DE1591869C - Anordnung zum gleichzeitigen Messen von Gleichströmen in linearem und loga nthmischem Maßstab - Google Patents

Description

I 591869

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum gleichzeitigen Messen von Gleichströmen in ■ linearem und logarithmischein Maßstab mit einem \ Eingangsverstärker, der einen Gegenkopplungszweig mit einem Widerstand mit einer Halbleiterdiode aufweist, und mit einem an den Widerstand angeschlossenen ersten Ausgangskanal und einem an die Halbleiterdiode angeschlossenen zweiten Ausgangskanal, von denen der erste eine rein lineare Spannung und " der zweite eine aus dieser linearen Spannung und einer logarithmischen Spannung zusammengesetzte Spannung führt. ,

In der Elektronik stellt sich häufig die Aufgabe, z. IJ. bei der Überwachung von Kernreaktoren oder im Rahmen des Strahlungsschutzes, Gleichströme einerseits in einem logarithmischen Meßkanal in logarithmischem Maßstab und andererseits in einem linearen Meßkanal in linearem Maßstab zu messen, um sowohl den ausgedehnten .Meßbereich eines logarithmischen Mcßkahals und die Leichtigkeit, mit der sich damit die Periode bestimmen läßt,.als.auch die Genauigkeit eines linearen Mcßkanals ausnützen ' zu können. Der Aufbau des' linearen Meßkanals erfolgt dabei meist mit Hilfe eines Ohmschen Widerstandes, während für den Aulbau des logarithmischen Meßkanals Bauelemente mit logarilhniLschcm Kennlinienvcrlauf im Gebrauch sind, wobei man etwa mit Gleichstromverstärker!! arbeiten kann, die nach dem Vorbild der Seilen R 68 bis R 71 der Zeitschrift ■ ATM vom Mai 1958 einen Gegenkopplungskanal mit einer Halbleiterdiode oder nach dem Vorbild der französischen Patentschrift I 401 891 einen Gegenkopplungskanal mit zwei antiparallel geschalteten, zweipolig betriebenen Feldeffekt-Transistoren aufweisen, wodurch im letzleren Falle in beiden Rieh-Hingen fließende Gleichströme' in logarithmischein Maßslab gemessen werden können.

fiin wesentlicher Mangel aller bisher eingesetzten Gleichstrommeßanordnungen dieser Art besteht jedoch darin, daß bei ihnen die beiden interessierenden .jo Meßergebnisse, nämlich das rein lineare und das rein logarilhinische Meßergebnis, niemals gleichzeitig zur Verfügung stehen, sondernstetsnacheinander erhalten werden.

Nun wäre es jedoch von größtem Wert, über diese beiden Meßergebnisse gleichzeitig verfügen zu können, d. h., sie also mit Hilfe einer einzigen Meßanordnung gleichzeitig erfassen zu können, da sich dadurch einerseits Ersparnisse hinsichtlich des meßtechnischen Aufwandes und der Meßzeit und andererseits eine vergrößerte Verarbeituligssicherheil infolge einer vollkommen kontinuierlichen Messung erzielen lassen würden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstrommcßanordnung der obenerwähnten Art in der Weise auszugestalten, daß sowohl das lineare Meßergebnis als auch das rein logarilhinische Meßergebnis stets gleichzeitig anfallen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der /.weite Ausgangskanal einen Rechen-Verstärker enthält, dessen Eingang einerseits die Ausgangsspannungdcs Eingangsverstärkers unmittelbar und andererseits die in dem ersten Ausgangskanal nach dem Widerstand im Gegenkopplungszweig des Eingangsverstärkers auftretende Spannung über einen f>5 Umkehrverstärker zugeführt wird und an dessen Ausgang eine rein logarithmische Spannung abnehmbar ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile soll nunmehr ein mögliches Ausführimgsbeispicl Rir eine .erfind 11 ngsgcmiiße Gleichstronimeßanordnung näher beschrieben werden, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, deren einzige Figur ein Schaltbild für eine crfindungsgeinäß ausgebildete (ileichstronimeßanordnung zeigt.

