AT343943B - Analog-frequenz-wandler zur bildung einer temperaturdifferenzproportionalen frequenz - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Analog-Frequenz-Wandler zur Bildung einer temperaturdifferenzproportionalen Frequenz, wobei Widerstandsthermometer in eine Widerstandsbrücke eingeschaltet sind und die Ausgangsspannung der Brücke über eine Verstärkerstufe, z. B. Operationsverstärker und Transistorstufe, die Frequenz einer einen ersten Kondensator entladende Kippstufe steuert, wobei eine der Frequenz proportionale Ladungsmenge vom ersten Kondensator zum Eingang der Verstärkerstufe rückgeführt wird. 



   Für elektronische   Mass- und   Zählgeräte, die die   Messinformationen   inkremental digital verarbeiten, werden Analog-Frequenz-Wandler benötigt, die Temperaturen oder Temperaturdifferenzen in proportionale Frequenzen umwandeln. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind die elektronischen Rechenwerke für Wärmezählanlagen. Da in diesen die Errechnung der Wärmemenge inkremental digital erfolgt, liegt der Fehleranteil des Rechenwerkes an der Wärmezählung weitgehend in dem Analog-Frequenz-Wandler. 



   Es sind mehrere Schaltungen zur Umwandlung von mittels Widerstandsthermometern gemessenen Temperaturen in eine Frequenz bekannt. Bei einem Teil werden die Widerstandsthermometer in einer Messbrücke angeordnet und die Ausgangsspannung der Brücke steuert mit Hilfe einer Verstärkerstufe, die aus einem Operationsverstärker und einem Transistor besteht, einen frequenzvariablen Oszillator. Es ist weiters bekannt, dass dieser Oszillator aus einer einen Kondensator entladenden Kippstufe besteht, wobei eine Rückführung den gewünschten Zusammenhang zwischen Brückenverstimmung und Frequenz sicherstellen soll, ohne dass die Eigenschaften der   Verstärker- und   Kippstufe zu stark eingehen.

   Die Messbrücke und die Rückführung werden dabei in bekannter Weise so dimensioniert, dass durch eine bewusst hervorgerufene Nichtlinearität in der Umwandlung des Analogwertes der Temperaturdifferenz in eine Frequenz der bei der   Wännerechnung   zu berücksichtigende veränderliche Wärmekoeffizient k nachgebildet wird. 



   Den bekannten Schaltungen haften mehrere Mängel an. Die geforderte hohe Genauigkeit liess sich bisher nur mit hohem elektronischem Aufwand erreichen, insbesondere die Abhängigkeit der Ausgangsfrequenz des Wandlers von der Umgebungstemperatur des Gerätes konnte bisher nur schwer beherrscht werden. Weiters waren in den bekannten Rechengeräten grössere Schaltungsänderungen nötig, um diese an die grossen möglichen Temperaturbereiche, verschiedenen Arten von Widerstandsthermometern und die Zählung in verschiedenen Einheiten anzupassen. 



   Die Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile dadurch, dass die Kippstufe aus einem Unijunctiontransistor, dessen Durchbruchsspannung variierbar ist, einem Hilfstransistor, der parallel zum Unijunctiontransistor geschaltet ist und von diesem angesteuert wird, und einem zur Feineinstellung der Frequenz dienenden Spannungsteiler, an den das Gate des Unijunctiontransistors gelegt ist, besteht, dass als Ausgangsstufe ein Thyristor Verwendung findet, der vom Entladestrom des Unijunctiontransistors gezündet wird und an dessen Lastwiderstand Impulse der temperaturdifferenzproportionalen Frequenz auftreten,

   und dass in der Rückführung ein als Diode geschalteter Transistor und ein aus einem Widerstand und einem zweiten Kondensator gebildetes Differenzierglied eingesetzt sind und der Transistor zwischen dem Differenzierglied und dem Eingang der Verstärkerstufe als Klemmdiode eingeschaltet ist, wobei die Halbleitersysteme in einer monolithischen integrierten Schaltung vereinigt sind und der Widerstand an den dem kälteren Widerstandsthermometer zugeordneten Brückenzweig angeschlossen und ein weiterer Widerstand dem wärmeren Widerstandsthermometer parallel geschaltet ist. Die genannte Klemmdiode ist eine an sich normale Diode, die hier die besondere Aufgabe hat, als Diode zur Verschiebung der rückgeführten Impulse auf das Potential des Einganges der Verstärkerstufe zu dienen. 



   Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung besitzt der zweite Kondensator positiven, ein Widerstand des Spannungsverteilers negativen und ein anderer Widerstand des Spannungsteilers positiven oder konstanten Temperaturkoeffizienten. 



   Endlich ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in die Diagonale der Widerstandsbrücke ein Widerstand mit niedrigerem Widerstandswert als die Brückenwiderstände einschaltbar ist für die Umschaltung auf verschiedene Arten von Widerstandsthermometern,   z. B.   von Pt 100 auf Ni 100 Widerstandsthermometer. 



   In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einer   Ausführungsform   beispielsweise dargestellt. 



   Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemässe Schaltung. Diese in der Zeichnung dargestellte Schaltung enthält eine aus den   Widerständen--11,   12,13--, dem Nullpunkteinstellwiderstand --14-- und den Widerstandsthennometern für die   wärmere   Leitung --4-- und für die kältere Leitung --5-- gebildete 

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 EMI2.1 
 entsprechende Wahl der   Widerstände --11,   12,13, 15 und 16--. Erfindungsgemäss erlaubt die Belastung der Brücke durch einen niederen Wert für den Widerstand --16-- die Umschaltung des Rechenwerkes von z. B. Pt 100 auf Ni 100 Widerstandsthermometer. Die aus dem   Operationsverstärker --21--,   den   Widerständen --23,   24, 25-- und dem Transistor --26-- gebildete Verstärkerstufe verändert den Ladestrom des Kondensators --27--.

   Die erfindungsgemäss aus dem programmierbaren Unijunctiontransistor-29--, dem Hilfstransistor --30--, den   Widerständen --28,   31 und 33-- und dem Endwerteinstellwiderstand --32-bestehende Kippstufe entladet den Kondensator --27-- wenn dessen Spannung die an --32-- eingestellte Steuerspannung des PUT --29-- erreicht. Die Frequenz der Kippschwingung ist somit abhängig von der verstärkten Brückenausgangsspannung. Eine aus dem Kondensator --22--, dem als Diode geschalteten Transistor --20-- und dem Widerstand --19-- gebildete Rückführung speist einen der Ausgangsfrequenz proportionalen Strom auf den invertierenden Eingang des   Operationsverstärkers --21-- zurück,   der den von der Brücke kommenden Strom kompensiert und somit einen linearen Zusammenhang zwischen Brückenausgangsspannung und Frequenz herstellt.

   Der am Widerstand --28-- auftretende Impuls steuert die aus   Thyristor --34-- und Widerstand --35-- bestehende   Ausgangsstufe an. 



   Wesentlicher Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung des PUT --29-- als Kippelement und der als Diode geschaltete Transistor --20--, der Anschluss des Widerstandes --19-- an dem kälteren Widerstandsthermometer zugeordneten Brückenzweig und der Anschluss des Kompensationswiderstandes --15-- an den dem wärmeren Widerstandsthermometers zugeordneten Brückenzweig, welcher die Konstanz des Frequenznullpunktes über den ganzen Messtemperaturbereich sicherstellt. Weiter ist ein Gegenstand der Erfindung die Vereinigung der Halbleitersysteme --20, 29,30 und 34-- in einer monolithisch integrierten Schaltung, da nur dadurch ein geringer Umgebungstemperaturgang des Temperaturdifferenz-Frequenzverhältnisses erreicht werden kann.

   Die verbleibende Temperaturdrift wird durch den erfindungsgemässen Einsatz eines Kondensators --22-- mit positivem Temperaturkoeffizienten und die Wahl eines Widerstandes - mit negativen und --33-- mit positiven oder konstanten Temperaturkoeffizienten beseitigt. Durch Variation des Kapazitätswertes von --22-- werden die bei verschiedenen Nenntemperaturdifferenzen, verschiedenen Anzeigeeinheiten,   z. B. Gcal,   MWh oder GJ zugeordneten Umsetzungsfaktoren der Ausgangsfrequenz des Wandlers festgelegt. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Analog-Frequenz-Wandler zur Bildung einer temperaturdifferenzproportionalen Frequenz, wobei Widerstandsthermometer in eine Widerstandsbrücke eingeschaltet sind und die Ausgangsspannung der Brücke über eine Verstärkerstufe, z. B. Operationsverstärker und Transistorstufe, die Frequenz einer einen ersten Kondensator entladende Kippstufe steuert, wobei eine der Frequenz proportionale Ladungsmenge vom ersten Kondensator zum Eingang der Verstärkerstufe rückgeführt wird, da- EMI2.2 Durchbruchsspannung variierbar ist (PUT) (29), einem Hilfstransistor (30), der parallel zum Unijunetiontransistor (29) geschaltet ist und von diesem angesteuert wird, und einem zur Feineinstellung der Frequenz dienenden Spannungsteiler, an den das Gate des Unijunctiontransistors (29) gelegt ist, besteht, dass als Ausgangsstufe ein Thyristor (34)

   Verwendung findet, der vom Entladestrom des Unijunctiontransistors (29) gezündet wird und an dessen Lastwiderstand (35) Impulse der temperaturdifferenzproportionalen Frequenz auftreten, und dass in der Rückführung ein als Diode geschalteter Transistor (20) und ein aus einem Widerstand (19) und einem zweiten Kondensator (22) gebildetes Differenzierglied eingesetzt sind und der Transistor (20) zwischen dem Differenzierglied und dem Eingang der Verstärkerstufe (21) als Klemmdiode eingeschaltet ist, wobei die Halbleitersysteme (20,29, 30,34) in einer monolithischen integrierten Schaltung vereinigt sind und der Widerstand (19) an den dem kälteren Widerstandsthermometer (5) zugeordneten Brückenzweig angeschlossen und ein weiterer Widerstand (15) dem wärmeren Widerstandsthermometer (4) parallel geschaltet ist. <Desc/Clms Page number 3>

   2. Analog-Frequenz-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (22) positiven, ein Widerstand (31) des Spannungsteilers negativen und ein anderer Widerstand (33) des Spannungsteilers positiven oder konstanten Temperaturkoeffizienten besitzt.

   3. Analog-Frequenz-Wandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass in die Diagonale der Widerstandsbrücke (4,5, 11,12, 13,14) ein Widerstand (16) mit niedrigerem Widerstandswert als die Brückenwiderstände einschaltbar ist für die Umschaltung auf verschiedene Arten von Widerstandsthermometern, z. B. von Pt 100 auf Ni 100 Widerstandsthermometer.