DD257883A1

DD257883A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR THE AUTOMATIC MEASUREMENT OF EQUIVALENT PROTEINS

Info

Publication number: DD257883A1
Application number: DD30021486A
Authority: DD
Inventors: Hans-Joerg Loy; Norbert Rahm
Original assignee: Wolle & Seide Veb K
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1988-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens zur automatischen Messung von Gleichstroemen oder physikalischer Groessen, die sich darauf zurueckfuehren lassen, insbesondere fuer Messaufgaben ueber eine grosse Anzahl von Dekaden mit gleichbleibend hoher Genauigkeit und/oder ohne den Messstromkreis zu belasten. Ein zu messender Gleichstrom (2) wird in einem Kompensationspunkt (1), der durch einen Komparator (4) ueberwacht wird, durch einen Referenzstrom (3) entgegengesetzter Richtung nach dem Prinzip der Sukzessivapproximation kompensiert. Der Referenzstrom (3) wird durch eine Kombination von Kompensationselementen (5), bestehend aus digital umschaltbaren Referenzwiderstaenden (9) und einer digital steuerbaren Referenzspannungsquelle (10), erzeugt. Die Auswertung des Komparatorausgangs, die Steuerung der Kompensationselemente (5), die Ermittlung des zu messenden Stroms (2) und die Ausgabe des Messwertes erfolgt in einer Auswerte- und Steuereinrichtung (6), die durch einen Mikrorechner realisiert ist. Fig. 1The invention relates to a method and an arrangement for carrying out the method for the automatic measurement of Gleichstroemen or physical quantities, which can be attributed to it, in particular for measuring tasks over a large number of decades with consistently high accuracy and / or without burdening the measuring circuit. A direct current (2) to be measured is compensated in a compensation point (1), which is monitored by a comparator (4), by a reference current (3) of opposite direction according to the principle of successive approximation. The reference current (3) is generated by a combination of compensation elements (5) consisting of digitally switchable reference resistors (9) and a digitally controllable reference voltage source (10). The evaluation of the comparator output, the control of the compensation elements (5), the determination of the current to be measured (2) and the output of the measured value takes place in an evaluation and control device (6), which is realized by a microcomputer. Fig. 1

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur automatischen Messung von Gleichströmen nach der Kompensationsmethode unter Verwendung des Prinzips der Sukzessivapproximation, insbesondere für Meßaufgaben über eine große Anzahl von Dekaden mit gleichbleibende hoher Genauigkeit und/oder ohne den Meßstromkreis zu belasten.The invention relates to a method and an arrangement for carrying out the method for the automatic measurement of direct currents according to the compensation method using the principle of successive approximation, in particular for measuring tasks over a large number of decades with constant high accuracy and / or without burdening the measuring circuit.

Characteristic of the known technical solutions

Die Messung von Gleichströmen erfordert bei der Anwendung bekannter Verfahren einen Referenzwiderstand zur Umsetzung in eine äquivalente Spannung, der die Stromverhältnisse im Meßstromkreis mehr oder weniger verfälscht.When using known methods, the measurement of direct currents requires a reference resistor for conversion into an equivalent voltage, which more or less distorts the current conditions in the measuring circuit.

Zur Messung kleiner Gleichströme über mehrere Dekaden werden überwiegend logarithmische, hochverstärkende stabilisierte oder Zerhackerverstärker eingesetzt. Benutzt man einen Strom-Spannungs-Verstärker, treten an dessen Eingang besonders bei kleinen Meßströmen, bedingt durch die endliche Verstärkung, erhebliche Potentialverschiebungen auf.For measuring small DC currents over several decades, predominantly logarithmic, high-gain stabilized or chopper amplifiers are used. If a current-voltage amplifier is used, significant potential shifts occur at its input, especially with small measuring currents, due to the finite amplification.