In der Zeichnung ist I) ein Detektor, der einem Verstärker A mit über einen Widersland R, gegengekoppelter Kathode einen Gleichstrom zuführt, und i/cine Diode. Die Gesetzmäßigkeit für den die Diode 1/ durchfließenden Strom, von der auch bei den üblichen logarithmischen Verstärkern Gebrauch gemacht wird, läßt sich durch nachstehenden Ausdruck wiedergeben:

V =- K log ■.' ,

in dem K eiiic Konstante mit der Dimension einer Spannung und /,, eine Konstante mit der Dimension eines Stromes bedeutet.

Der aus dem Detektor I), dem Verstärker .-I, einem zusätzlichen Widersland /{,, der Diode ti und dem' Widerstand R, besiehende Schaltungsteil besitzt zwei Ausgänge, an denen zwei Ausgangsspauniingen \\ bzw. V₁ abnehmbar sind, die nachstehende Werte annehmen:

K₁ = R₁ I

V₁- KlP-,=- λ log I ■ ^! ■■ - --

l· R₁ L

wobei / der von dem Detektor /) gelieferte Strom ist.

Man erhält also einerseits als lineares Meßergebnis die Spannung K₁, und andererseits eine Spannung V₁, die der Summe aus einem einer logarithmischen Gesetzmäßigkeit folgenden Wert und einem einer linearen Gesetzmäßigkeit folgenden Wert entspricht. . Aufbauend auf diesem ersten Schallungsteil, der im wesentlichen einein logarithmischen Gleichstromverstärker entspricht, wie er auf Seite R 70 der Zeilschrift ATM vom Mai 1958 beschrieben- und dargestellt ist, sind erfindungsgeniäß um einen ein Phaseniinikehrverstärker Ii und zum anderen ein Rechenverstärker C angeschlossen. Dabei hat der Phasenumkehrvcrstätker B, der an seinem Ausgang die Spannung - K₁ führt, die Aufgabe, die Spannung K₁ mit der Spannung K₂ in Phase /m bringen, damit lel/lere Spannung von erslerer Spannung abgezogen werden kann, so daß man im Endergebnis zwei Schaltungsausgänge erhält, von denen der eine eine lineare Spannung, nümJtch die Spannung K₁, und der andere der Ausgang des Rechen Verstärkers C eine Spannung K, führt, die rein logarithmisch ist.

Bei einem praktisch gebauten Ausführungsbeispicl für eine erfindungsgemäße Gleichslrommcßanordnung besaßen die verschiedenen in die Schaltung eingefügten Widerstände folgende Werte:

R_x =· K)⁴ Ohm, R₁ s= 5 ·
R_s -- f?4 = A₅ = R_n — R₇ = 1,25· Hi" Ohm.

K)' Ohm, W Ohm und

Mit der in dieser Weise aufgebauten Schaltung erhielt man unter Zugrundelegung eines Wertes von IO ' Voll für die Konstante K für die Diode«/ für

3 4

zwischen K) " und K)"'Ampere variierende Meßströme das aus der nachstehenden Tabelle ersichtliche Ansprechen im linearen bzw. im logarithmischen Meßkanal: - ■

	. IO "	10 "'	■ 10"	/ 10 ".	in Anipcr IO ■'	C K) "	10-*·	~ .Κ)"4	ίο-J
Linearer Meßkanal, V1 in Volt	0	1,25	2,5	3,75	ίο-' 5	K)2 6,25	K)-' 7,5	I 8,75	K) K)
Logarithmisther Meß kanal, F, in Volt

Im Vergleich zu bekannten Schaltungen mit zwei Meßkanälen bidet die erfindungsgemäße Meßanordnung den Vorteil, daß sie einen Detektor, ein Anschlußkabel, eine Hochspannungsquelle, eine Niederspannungsversorgung und einen Linearverstärker einspart und nichts weiter als^zwci einfache Verstärker B und C dafür verlangt.

Dabei lassen sich beide SchalUingsausgänge bei der erliiidungsgeinäßen Meßanordnung selbstverständlich auch mit Triggerschaltungen ausstatten.

Vom Standpunkt der Betriebssicherheit aus gesehen gibt die erlindungsgemäße Meßanordnung, wenn die Verwendung zweier unabhängiger Meßketten gewisse Vorteile bietet, die Gewähr fiir ein gutes Funktionieren der linearen Messung, sobald ein gutes Funktionieren der logarithmischen Meßkette erreicht ist.

