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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Digitalmessen von Spannungen, bestehend aus einer Zählenrichtung mit einer Anzahl von Zählern, einer Reihenschaltung von Verstärkern, einem Spannungsteiler, über dem durch die Zähler eine digitale Kompensationsspannung aufgebaut wird, Torschaltungen mit Spannungschwellwerten, wobei die zu messende Spannung und die über dem Spannungsteiler aufgebaute Spannung einer Vergleichseinrichtung zugeführt werden, und der Ausgang der Vergleichseinrichtung mit der Serienschaltung von Verstärkern, und von jedem Verstärker ein Ausgang mit einer Torschaltung mit Spannungsschwellwert und der Ausgang jeder Torschaltung mit einem Zähler der Zähleinrichtung verbunden ist, in der Weise, dass eine Anzahl von Zählern der Zähleinrichtung gleichzeitig (parallel)
über einen oder mehrere Verstärker und ihre betreffende Torschaltung gesteuert und nur dann erregt werden, wenn das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung nach der Verstärkung den Schwellwert der betreffenden Torschaltungen überschreitet. Eine derartige Einrichtung ist in der österr. Patentschrift Nr. 261265 beschrieben. Das Messprinzip beruht hiebei darauf, dass am Beginn eines jeden Messzyklusses die Zähler aller Ziffernstellen von Null ausgehend gleichzeitig in Funktion gesetzt werden, wobei jeweils festgestellt wird, ob die einzelnen Ziffernstellen fortzuschalten sind oder nicht. Am Beginn jedes neuen Messzyklusses werden alle Ziffernstellen auf Null gestellt.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Messgeschwindigkeit einer wie eingangs angeführten Einrichtung weiter zu erhöhen. Erfindungsgemäss ist hiezu von jedem Verstärker ein Ausgang mit je einer weiteren Torschaltung verbunden und sind die Ausgänge der weiteren Torschaltungen an je einen eigenen Rückstelleingang desjenigen Zählers angeschlossen, mit dem die an dem entsprechenden Verstärker angeschlossene erste Torschaltung zusammenwirkt, wobei die beiden Torschaltungen dem Betrag nach im wesentlichen gleiche Spannungsschwellwerte, jedoch entgegengesetzte Ansprech-Polarität aufweisen und die weitere Torschaltung dann den Zähler auf Null zurückstellt, wenn das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung nach der Verstärkung den Schwellwert der betreffenden weiteren Torschaltung erreicht.
Auf diese Weise werden bei einem neuen Messzyklus nicht zwangsweise alle Ziffernstellen auf Null gestellt, sondern nur diejenigen Ziffernstellen geändert, die dem neuen Messwert nicht mehr entsprechen, indem die Einrichtung ausgehend vom letzten Messwert weiterzählt oder diejenigen Ziffernstellen auf Null zurückstellt, die einen zu grossen Wert anzeigen, wonach sie dann im normalen Zählvorgang auf den Sollwert gebracht werden. Demgegenüber unterscheiden sich diebekannten Vorwärts- Rückwärtszähler dadurch, dass sie auch bei absinkender Messgrösse keine Ziffernstelle auf Null stellen, sondern eben zurückzählen. Solche Vorwärts- und Rückwärtszähler sind wesentlich aufwendiger und bringen bei sich ändernder Messgrösse trotzdem nicht in allen Fällen einen Gewinn an Messgeschwindigkeit.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung, in der im Block-Schaltbild ein Ausführungsbeispiel derselben dargestellt ist, auf das sie jedoch nicht beschränkt sein soll, näher erläutert.
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gang der, z. B. mit einem Verstärker versehenen, Stufe-l-und verbindet diese Einrichtung mit der Reihen schaltung der Verstärker --5, 6 und 7--. Die Ausgänge letzterer Verstärker sind mit den Torschaltungen --8, 9 bzw. 10-- verbunden. Diese Torschaltungen sind ihrerseits mit einer elektronischen Zähleinrichtung --11-- verbunden, u. zw. mit den Zählern-12, 13 bzw. 14--, welche ihrerseits mit einem Spannungsteiler --15--
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zw.nungsquelle --19-- mit einer Spannung --U-- angeschlossen.