Bei diesen bekannten Lösungen lassen sich die Forderungen nach großem Meßbereich, geringster Verfälschung des zu messenden Stroms und hoher Genauigkeit nicht gleichzeitig realisieren. Außerdem ist die Belastung des Meßstromkreises nicht vollständig zu eliminieren und die Forderung nach großem Signal-Rausch-Abstand bei diesen analogen Meßverfahren setzt den minimal meßbaren Größen ebenso enge Grenzen wie das Offset-Verhalten.In these known solutions, the demands for a large measuring range, lowest distortion of the current to be measured and high accuracy can not be realized simultaneously. In addition, the load of the measuring circuit is not completely eliminated and the requirement for large signal-to-noise ratio in these analog measurement method sets the minimum measurable sizes as narrow limits as the offset behavior.

Logarithmische und hochverstärkende stabilisierte Verstärkerwirken selbst bei umfangreichen Stabilisierungsmaßnahmen nur über eine beschränkte Anzahl von Dekaden mit gleichbleibend hoher Genauigkeit.Logarithmic and high-gain stabilized amplifiers only work for a limited number of decades with consistently high accuracy, even with extensive stabilization measures.

Bei Zerhackerverstärkern lassen sich die Einflüsse des Abtastgliedes nur über einen kleinen Meßbereich hinreichend kompensieren.With chopper amplifiers, the influences of the scanning element can be compensated sufficiently only over a small measuring range.

Einrichtungen zur Umschaltung des Meßbereiches in Abhängigkeit von derzu messenden Größe besitzen den Nachteil, daß der Aufwand im Verhältnis zur erzielbaren Meßbereichserweiterung groß ist.Means for switching the measuring range depending on the size to be measured have the disadvantage that the effort in relation to the achievable measuring range extension is large.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Gleichströme über eine große Anzahl von Dekaden mit gleichbleibend hoher Genauigkeit automatisch zu messen, ohne dabei den Meßstromkreis zu belasten.The aim of the invention is to automatically measure DC currents over a large number of decades with consistently high accuracy, without burdening the measuring circuit.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit der es möglich ist, Gleichströme über eine große Anzahl von Dekaden mit gleichbleibend hoher Genauigkeit automatisch zu messen, ohne dabei den Meßstromkreis zu belasten. ;The invention has for its object to provide a method and an arrangement for carrying out the method, with which it is possible to automatically measure DC currents over a large number of decades with consistently high accuracy, without burdening the measuring circuit. ;

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß derzu messende Strom in einem durch einen Komparator überwachten Kompensationspunkt durch einen Referenzstrom entgegengesetzter Richtung kompensiert wird. Der Referenzstrom wird durch automatische Umschaltung von einem oder mehreren Kompensationselementen erzeugt. An den zu messenden Strom wird derAccording to the invention the object is achieved in that the current to be measured is compensated in a monitored by a comparator compensation point by a reference current of opposite direction. The reference current is generated by automatic switching of one or more compensation elements. At the current to be measured is the

Referenzstrom mittels des Komparators und einer Auswerte- und Steuereinrichtung sukzessiv approximiert, wobei nach erfolgter Approximation das digitale Abbild des zu messenden Stromes vorliegt.Reference current by means of the comparator and an evaluation and control device successively approximated, wherein after the approximation, the digital image of the current to be measured is present.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beinhaltet, daß der Komparator eingangsseitig in einem Kompensationspunkt mit dem Meßstrom und mit dem in einem oder mehreren Kompensationselementen erzeugten Referenzstrom verbunden ist. Der Komparatorausgang ist mit der Auswerte- und Steuereinrichtung verbunden, der ein Interface zu Sekundärgeräten nachgeschaltet ist und die rückkoppelnd mit den Kompensationselementen verbunden ist.The arrangement for carrying out the method includes that the comparator on the input side is connected in a compensation point with the measuring current and with the reference current generated in one or more compensation elements. The comparator output is connected to the evaluation and control device, which is connected downstream of an interface to secondary devices and which is feedback-connected to the compensation elements.

