe, die beim Erreichen einer bestimmten Kondensationsspannung zündet und über welche sich der Kondensator entlädt. Es ergibt sich dann eine Folge von sägezahnförmigen Ausgangspulsen, deren Frequenz und Polarität von der Größe und Polarität der Eingangsspannung abhängt, wobei die Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz von der Eingangsspannung in weiten Grenzen linear ist. Es kann natürlich noch eine geeignete Impulsformerstufe vorgesehen werden. ^

Die Ausgangspulse können einem Zähler zwecks Integration zugeführt werden. Außerdem werden sie auf die Steuerschaltung 12 eines Schrittmotors 13 gegeben. Der Schrittmotor 13 schaltet bei jedem Ausgangspuls um einen Schritt weiter, und zwar nach der einen oder der anderen Richtung, je nachdem, ob der Puls positive oder negative Polarität hat. Von dem Schrittmotor 13 ist der Schleifer eines Potentiometers 14 verstellbar, an dem eine Hilfsspannung anliegt. Die an dem Potentiometer 14 abgegriffene Spannung wird der Meßspannung am Eingang des Spannungs-Frequenz-Wandlers (mit der einen oder der anderen Polarität) überlagert.

Durch nicht näher dargestellte Mittel ist dafür gesorgt, daß die Nullinienregelung ausgeschaltet ist, wenn die einzelnen Banden erscheinen und die eigentliche Messung und Integration erfolgt. Nur zwischen den Banden erfolgt eine Einstellung der Nullinie. Die An- und Abschaltung der Nullinienregelung kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Zeitableitung der Eingangsspannung erfolgen. Sobald diese Zeitableitung eine bestimmte Größe überschreitet, bedeutet dies, daß ein zu messendes Signal auftritt, also beispielsweise bei einem Chromatographen die nächste Bande erscheint. Dann wird die Nullinienregelung abgeschaltet.

Die Schrittmotor-Steuerung (F i g. 2)

Die Schrittmotor-Steuerung 12 enthält einen Ringzähler 28, dessen einzelne Glieder jeweils zwei Eingänge besitzen, von denen einer eine Vorwärtszählung 26, der andere eine Rückwärtszählung 27 besitzt. Die Eingänge sind durch Dioden voneinander entkoppelt. Die beiden Eingänge werden über je einen Kanal vom Spannungs-Frequenz-Wandler derart angesteuert, daß die einer positiven Meßspannung entsprechenden Impulse auf dem einen Kanal, die einer negativen Meßspannung entsprechenden Impulse auf dem anderen Kanal ankommen. Ein solcher Ringzähler, der an sich bekannt ist, besteht aus Flip-Flops, die nach Art eines Schieberegisters im Ring gehaltert sind, so daß bei aufeinanderfolgenden Impulsen auf dem Vorwärtseingang 26 ein L-Zustand schrittweise von Flip-Flop 1 in die Flip-Flops 2, 3 und 4 geschoben wird und dann beim nächsten Impuls wieder in das Flip-Flop 1 springt, worauf sich der Zyklus wiederholt. Bei Impulsen auf den Rückwärts-Eingang 27 wandert der L-Zustand in entgegensetzter Richtung.

Die Ausgänge des Ringzählers 28 sind durch vier ODER-Gatter 29, 30, 31 und 32 miteinander verknüpft. Ausgang 1 liegt an den ODER-Gattern 29 und 31. Ausgang 2 liegt an den ODER-Gattern 29 und 32. Der Ausgang 3 des Zählers 28, also der Ausgang des dritten Flip-Flops, liegt an einem Eingang des ODER-Gatters 30 sowie, an einem Eingang 32 des ODER-Gatters 32. Der Ausgang 4 des Ringzählers 28 liegt an den ODER-Gattern 30 und 31.

Die Ausgänge der ODER-Gatter 29 und 30 liegen über Verstärkerstufen 33 bzw, 34 an den Enden I und II der einen Motorwicklung 35 des Schrittmotors. Die Ausgänge der ODER-Gatter 31 und 32 liegen über Verstärkerstufen 36 bzw. 37 an den Enden III und IV der Wicklung 38 des Schrittmotors. Bei Fortschalten des Ringzählers 28 in der einen oder anderen Richtung wird der Magnetrotor 39 des Schrittmotors mit entsprechendem Drehsinn schrittweise verdreht. Wenn der Zähler einen Zyklus durchläuft, bei welchem nacheinander die Zellen 1, 2, 3 oder 4 das Signal L führen, dann liegt die Erregung der Motorwicklung nacheinander an folgenden Enden an: Ι-ΠΙ, I-IV, H-IV, Π-ΠΙ. Das führt dann zu einem positiven Drehsinn des Motorankers. Wenn dagegen die Erregungszustände in entgegengesetzter Folge erscheinen, also der Zähler bei Eingangsimpulsen entgegengesetzter Polarität in umgekehrter Richtung umläuft, dreht der Motoranker mit negativem Drehsinn.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit einer Vorrichtung zur Kompensation der Nullinien-Auswanderung, bei welchem am Eingang eine zu nutzende Meßspannung nur während bestimmter Zeitabschnitte auftritt und bei welchem der Eingangsspannung eine Kompensationsspannung überlagert wird, die zwischen den besagten Zeitabschnitten von der gegebenenfalls auftretenden, durch Nullinien-Auswanderung bedingten Ausgangsfrequenz steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß der Spannungs-Frequenz-Umsetzer (11) in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Polarität der Eingangsspannung Ausgangspulse unterschiedlicher Polarität oder Ausgangspulse gleicher Polarität an zwei verschiedenen Ausgängen liefert,

(b) daß durch Veränderung der Kompensationsspannung in Abhängigkeit von der Art der Ausgangspulse die Ausgangsfrequenz auf den Wert Null regelbar ist.

2. Spannung-Frequenz-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannung von einem Potentiometer (14) abgenommen wird und daß zur Verstellung

des Potentiometers (14) ein Schrittmotor (13) dient, welcher von den Ausgangspulsen des Umsetzers (11) beaufschlagt wird und derart steuerbar ist, daß sein Drehsinn von der Art der Ausgangspulse abhängt.

3. Spannungs-Frequenz-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Schrittmotors (13) ein Ringzähler (28) mit vier Zellen (bistabilen Kippstufen) ist und über Dioden (24) die Ausgangspulse des Umsetzers je nach ihrer Art dem Vorwärts- oder dem Rückwärtseingang (26, 27) dieses Zählers (28) zugeführt werden, daß die Ausgänge (1, 2, 3, 4) der Zellen an Eingängen von ODER-Gattern (29 bis 32) anliegen und daß die Ausgänge zweier entsprechender ODER-Gatter jeweils in einer der Erregerwicklungshälften des Schrittmotors ansteuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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