Der Ausgang --20-- dieses Spannungsteilers --15--, der die Kompensationsspannung --Uc-- liefert, ist mit dem Eingang --3-- der Einrichtung --1-- verbunden. An die Eingänge --21-- der Zähleinrichtung --11--, der Vergleichseinrichtung-l-und des Spannungsteilers -15- ist ein Taktimpulsgenerator --22-- angeschlossen. Im dargestellten Beispiel ist die Zähleinrichtung --11- mit drei Dekaden-12, 13 und 14-ausgestattet. Ausser solchen Dekadenzählernkönnen auch 8-Zähler, 16-Zähler u. dgl. benutzt werden. Wenn Zähler mit mehr Dekaden gewünscht sind, können diese mit je einem Verstärker und einer Torschaltung der vorhandenen Einrichtung nachgeschaltet werden.
Die Zähler können bekannte, elektronische Ringzähler sein, wobei, nachdem ein Zähler, z. B.-14--, durchlaufen ist, der nächstfolgende Zähler --13-- einen Schritt gleich dem Bereich des vorhergehenden Zählers - vorwärts macht und der vorhergehende Zähler in die Anfangsstellung zurückkehrt. Gemäss der Erfindung ist nun von jedem Verstärker --5, 6 bzw. 7-ein Ausgang mit je einer weiteren Torschaltung --23, 24 bzw.
25-- verbunden und der Ausgang jeder dieser weiteren Torschaltungen ist an je einen eigenen Rückstelleingang --26, 27 bzw. 28-- desjenigen Zählers --12,13 bzw. 14-- angeschlossen, mit dem die an dem entsprechenden Verstärker --5, 6 bzw. 7-- angeschlossene erstgenannte Torschaltung --8, 9 bzw. 10-zusammenwirkt. Die weiteren Torschaltungen-23, 24 bzw. 25-- weisen im wesentlichen gleiche Spannungsschwellwerte wie die Tore --8, 9 bzw. 10-- auf, haben jedoch entgegengesetzte Ansprech-Polarität. Beim Ansprechen einer weiteren Torschaltung wird der betreffende Zähler auf Null gestellt.
Die Einrichtung-l-ist eine bekannte Differentialschaltung, in der die Spannungen-Ux und Uc-- miteinander verglichen werden. Der absolute Wert der Spannung-Up-ist dabei stets kleiner als der absolute Wert der Spannung-Ux-oder gleich diesem, im Falle vollständiger Kompensation.
Bei dem Vergleich der Spannungen-Ux und Uc-liefert die Einrichtung-l-einen Impuls, dessen Am-
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plitude --Uv-- für den Unterschied zwischen den beiden Spannungen massgebend ist. Die Wirkungsweise der
Schaltungsanordnung ist weiter folgende :
Es sei vorerst angenommen, dass die Zähleinrichtung --11-- auf Null steht, dabei befindet sich auch der
Spannungsteiler --15-- in der Nullage, was bedeutet, dass die Spannung --Uc-- an seinem Ausgang-20- Null ist. Die Amplitude --Uv-- des Impulses am Ausgang --4-- der Einrichtung --1-- ist dann der Spannung - selber proportional.
Dieser Impuls wird vorzugsweise zunächst in einem Verstärker --5-- verstärktund darauf dem Eingang der Torschaltung --8-- zugeführt. Dieses Tor öffnet sich nur dann, wenn die Amplitude - des Impulses wenigstens einen bestimmten Spannungsschwellwert überschreitet.
Wird dieser Schwellenwert überschritten, so liefert das Tor --8-- einen Impuls, wodurch der Zähler-12- einmal erregt wird. Der gleiche, im Verstärker --5-- verstärkte Impuls wird darauf im Verstärker-6-", u. zw. vorzugsweise zehnmal verstärkt, wenn ein Unterschied in Dezimalen gewünscht ist. Der Ausgang dieses Ver- stärkers --6-- ist mit dem Tor --9-- verbunden. Der Schwellenwert dieses Tores ist derart gewählt, dass nur dann ein Impuls dem Zähler --13-- zugeführt wird, wenn die Differenzamplitude Uv = Ux - Uc mindestens von der Ordnung des betreffenden von dem Zähler angegebenen Zahlenwertes ist. In diesem Falle wird der Zähler --13-- auch einmal erregt.
Im Verstärker --7-- wird der Impuls wieder verstärkt, auch vorzugsweise zehnmal, wenn ein Unterschied in Dezimalen gewünscht ist, und dem Tor --10-- zugeführt. Dieses Tor hat einen Schwellenwert, der in diesem Beispiel von der Ordnung der niedrigsten Dezimalstelle ist und liefert nur dann einen Impuls für den Zähler --14--, wenn die Amplitude --Uv-- mindestens von der Ordnung dieses De- zimalwertes ist. Dann ist die Stellung der Zähleinrichtung --11-- in Abhängigkeit von der Spannung --Uv--
001 oder 011 oder 111. Diese Stellung wird auf den Spannungsteiler --15-- übertragen, der infolgedessen in die
Stellung geführt wird, bei der die Ausgangsspannung --Uc-- in Abhängigkeit von der Stellung der Zähler 001 oder 011 oder 111 Einheiten, z.B. --mV-- ist.
Diese Spannung --Uc-- wird auf die Einrichtung-l-über- tragen und wieder mit der dort noch vorhandenen Spannung --Ux-- verglichen. Ist die Spannung Uc U, aber Ux > Uc, so entsteht ein neuer Impuls am Ausgang --4-- mit einer Amplitude-U'y-, worauf sich die beschriebenen Vorgänge wiederholen. Die Stellung der Zähler ändert sich wieder je nachdem die verschiedenen
Schwellenwerte überschritten werden. Auch die neue Stellung der Zähleinrichtung bedingt einen Stell- vorgang am Spannungsteiler so dass eine Spannung --U'c-- erhalten wird. Dieser Vorgang wiederholt
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--23, 24 bzw. 25-- wurdenkeiten, u. zw. kann der neue Wert --Ux -- grösser oder kleiner sein als der soeben gemessene Wert.
Im ersteren Fall wird ein neuer Messzyklus eingeleitet, der ausgeht von der letzten Stellung der Zähleinrichtung --11--, ohne dass diese auf Null gestellt wird. Hiebei werden in entsprechender Weise die Tore --8, 9 bzw. 10-- geöffnet; für die weiteren Tore --23,24 bzw. 25-- entsteht keine Situation, in der sie ge- öffnet werden könnten, da die jeweilige Spannung.-Uv--ihre bisherige Polarität beibehält.
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bzw. 14--, wodurch die betreffenden Zähler auf Null gestellt werden. Danach beginnt wieder ein normaler Zählvorgang wie bereits beschrieben, bei dem dann die Tore-8, 9 bzw. 10-- entsprechend geöffnet werden.
Ändert sich beispielsweise in der neuen Messgrösse nur die letzte Ziffernstelle, so wird nur der Zähler dieser letzten Ziffernstelle auf Null gestellt und dann auf den entsprechenden Wert gebracht.
Wie aus Vorstehendem ersichtlich, ist dadurch, dass jeder Messzyklus vom vorherigen Zählerstand ausgeht, ohne die Zähleinrichtung generell auf Null zu stellen, in vielen Fällen die Geschwindigkeit, mit der sich eine derartige Einrichtung auf eine neue Messgrösse einstellt, grösser als wenn prinzipiell die Zähleinrichtung bei jedem neuen Messzyklus auf Null gestellt wird. Der tatsächliche Gewinn an Geschwindigkeit ist dabei davon abhängig wie die Zählerstände der alten zur neuen Messgrösse jeweils liegen.
Um ein gutes Verständnis der Erfindung zu gewährleisten, wird nun ein zahlenmässiges Beispiel beschrieben, das auf Dekadenzähler abgestellt ist.
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die Tore-8, 9 und 10-- nur dann einen Impuls auf die betreffenden Zähler-12, 13 bzw. 14-- übertragen, wenn die Differenzspannung --Uv-- 111 mV, 11 mV bzw. 0, 5 mV beträgt. Der Wert von 0, 5 mV ist gleichzeitig die Minimalempfindlichkeit der Einrichtung. In diesem Falle sind die Schwellenwerte der Tore-8, 9 und 10- : 111K mV, 110K mV bzw. 50K mV. Die Schwellenwerte der tore --23,24 bzw. 25-- sind -111KmV, - 110K mV bzw. - 50K mV.
