Single-Slope (Ein-Rampen-Verfahren); Dual-Slope (Zwei-Rampen-Verfahren); Multi-Slope (Mehr-Rampen-Verfahren) - Hameg HM8112-3 Handbuch

M e s s g r u n d l a g e n

Single-Slope (Ein-Rampen-Verfahren)

U
U e = U ref
0 V
∆t
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
0V und mit U verglichen. Beginnt die Rampenspannung U
r
bei t mit 0V, wird ein Zähler gestartet. Erfüllt die Rampen-
1
spannung die Bedingung U
gestoppt. Die Anzahl der gezählten Impulse ist proportional
zu der gemessenen Eingangsspannung U
teil ist die Genauigkeit dieses Verfahrens. Es ist direkt von R
und C des Integrators abhängig.

Dual-Slope (Zwei-Rampen-Verfahren)

U r
∆t 1 = const.
0 V
t 1
Abb. 6: Dual-Slope Prinzip
Beim Dual-Slope-Verfahren gibt es keine direkte Abhängig-
keit vom RC-Glied des Integrators. Zu Beginn der Messung
startet ein Zähler beim Zeitpunkt t
spanne ∆t
wird die Eingangsspannung U
1
tor aufintegriert. Hat der Zähler seinen Maximalwert erreicht,
ist die Zeitspanne ∆t
vorbei und die Eingangsspannung U
1
wird vom Integrator getrennt. Die Referenzspannung U
nun mit entgegengesetzter Polarität an den Integrator ge-
schaltet. Der Zähler beginnt beim Zeitpunkt t
len. Die Rampenspannung U
Richtung Null-Linie. Der Zähler erfasst jetzt die Zeit bis zum
Nulldurchgang der Rampenspannung U
12
Änderungen vorbehalten
t
t 2
integriert. Es ergibt sich eine
ref
e
= U , wird der Zähler wieder
r(t2) e
. Ein großer Nach-
e
∆t 2
t
t 3
t 2 t 3
. Für die konstante Zeit-
1
mit dem Integra-
e
ref
erneut zu zäh-
2
ändert ihre Steigung und strebt
r
. Beim Zeitpunkt t
r
beträgt die Rampenspannung U
Die Größe der Zeit ∆t
gangsspannung. Wird eine große Eingangsspannung an den
Integrator angelegt, wird nach Ablauf der Integrationszeit ∆t
eine höhere Rampenspannung U
einer kleinen Eingangsspannung. Eine kleine Eingangs-
spannung ergibt eine Rampe mit kleinerer Steigung und ge-
ringerer Rampenspannung (siehe U
t an den Integrator angeschlossene Referenzspannung U
2
konstant ist, dauert es unterschiedlich lange, bis die Kapazi-
tät des Integrators entladen ist. Es dauert länger, die höhere
Rampenspannung U
spannung U . Aus dieser unterschiedlichen Entladezeit
r2
∆t
= t – t und der konstanten Referenzspannung lässt sich
2 3 2
die zu messende Eingangsspannung U
Vorteile:
Die Genauigkeit der Messung ist jetzt nicht mehr von der Ge-
nauigkeit des RC-Gliedes des Integrators abhängig. Nur wäh-
rend der Zeitspanne ∆t
konstant 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
herer Spannungswert für U
. auch beim Integrieren der Referenzspannung, so dass die
r
mit Kapazität des Integrators schneller entladen wird.
Der Nulldurchgang wird trotz der höheren Spannung U
r
schneller erreicht. Die abfallende Rampe schneidet die Null-
linie wieder bei t .
3
U r
∆t 1 = const.
0 V
t 1
Abb. 7: Dual-Slope: Drift von RC-Konstante
Da nicht der Momentanwert der Messung, sondern der Mit-
telwert über die Zeit ∆t
werden Wechselspannungen hoher Frequenz gedämpft. Be-
sitzt die Wechselspannung eine Frequenz mit ganzzahligem
Vielfachen von 1/∆t
∆t
gleich der Periodendauer oder einem ganzzahligen Viel-
1
fachen der Netzfrequenz gewählt, werden Netzbrummspan-
nungen unterdrückt.

Multi-Slope (Mehr-Rampen-Verfahren)

Das Multi-Slope-Verfahren baut auf dem Dual-Slope-Verfah-
ren auf. Es wird aus mehreren Messungen nach dem Dual-
e
wird Slope-Verfahren rechnerisch der Mittelwert gebildet. Dieser
errechnete Wert wird dann angezeigt. Die Anzahl der einzel-
nen Werte zur Mittelwertbildung ist entscheidend, wie stark
Störungen unterdrückt werden. Da kontinuierlich über die
Eingangsspannung aufintegriert und anschließend die
Referenzspannung abintegriert wird, sind drei weitere Schritte
3
= 0 V und der Zähler stoppt.
r
= t -t ist direkt proportional zur Ein-
2 3 2
erreicht als beim Anlegen
r1
). Weil die zum Zeitpunkt
r2
zu entladen als die kleinere Rampen-
r1
bestimmen.
e
+ ∆t
müssen die Werte von R und C
1 2
. Die größere Steigung wirkt aber
r
∆t 2
t 3
t 2
für das Messergebnis relevant ist,
1
, wird diese vollständig unterdrückt. Wird
1
1
ref
ein hö-
2
r(t2)
t
t 3