DE1591869C

DE1591869C - Arrangement for the simultaneous measurement of direct currents on a linear and loga nthmic scale

Info

Publication number: DE1591869C
Authority: DE
Inventors: Jacky Saint Cloud Weill (Frank reich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication date: 1971-07-29

Description

I 591869I 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. ,The invention relates to an arrangement for the simultaneous measurement of direct currents in ■ linear and logarithmic scale with a \ Input amplifier, which has a negative feedback branch with a resistor with a semiconductor diode, and with a first output channel connected to the resistor and one to the semiconductor diode connected second output channel, the first of which is a purely linear voltage and " the second one composed of this linear voltage and a logarithmic voltage Tension leads. ,

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.In electronics, the task often arises, e.g. IJ. When monitoring nuclear reactors or in the context of radiation protection, direct currents on the one hand in a logarithmic measuring channel on a logarithmic scale and on the other hand in a linear measuring channel on a linear scale to measure both the extended measuring range of a logarithmic measuring range and the ease with which the Period can be determined, as well as being able to use the accuracy of a linear measuring channel. The construction of the 'linear measuring channel is mostly done with the help of an ohmic resistance, while for the construction of the logarithmic measuring channel components with logarithmic characteristic curves are used, whereby one can use a direct current amplifier !! can work, which have a negative feedback channel with a semiconductor diode based on the model of ropes R 68 to R 71 of the magazine ■ ATM from May 1958 or, based on the model of French patent specification I 401 891, have a negative feedback channel with two anti-parallel connected, two-pole operated field effect transistors, whereby, in the latter case, direct currents flowing in both Rieh-Hingen can be measured in a logarithmic scale.

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.There is, however, a major shortcoming of all direct current measuring arrangements of this type used so far in the fact that with them the two interesting .jo Measurement results, namely the purely linear and the purely logarithmic measurement result, never simultaneously to the Are available, but are always obtained one after the other.

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.Now, however, it would be of great value to be able to have these two measurement results available at the same time, d. that is, to be able to record them simultaneously with the help of a single measuring arrangement, since this on the one hand savings in terms of the technical effort and measurement time and on the other hand a can achieve increased processing security as a result of a completely continuous measurement would.

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.It is therefore an object of the invention to provide a direct current measuring arrangement of the type mentioned above Art to design in such a way that both the linear measurement result and the purely logarithmic Measurement results always occur at the same time.

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.This object is achieved according to the invention in that the / .wide output channel is a computing amplifier contains whose input on the one hand the output voltage dcs input amplifier directly and on the other hand the one in the first output channel after the resistor in the negative feedback branch of the Voltage occurring in the input amplifier via an f> 5 Inverting amplifier is fed and at its output a purely logarithmic voltage can be taken off is.

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.To further explain the invention and its advantages, a possible embodiment will now be given For a .invent 11 full DC measuring arrangement will be described in more detail, which is illustrated in the drawing, the only figure a circuit diagram for a crfindungsgeinäß trained (ileichstronic measurement arrangement shows.

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:In the drawing, I) is a detector which supplies a direct current to an amplifier A with a cathode fed back via a counter-coupling R , and i / cine diode. The regularity for the current flowing through the diode 1 /, which is also used in the usual logarithmic amplifiers, can be represented by the following expression:

V =- K log ■.' , V = - K log ■. ' ,

in dem K eiiic Konstante mit der Dimension einer Spannung und /,, eine Konstante mit der Dimension eines Stromes bedeutet.in which K eiiic means a constant with the dimension of a voltage and / ,, a constant with the dimension of a current.

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:The circuit part consisting of the detector I), the amplifier.-I, an additional contradiction / {,, of the diode ti and the resistor R, has two outputs at which two output pairs \\ or V ₁ can be taken off, the following one Assume values:

K₁ = R₁ I K ₁ = R ₁ I.

V₁- KlP-,=- λ log I ■ ^! ■■ - -- V ₁ - KlP -, = - λ log I ■ ^! ■■ - -

l· R₁ L l · R ₁ L

wobei / der von dem Detektor /) gelieferte Strom ist.where / is the current delivered by the detector /).

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.On the one hand, the voltage K ₁ is obtained as a linear measurement result, and on the other hand a voltage V ₁ which corresponds to the sum of a value following a logarithmic law and a value following a linear law. . Based on this first sounding part, which corresponds essentially to a logarithmic direct current amplifier, as described and shown on page R 70 of the cuneiform ATM from May 1958, a phase reversing amplifier Ii and an arithmetic amplifier C are connected according to the invention. Here, the Phasenumkehrvcrstätker B, the voltage at its output has - K ₁ performs the task of the voltage K ₁ to the voltage K ₂ in phase m bring / so lel / sized voltage of erslerer voltage can be subtracted, so that in the end result receives two circuit outputs, one of which has a linear voltage, nümJtch the voltage K ₁ , and the other the output of the arithmetic amplifier C has a voltage K, which is purely logarithmic.

Bei einem praktisch gebauten Ausführungsbeispicl für eine erfindungsgemäße Gleichslrommcßanordnung besaßen die verschiedenen in die Schaltung eingefügten Widerstände folgende Werte:In the case of a practically built exemplary embodiment for a synchronizing arrangement according to the invention the various resistors inserted in the circuit had the following values:

R_x =· K)⁴ Ohm, R₁ s= 5 ·
R_s -- f?4 = A₅ = R_n — R₇ = 1,25· Hi" Ohm. R _x = K) ⁴ Ohm, R ₁ s = 5
R _s - f? 4 = A ₅ = R _n - R ₇ = 1.25 * Hi "ohms.

K)' Ohm, W Ohm undK) 'Ohm, W Ohm and

Mit der in dieser Weise aufgebauten Schaltung erhielt man unter Zugrundelegung eines Wertes von IO ' Voll für die Konstante K für die Diode«/ fürWith the circuit constructed in this way, on the basis of a value of IO 'full for the constant K for the diode «/ for

3 43 4

zwischen K) " und K)"'Ampere variierende Meßströme das aus der nachstehenden Tabelle ersichtliche Ansprechen im linearen bzw. im logarithmischen Meßkanal: - ■measuring currents varying between K) "and K)" 'amperes are shown in the table below Response in the linear or logarithmic measuring channel: - ■

. IO ". OK " 10 "'10 "' ■ 10"■ 10 " /
10 ". /
10 ". in Anipcrin Anipcr
IO ■'IO ■ ' CC.
K) "K) " 10-*·10- * · ~ .Κ)"⁴ ~ .Κ) " ⁴ ίο-^J ίο- ^J Linearer Meßkanal,
V₁ in Volt Linear measuring channel,
V ₁ in volts 00 1,251.25 2,52.5 3,753.75 ίο-'
5ίο- '
5 K)²
6,25K) ²
6.25 K)-'
7,5K) - '
7.5 I
8,75I.
8.75 K)
K)K)
K) Logarithmisther Meß
kanal, F, in Volt Logarithmisther meas
channel, F, in volts

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.Compared to known circuits with two measuring channels, the measuring arrangement according to the invention has the advantage that it saves a detector, a connecting cable, a high-voltage source, a low-voltage supply and a linear amplifier and requires nothing more than two simple amplifiers B and C for this.

Dabei lassen sich beide SchalUingsausgänge bei der erliiidungsgeinäßen Meßanordnung selbstverständlich auch mit Triggerschaltungen ausstatten.It goes without saying that both switching outputs can be used with the standard measuring arrangement also equip with trigger circuits.

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.From the point of view of operational safety, the measuring arrangement according to the invention gives if the use of two independent electrodes offers certain advantages, the guarantee for a The linear measurement works well as soon as the logarithmic measuring chain works well is reached.

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.The principle described above can also be applied to measuring channels fed with pulses, with these impulses were merely processed by integration for a direct current amplifier must become.

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.The requirements for the use of the measuring arrangement according to the invention can always be met, taking into account that the gain of the amplifier 1 is limited if sufficiently large values _{are chosen for the resistors K 1} and R _2.

Wie man nämlich aus dem oben angegebenen Ausdruck für die Spannung V₂ entnehmen kann, hat der Strom / des Detektors den BruchAs can be seen from the expression given above for the voltage V ₂ , the current / of the detector has the break

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 Bruchto the multiplication factor, and this allows the measurement of smaller currents than they would otherwise be with measure the diodes used. So you can, for example, with the help of a diode whose Gren / c at K) "" Amps, still measure currents of K) "'■' Amps by looking at the fraction

K₁ + R₁ K ₁ + R ₁

Ii,Ii,

den Wert j(X) gibt.gives the value j (X).

Diese Eigenschaft macht die erlindungsgemäüeThis property makes the according to the invention

.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..10 measuring arrangement very useful for measuring very small currents of e.g. 10 "" '' amps, one Measurement that could previously only be carried out with the help of electrometer tubes. One can therefore Use semiconductor diodes of conventional design as logarithmic components, and one, two or even three Decades further to lower currents.

Besonders günstig wirkt sich die Anwendung dieses Prinzips auf Geräte für den Strahlenschutz aus.The application of this principle has a particularly favorable effect on devices for radiation protection.

Bei praktischer Erprobung einer erfmdungsgc-In the case of practical testing of an inventive

■1° mäßen Gleichstrommeßanordnung wurden unter den nachstehenden Bedingungen:■ 1 ° DC measuring arrangement were among the the following conditions:

Z₀ = K)"''Ampere,
K₁ = K)⁴ Ohm,
K₂ = K)⁷ Ohm undZ ₀ = K) "'' amps,
K ₁ = K) ⁴ Ohm,
K ₂ = K) ⁷ ohms and

K = 0,06 Volt (entsprechend einem als Diode geschalteten Transistor 2 N 930) K = 0.06 volts (corresponding to a transistor 2 N 930 connected as a diode)

K₁J-Ji₂ K ₁ J-Ji ₂

und einer Verstärkung fiir den Rechenverstärker C von G = K) die in folgender Tabelle zusammengestellten Ergebnisse erzielt:and a gain for the computational amplifier C of G = K) those listed in the following table Results obtained:

10 "10 " 10 '"10 '" 10 "10 " /
10 " /
10 " in Amperin amperes
K)-"K) - " ee
ΙΟ"⁶ ΙΟ " ⁶ ΙΟ"⁵ ΙΟ " ⁵ ΙΟ"⁴ ΙΟ " ⁴ ΙΟ"-»ΙΟ "-» Linearer Meßkanal,
berechnet in Volt, K₁ ..
Linearer Meßkanal,
gemessen in Volt, V₁ ...
Logarithmischer Meß
kanal, berechnet in Volt
K, Linear measuring channel,
calculated in volts, K ₁ ..
Linear measuring channel,
measured in volts, V ₁ ...
Logarithmic measuring
channel, calculated in volts
K, IO ⁷
1,2IO ⁷
1.2 Κ)"⁶
1,8Κ) " ⁶
1.8 K) ⁵
2,4K) ⁵
2.4 K) ⁴
3,0K) ⁴
3.0 ΙΟ"³
■ Κ)"^Λ
3,3ΙΟ " ³
■ Κ) " ^Λ
3.3 K)-²
ΙΟ"²
4,2K) - ²
ΙΟ " ²
4.2 ΙΟ"¹
Κ)"¹
4,8ΙΟ " ¹
Κ) " ¹
4.8 1
1
5,41
1
5.4 10
10
6,010
10
6.0 Logarithmischer Meß
kanal, gemessen in Volt,
V, Logarithmic measuring
channel, measured in volts,
V, 1,21.2 1.81.8 2,42.4 3,13.1 3,73.7 4.34.3 4,94.9 5,55.5 6,16.1

Claims

Claim:

Arrangement for the simultaneous measurement of direct currents on a linear and logarithmic scale with an input amplifier, which has a Gcgenkopplungszweig with a resistor and a semiconductor diode, and with a first output channel connected to the resistor and a second output channel connected to the semiconductor diode, of which the first one purely linear voltage and the second carries a voltage composed of this linear voltage and a logarithmic voltage, characterized in that the second output channel contains an arithmetic amplifier (C), the input of which on the one hand is the output voltage (K ₂ ). of the input amplifier (A) directly and on the other hand ■ the voltage (F ₁ ) occurring in the first output channel after the resistor (R ₁ ) in the negative feedback of the input amplifier (A ) is fed via an inverting amplifier (B) and at its output a purely logarithmic voltage (K ₃ ) is removable.

1 sheet of drawings