Mittels des Komparators, dessen Ansprechschwelle an die geforderte Genauigkeit angepaßt ist, wird das Potential am Kompensationspunkt gegenüber dem Bezugspotential ausgewertet. Der statische Ausgangszustand des Komparators gibt Aufschluß über die Polarität des Potentials am Kompensationspunkt und damit über die notwendige Änderungsrichtung des Referenzstromes, eine Änderung des Ausgangszustandes stellt das Erreichen bzw. Überschreiten des Kompensationszustandes fest.By means of the comparator whose response threshold is adapted to the required accuracy, the potential at the compensation point is evaluated with respect to the reference potential. The static output state of the comparator provides information about the polarity of the potential at the compensation point and thus about the necessary direction of change of the reference current, a change in the initial state determines the achievement or exceeding of the compensation state.

Eine bekannte Auswerte- und Steuereinrichtung wertet den Ausgangszustand des Komparators aus und steuert die Kompensationselemente, die eine Referenzstromquelle darstellen, derart, daß der Referenzstrom sukzessiv an den zu messenden Strom approximiert wird. Gleiche Potentiale zeigen die vollständige Kompensation des zu messenden Stromes an. In diesem Zustand haben Nebenschlüsse zwischen Kompensations- und Bezugspunkt keinen Einfluß mehr auf die Genauigkeit des Meßwertes. Darüberhinaus ist sowohl die Differenz- als auch die Gleichtakteingangsspannung im Gegensatz zum Spannungsvergleichsverfahren immer annähernd Null, so daß der Komparator nur für diesen Eingangszustand dimensioniert und kompensiert werden muß. Im unkompensierten Zustand bestimmt die Empfindlichkeit des Komparators in Zusammenhang mit der geforderten Genauigkeit die zulässige Größe eines Nebenschlusses. Hysteresefehler des Komparators bleiben dadurch unwirksam, daß man sich dem Kompensationszustand immer aus einer Richtung nähert. Aus der Stellung der Kompensationselemente ist nach beendeter Approximation der Meßwert durch einfache mathematische Operationen ableitbar.A known evaluation and control device evaluates the output state of the comparator and controls the compensation elements, which constitute a reference current source, such that the reference current is successively approximated to the current to be measured. Same potentials indicate the complete compensation of the current to be measured. In this state, shunts between the compensation and reference point have no influence on the accuracy of the measured value. Moreover, in contrast to the voltage comparison method, both the differential and the common-mode input voltage are always approximately zero, so that the comparator only has to be dimensioned and compensated for this input state. In the uncompensated state, the sensitivity of the comparator in connection with the required accuracy determines the admissible size of a shunt. Hysteresis errors of the comparator remain ineffective in that one always approaches the compensation state from one direction. From the position of the compensation elements, after completion of the approximation, the measured value can be derived by simple mathematical operations.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. In the drawing show:

FIg. 1: BlockschaltbildFIG. 1: block diagram

Fig. 2: Prinzipskizze für die MeßaufgabeFig. 2: schematic diagram for the measurement task

Die erfindungsgemäße Lösung wird in einem Gerät zur Bestimmung der Materialfeuchte nach dem Leichtfähigkeitsprinzip verwendet. Dabei waren materialfeuchtigkeitsabhängige Widerstände 8 von 10⁴bis 10¹²Ohm mit einer Genauigkeit von ±1%zu bestimmen. 'The solution according to the invention is used in a device for determining the moisture content according to the lightness principle. Material resistance dependent resistors 8 from 10 ⁴ to 10 ¹² ohms were to be determined with an accuracy of ± 1%. '