Das oben beschriebene Prinzip läßt sich auch auf mit Impulsen gespeiste Meßkanäle anwenden, wobei lediglich .eine Aufbereitung dieser Impulse fiir einen Gleichstromverstärker durch Integration vorgenommen werden muß.

Die Gren/bcdingungen fiir den Einsatz "der erliiRlungsgemäßen Meßanordnung lassen sich mit Rücksicht darauf immer erfüllen, daß die Verstärkung des Verstärkers . 1 begrenzt ist, wenn man fiir die Widerstände K₁ und R₂ hinreichend große Werte wählt.

Wie man nämlich aus dem oben angegebenen Ausdruck für die Spannung V₂ entnehmen kann, hat der Strom / des Detektors den Bruch

zum Multiplikationsfaktor, und dies gestattet die Messung kleinerer Ströme, als sie sich sonst mit den verwendeten Dioden messen lassen würden. So kann man beispielsweise mit Hilfe einer Diode, deren Gren/c bei K)"" Ampere liegt, noch Ströme von K)"'■' Ampere messen, indem man dem Bruch

K₁ + R₁

Ii,

den Wert j(X) gibt.

Diese Eigenschaft macht die erlindungsgemäüe

.10 Meßanordnung sehr brauchbar zum Messen sehr kleiner Ströme von beispielsweise 10 ""''Ampere, eine Messung, die sich bisher nur mit Hilfe von Elektrometerröhren durchführen ließ. Man kann daher Halbleiterdioden üblicher Bauart als logarithmische Bauelemente verwenden, und ein, zwei oder gar drei Dekaden weiter zu niedrigeren Strömen kommen.

Besonders günstig wirkt sich die Anwendung dieses Prinzips auf Geräte für den Strahlenschutz aus.

Bei praktischer Erprobung einer erfmdungsgc-

■1° mäßen Gleichstrommeßanordnung wurden unter den nachstehenden Bedingungen:

Z₀ = K)"''Ampere,
K₁ = K)⁴ Ohm,
K₂ = K)⁷ Ohm und

K = 0,06 Volt (entsprechend einem als Diode geschalteten Transistor 2 N 930)

K₁J-Ji₂

und einer Verstärkung fiir den Rechenverstärker C von G = K) die in folgender Tabelle zusammengestellten Ergebnisse erzielt:

	10 "	10 '"	10 "	/ 10 "	in Amper K)-"	e ΙΟ"6	ΙΟ"5	ΙΟ"4	ΙΟ"-»
Linearer Meßkanal, berechnet in Volt, K1 .. Linearer Meßkanal, gemessen in Volt, V1 ... Logarithmischer Meß kanal, berechnet in Volt K,	IO 7 1,2	Κ)"6 1,8	K) 5 2,4	K) 4 3,0	ΙΟ"3 ■ Κ)"Λ 3,3	K)-2 ΙΟ"2 4,2	ΙΟ"1 Κ)"1 4,8	1 1 5,4	10 10 6,0
Logarithmischer Meß kanal, gemessen in Volt, V,	1,2	1.8	2,4	3,1	3,7	4.3	4,9	5,5	6,1

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zum gleichzeitigen ' Messen von Gleichströmen in linearem und logarithmischem Maßstab mit einem Eingangsverstärker, der einen Gcgenkopplungszweig mit einem Widerstand und einer Halbleiterdiode aufweist, und mit einem an den Widerstand angeschlossenen ersten Ausgangskänal und einem an die Halbleiterdiode angeschlossenen zweiten Ausgangskanal, von denen der erste eine rein lineare Spannung und der zweite eine aus dieser linearen Spannung und einer logarithmischen Spannung zusammengesetzte Spannung führt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausgangskanal einen Rechenverstärker (C) enthält, dessen Eingang einerseits die Ausgangsspanniing (K₂). des Eingangsverstärkers (A) unmittelbar und andererseits ■ die in dem ersten Ausgangskanal nach dem Widerstand (R₁) im Gegenkopplungszwcig des Eingangsverstärkers (A) auftretende Spannung (F₁) über einen Umkehrverstärker (B) zugeführt wird und an dessen Ausgang eine rein logarithmische Spannung (K₃) abnehmbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen