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M e s s g r u n d l a g e n
3.5
Single-Slope (Ein-Rampen-Verfahren)
U
U e = U ref
0 V
t 1
Abb. 5: Single-Slope
Das einfachste Verfahren ist das Single Slope Verfahren. Dabei
wird die Referenzspannung U
vom negativen ins positive ansteigende Rampenspannung U
Mit zwei Komparatoren wird nun das Eingangssignal U
und mit U
verglichen. Beginnt die Rampenspannung U
r
mit 0 V, wird ein Zähler gestartet. Erfüllt die Rampenspannung
die Bedingung U
= U
, wird der Zähler wieder gestoppt.
r(t2)
e
Die Anzahl der gezählten Impulse ist proportional zu der ge-
messenen Eingangsspannung U
Genauigkeit dieses Verfahrens. Es ist direkt von R und C des
Integrators abhängig.
3.6
Dual-Slope (Zwei-Rampen-Verfahren)
U
r
t
= const.
1
0 V
t
1
Abb. 6: Dual-Slope Prinzip
Beim Dual-Slope-Verfahren gibt es keine direkte Abhängigkeit
vom RC-Glied des Integrators. Zu Beginn der Messung startet
ein Zähler beim Zeitpunkt t
. Für die konstante Zeitspanne Δt
1
wird die Eingangsspannung U
Hat der Zähler seinen Maximalwert erreicht, ist die Zeitspanne
vorbei und die Eingangsspannung U
Δt
1
getrennt. Die Referenzspannung U
gesetzter Polarität an den Integrator geschaltet. Der Zähler
beginnt beim Zeitpunkt t
erneut zu zählen. Die Rampenspan-
2
nung U
ändert ihre Steigung und strebt Richtung Null-Linie.
r
Der Zähler erfasst jetzt die Zeit bis zum Nulldurchgang der
12
Änderungen vorbehalten
Name: Single Slope
t
t 2
integriert. Es ergibt sich eine
ref
mit 0V
e
bei t
r
. Ein großer Nachteil ist die
e
t
2
t
t
3
t
t
2
3
mit dem Integrator aufintegriert.
e
wird vom Integrator
e
wird nun mit entgegen-
ref
Rampenspannung U
. Beim Zeitpunkt t
r
spannung U
= 0 V und der Zähler stoppt. Die Größe der Zeit
r
= t
- t
ist direkt proportional zur Eingangsspannung. Wird
Δt
2
3
2
eine große Eingangsspannung an den Integrator angelegt, wird
nach Ablauf der Integrationszeit Δt
nung U
erreicht als beim Anlegen einer kleinen Eingangs-
r1
spannung. Eine kleine Eingangsspannung ergibt eine Rampe
mit kleinerer Steigung und geringerer Rampenspannung (siehe
U
). Weil die zum Zeitpunkt t
r2
Referenzspannung U
ref
lange, bis die Kapazität des Integrators entladen ist. Es dauert
länger, die höhere Rampenspannung U
kleinere Rampenspannung U
Entladezeit Δt
= t
– t
2
3
lässt sich die zu messende Eingangsspannung U
Vorteile:
Die Genauigkeit der Messung ist jetzt nicht mehr von der Genauig-
keit des RC-Gliedes des Integrators abhängig. Nur während der
Zeitspanne Δt
+ Δt
müssen die Werte von R und C konstant
1
2
sein. Ändern sich die Werte von R und C langfristig, ändert sich
auch die Steigung der Rampenspannung.
Wird die Steigung der Rampe beim Aufintegrieren der Ein-
gangsspannung größer, ergibt sich zum Zeitpunkt t
Spannungswert für U
.
beim Integrieren der Referenzspannung, so dass die Kapazität
r
des Integrators schneller entladen wird.
1
Der Nulldurchgang wird trotz der höheren Spannung U
schneller erreicht. Die abfallende Rampe schneidet die Nulllinie
wieder bei t
.
3
U
r
0 V
t
1
Abb. 7: Dual-Slope: Drift von RC-Konstante
Da nicht der Momentanwert der Messung, sondern der Mittel-
wert über die Zeit Δt
für das Messergebnis relevant ist, werden
1
Wechselspannungen hoher Frequenz gedämpft. Besitzt die
Wechselspannung eine Frequenz mit ganzzahligem Vielfachen
von 1/Δt
, wird diese vollständig unterdrückt. Wird Δt
1
Periodendauer oder einem ganzzahligen Vielfachen der Netz-
frequenz gewählt, werden Netzbrummspannungen unterdrückt.
1
3.7
Multi-Slope (Mehr-Rampen-Verfahren)
Das Multi-Slope-Verfahren baut auf dem Dual-Slope-Verfahren
auf. Es wird aus mehreren Messungen nach dem Dual-Slope-
Verfahren rechnerisch der Mittelwert gebildet. Dieser errech-
nete Wert wird dann angezeigt. Die Anzahl der einzelnen Werte
zur Mittelwertbildung ist entscheidend, wie stark Störungen
t
1
beträgt die Rampen-
3
eine höhere Rampenspan-
1
an den Integrator angeschlossene
2
konstant ist, dauert es unterschiedlich
zu entladen als die
r1
. Aus dieser unterschiedlichen
r2
und der konstanten Referenzspannung
2
bestimmen.
e
2
. Die größere Steigung wirkt aber auch
r
t
= const.
t
1
2
t
3
t
2
t
3
t
t
2
3
ein höherer
r(t2)
t
t
3
gleich der
1
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