Um den Referenzstrom 3, der erfindungsgemäß die gleiche Größe wie der zu messende Strom annehmen muß, erzeugen zu können, ist unter den Forderungen des großen Meßbereichs, der hohen Genauigkeit und der digitalen Einstellbarkeit keine in sich geschlossene Schaltung einer Referenzstromquelle einsetzbar. Vielmehr wird eine Kombination von Kompensationselementen 5, bestehend aus digital einstellbarer Referenzspannungsquelle 10 und umschaltbarer Referenzwiderstände 9 eingesetzt. Die Zuleitungen zum Kompensationspunkt 1 sind gegen elektromagnetische Störbeeinflussung geschützt ausgefürt'und die Referenzwiderstände 9 werden mit Relaiskontakten 11 geschaltet. Zur Offset- und Offsetdriftkompensation wird vor jeder Messung und nach jeder Umschaltung der Referenzwiderstände 9 eine Auto-Zero-Phase eingefügt.In order to be able to generate the reference current 3, which according to the invention must be the same size as the current to be measured, no self-contained circuit of a reference current source can be used under the demands of the large measuring range, the high accuracy and the digital adjustability. Rather, a combination of compensation elements 5, consisting of digitally adjustable reference voltage source 10 and switchable reference resistors 9 is used. The leads to the compensation point 1 are ausgefürt protected against electromagnetic interference 'and the reference resistors 9 are connected with relay contacts 11. For offset and offset drift compensation, an auto-zero phase is inserted before each measurement and after each switching of the reference resistors 9.

Vor Beginn der Approximation wird durch Erzeugung des höchst zulässigen bzw. kleinstmöglichen Referenzstromes 3 die Einhaltung des Meßbereichs überprüft. Die Approximation beginnt mit der Einstellung des Strommeßbereichs (dekadisch oder dual gestuft) durch Umschaltung der Referenzwiderstäntie 9 vom niedrigsten zum höchsten bei maximaler Referenzspannung. Bei Änderung des Komparatoraüsgangszustandes wird auf den zuvor eingeschalteten Referenzwiderstand 9 geschaltet. Die weitere Kompensation erfolgt durch Einstellen der Referenzspannung nach dem Prinzip der Sukzessivapproximation. Aus der Stellung der Kompensationselemente 5 nach erfolgter Kompensation ist der Meßwert durch einfache mathematische Operationen zu gewinnen. Diese Aufgabe wird ebenso wie die Auswertung des Komparatorausgangs, die Steuerung der Kompensationselemente 5, die anwendungsspezifische Meßwertkorrektur und die Ausgabe des Meßwertes über ein Interface 7 durch einen Mikrorechner realisiert.Before the start of the approximation, compliance with the measuring range is checked by generating the highest permissible or smallest possible reference current 3. The approximation begins with the setting of the current measuring range (decadal or dual-stepped) by switching the reference resistance 9 from the lowest to the highest at the maximum reference voltage. When changing the Komparatoraüsgangszustandes is switched to the previously switched reference resistor 9. The further compensation takes place by setting the reference voltage according to the principle of successive approximation. From the position of the compensation elements 5 after compensation, the measured value can be obtained by simple mathematical operations. This task is realized as well as the evaluation of the comparator output, the control of the compensation elements 5, the application-specific measured value correction and the output of the measured value via an interface 7 by a microcomputer.

Claims

Claim:

A method for the automatic measurement of DC currents without load of the measuring circuit over a large number of decades with consistently high accuracy using known comparators, compensation elements, evaluation and control devices and interfaces, characterized in that the current to be measured in a monitored by a comparator compensation point by a reference current of opposite direction, which is generated by automatic switching of one or more compensation elements is successively approximated to the current to be measured using a comparator and an evaluation and control device and after approximation as an image of the current to be measured on the basis of the states Compensating elements digital exists, is compensated.

2. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the comparator (4) on the input side in a compensation point (1) with the measuring current (2), in one or more compensation elements (5) generated reference current (3) and the output side with an evaluation and control device (6), connected downstream with an interface (7) to secondary devices and the feedback elements connected back (5).