12
Änderungen vorbehalten
Single-Slope (Ein-Rampen-Verfahren)
Das einfachste Verfahren ist das Single Slope Verfahren. Dabei
wird die Referenzspannung U
ref
integriert. Es ergibt sich eine
vom negativen ins positive ansteigende Rampenspannung U
r
.
Mit zwei Komparatoren wird nun das Eingangssignal U
e
mit 0V
und mit U
r
verglichen. Beginnt die Rampenspannung U
r
bei t
1
mit 0 V, wird ein Zähler gestartet. Erfüllt die Rampenspannung
die Bedingung U
r(t2)
= U
e
, wird der Zähler wieder gestoppt.
Die Anzahl der gezählten Impulse ist proportional zu der ge-
messenen Eingangsspannung U
e
. Ein großer Nachteil ist die
Genauigkeit dieses Verfahrens. Es ist direkt von R und C des
Integrators abhängig.
Dual-Slope (Zwei-Rampen-Verfahren)
Beim Dual-Slope-Verfahren gibt es keine direkte Abhängigkeit
vom RC-Glied des Integrators. Zu Beginn der Messung startet
ein Zähler beim Zeitpunkt t
1
. Für die konstante Zeitspanne
Δ
t
1
wird die Eingangsspannung U
e
mit dem Integrator aufi ntegriert.
Hat der Zähler seinen Maximalwert erreicht, ist die Zeitspanne
Δ
t
1
vorbei und die Eingangsspannung U
e
wird vom Integrator
getrennt. Die Referenzspannung U
ref
wird nun mit entgegen-
gesetzter Polarität an den Integrator geschaltet. Der Zähler
beginnt beim Zeitpunkt t
2
erneut zu zählen. Die Rampenspan-
nung U
r
ändert ihre Steigung und strebt Richtung Null-Linie.
Der Zähler erfasst jetzt die Zeit bis zum Nulldurchgang der
Rampenspannung U
r
. Beim Zeitpunkt t
3
beträgt die Rampen-
spannung U
r
= 0 V und der Zähler stoppt. Die Größe der Zeit
Δ
t
2
= t
3
- t
2
ist direkt proportional zur Eingangsspannung. Wird
eine große Eingangsspannung an den Integrator angelegt, wird
nach Ablauf der Integrationszeit
Δ
t
1
eine höhere Rampenspan-
nung U
r1
erreicht als beim Anlegen einer kleinen Eingangsspan-
nung. Eine kleine Eingangsspannung ergibt eine Rampe mit
kleinerer Steigung und geringerer Rampenspannung (siehe U
r2
).
Weil die zum Zeitpunkt t
2
an den Integrator angeschlossene Refe-
renzspannung U
ref
konstant ist, dauert es unterschiedlich lange,
bis die Kapazität des Integrators entladen ist. Es dauert länger,
die höhere Rampenspannung U
r1
zu entladen als die kleinere
Rampenspannung U
r2
. Aus dieser unterschiedlichen Entladezeit
Δ
t
2
= t
3
– t
2
und der konstanten Referenzspannung lässt sich
die zu messende Eingangsspannung U
e
bestimmen.
Vorteile:
Die Genauigkeit der Messung ist jetzt nicht mehr von der
Genauigkeit des RC-Gliedes des Integrators abhängig. Nur
während der Zeitspanne
Δ
t
1
+
Δ
t
2
müssen die Werte von R und
C konstant sein. Ändern sich die Werte von R und C langfristig,
ändert sich auch die Steigung der Rampenspannung.
Wird die Steigung der Rampe beim Aufi ntegrieren der Ein-
gangsspannung größer, ergibt sich zum Zeitpunkt t
2
ein höherer
Spannungswert für U
r
. Die größere Steigung wirkt aber auch
beim Integrieren der Referenzspannung, so dass die Kapazität
des Integrators schneller entladen wird.
Der Nulldurchgang wird trotz der höheren Spannung U
r(t2)
schneller erreicht. Die abfallende Rampe schneidet die Nulllinie
wieder bei t
3
.
Abb. 7: Dual-Slope: Drift von RC-Konstante
Da nicht der Momentanwert der Messung, sondern der Mit-
telwert über die Zeit
Δ
t
1
für das Messergebnis relevant ist,
werden Wechselspannungen hoher Frequenz gedämpft. Besitzt
die Wechselspannung eine Frequenz mit ganzzahligem Vielfa-
chen von 1/
Δ
t
1
, wird diese vollständig unterdrückt. Wird
Δ
t
1
gleich der Periodendauer oder einem ganzzahligen Vielfachen
der Netzfrequenz gewählt, werden Netzbrummspan-nungen
unterdrückt.
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
unterdrückt werden. Da kontinuierlich über die Eingangsspan-
nung aufi ntegriert und anschließend die Referenzspannung
abintegriert wird, sind drei weitere Schritte notwendig. Die
U r
t
0 V
Ue = Uref
U
Δ
t
t1
t2
Abb. 5: Single-Slope
U r1
U r2
t
0 V
Ur
Δ
t1 = const.
Δ
t2
t1
t2
t3
t3
U r1*
U r1
t
0 V
Ur
Δ
t1 = const.
Δ
t2
t1
t2
t3
t3
Abb. 6: Dual-Slope Prinzip
M e s s g r u n d l a g e n