Weiter ist Uv = U-U.
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:Spannungsteiler-15--übertragen wird, der dann eine Spannung Uc=111mV liefert.Uv'=243-111 = 132 mV.
Bei dem nächstfolgenden Impuls des Generators --22-- ist die Lage wie folgt : Am Tor-8-steht
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so dass Uy = 243-222 = 21 mV.
Die Lage bei dem nächstfolgenden Impuls des Generators --22-- ist: Am Tor-8-steht 21K < 111K, also bleibt Zähler --12-- in Stellung --2--. Am Tor --9-- steht 210K > 110K, also gelangt Zähler 13 -- in Stellung 3. Am Tor --10-- steht 2100K > 50K, also gelangt Zähler --14in Stellung 3. Die Zähleinrich-
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bleibt Zähler --12in Stellung 2, am Tor --9-- steht 100K < 110K, also bleibt Zähler13-- in Stellung 3, am Tor --10-- steht 1000K > 50K, also gelangt Zähler --14-- in Stellung --4--. Die Zähleinrichtung zeigt somit 234 mV und es wird Uc = 234 und Uv''''= 9 mV.
Die Tore --8 und 9-- bleiben somit weiter geschlossen und nur das Tor --10-- öffnet sich noch neunmal.
Nach dem sechsten Mal erreicht der Zähler --14-- die Stellung --10--, liefert aber einen Impuls an den Zäh- ler-13-, der somit auf --4- springt. Schliesslich schreitet der Zähler --14-- noch drei Schritte weiter, so dass, wenn Uc = Ux = 243 die Zähleinrichtung --11-- nach insgesamt 13 Schritten die Stellung 243 erreicht hat.
Ändert sich nun die zu messende Spannung-Ux--beispielsweise auf 359 mV, so beginnt ein neuer Mess-
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ist.
Bei allen im vorstehenden beschriebenen Vorgängen waren die weiteren Tore --23,24 bzw. 25-- geschlossen, da ihre Schwellenwerte von -lllK mV, -llOK mV bzw. -50K mV nicht erreicht wurden, weil die an ihnen liegenden Spannungen stets positiv waren.
Nimmt man nun an, dass sich der Messwert von 359 mV beispielsweise auf 351 mV ändert, so ergibt sich
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istentsprechend demvorhergehendenZählerstand359 mV und Usteht-80K < -110K. Auch hier bleiben beide Tore geschlossen und der Zähler --13-- auf 5 stehen. Am Tor - steht-800K und am Tor-25-steht-800K > -50K. Damit bleibt das Tor --10-- geschlossen, das wei-
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und Uc wird 350 mV. Hieraus folgt, UV. = 351-350 = 1 mV. Am Tor-8-steht 1K < 111K undam Tor - steht IK, so dass beide Tore geschlossen bleiben. Am Tor --9-- steht 10K < 110K und am Tor -- 24-steht 10K. Somit bleiben auch die Tore --9 bzw. 24-- geschlossen.
Am Tor --10-- steht 100K > 50K und am Tor --25-- lOOK. Damit bleibt das Tor --25-- geschlossen, das Tor --10-- wird jedoch geöffnet und der Zäh- ler-14--auf 1 gestellt. Damit hat die Zähleinrichtung --11-- bereits die endgültige Anzeige von 351 erreicht, was in einem einzigen Schritt geschehen ist.
Wie aus vorstehendem ersichtlich, arbeitet die Einrichtung besonders rasch, wenn geringe Änderungen der Messgrösse auftreten, was aber besonders wichtig ist, damit die Anzeige der jeweils zu messenden Grösse auch rasch erfolgen kann. Dies ist unabhängig davon, ob die zu messende Grösse dem Betrag nach zu-oder abnimmt.
Um ein besonders sicheres Ansprechen der Rückstellung eines Zählers zu gewährleisten, kann zweckmässigerweise der Betrag der Spannungsschwellenwerte der weiteren Tore --23, 24 bzw. 25-- etwas kleiner als der der Tore-8, 9 bzw. 10-- gewählt werden, beispielsweise entsprechend dem im vorstehenden erläuterten Beispiel mit-95K,-86Kbzw.-43K.