DD273691A1

DD273691A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT IN A DIGITAL MULTI-MEASUREMENT DEVICE

Info

Publication number: DD273691A1
Application number: DD31748388A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Fiegenbaum; Roland Hopstock
Original assignee: Erfurt Mikroelektronik
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1989-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in einer digitalen Vielfachmesseinrichtung, die mindestens die Betriebsarten Spannungsmessung und Widerstandsverhaeltnismessung aufweist und aus einem normierenden Wandler mit nachfolgendem Analog/Digital-Umsetzer besteht. Sie dient der Verbesserung (Erweiterung) der hochohmigen Widerstands- bzw. Leitwertmessung und ist vor allem in der digitalen Mess- und Testtechnik anwendbar. Erfindungsgemaess sind in einer Vielfachmesseinrichtung mit invertierender Verstaerkung und Gegenkopplung ueber die Messquelle die Mindestbetriebsarten Spannungsmessung und Widerstandsverhaeltnismessung durch eine spezielle Ausgestaltung der letzteren um die Betriebsart der hochohmigen Leitwertmessung ergaenzt, in der der Widerstand des Hochspannungsteilers als (bekannter) Zaehlerwiderstand und der Messleitwert als (unbekannter) Nennerwiderstand der Widerstandsverhaeltnismessung zugeschaltet bzw. angeschlossen sind und eine Digitalwertausgabe als Leitwert bzw. Widerstand erfolgt. FigurThe invention relates to a circuit arrangement in a digital multi-measuring device, which has at least the operating modes voltage measurement and resistance ratio measurement and consists of a normalizing converter with subsequent analog / digital converter. It serves to improve (expand) the high-impedance resistance or conductivity measurement and is especially applicable in digital measurement and test technology. According to the invention, in a multiple measuring device with inverting amplification and negative feedback via the measuring source, the minimum modes of voltage measurement and resistance ratio measurement are supplemented by a special embodiment of the latter by the operating mode of the high-resistance conductivity measurement in which the resistance of the high-voltage divider as (known) Zaehlerwiderstand and the Messleitwert than (unknown) Denominator resistance of the resistance ratio measurement are connected or connected and a digital value output as a conductance or resistance. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung in einer digitalen Vielfachmeßeinrichtung - mindestens mit den Betriebsarten Spannungsmessung und Widerstandsverhältnismessung, erfindungsgemäß durch eine Betriebsart Leitwertmessung ergänzt- und ist vor aliem in Geräten bzw. Baugruppen der digitalen Meßtechnik, der BMSR-Technik und in komplexen Tef !einrichtungen anwendbar.The invention relates to a circuit arrangement in a digital Mehrfachmeßeinrichtung - at least with the operating modes voltage measurement and resistance ratio measurement, according to the invention supplemented by a conductivity measurement mode and is above all in devices or modules of digital measurement technology, the BMSR technology and in complex Tef!

Characteristic of the known state of the art

Bekannte Schaltungsanordnungen bestehen aus eiii.m eingangsseitigen, befiebsarten- und bereichsabhängig steuerbaren normierenden Wandler und einem nachfolgenden Analog/Digital (AD)-Umsetzer inklusive Umsetzungsrechner (G. Sahner, Digitale Meßverfahren, VEB Verlag Technik, Berlin, 1987). Die Vielfalt an Verfahren und Schaltungsanordnungen zur AD-Umsetzung ist außerordentlich groß und in zunehmendem Maße durch rechnergestützte Ablaufsteuerung, Korrektur und Datenvorauswertung gekennzeichnet.Known circuit arrangements consist of eiii.m input-side, befiebsarten- and area-dependent controllable normalizing converter and a subsequent analog / digital (AD) converter including conversion calculator (G. Sahner, Digital Measurement, VEB Verlag Technik, Berlin, 1987). The variety of methods and circuits for AD conversion is extremely large and increasingly characterized by computer-aided sequential control, correction and data pre-evaluation.

Die Eigenschaften (Qualität, Vielseitigkeit, Einfachheit) digitaler Vielfachmeßeinrichtungen, vor allem für Spannung*-, Strom-, Widerstands-, Widerstandeverhältnis- und Temperaturmessungen, werden vor allem von jenen des normierenden Wandlers bestimmt, gegebenenfalls unter Einbezug von Korrekturmaßnahmen, beispielsweise über die AD-Umsetzung und mit geeigneter Korrekturrechnung gemäß DD-WP 204101.The characteristics (quality, versatility, simplicity) of digital multiple measuring devices, especially for voltage *, current, resistance, resistance ratio and temperature measurements, are mainly determined by those of the normalizing transducer, possibly with the inclusion of corrective measures, for example via the AD Implementation and with suitable correction calculation according to DD-WP 204101.

Es ist bekannt und üblich, zur Spannungsmessung innerhalb des normierenden Wandlers einen invertierenden Verstärker vorzusehen, in dessen Gegenkopplungsverbindung sich die Meßquelle befindet (0,1 pV- Digitalvoltmeter G-1202, Gorätebeschreibung, VEB Funkwerk Erfurt, 1982).It is known and customary to provide for the voltage measurement within the normalizing transducer an inverting amplifier in whose negative feedback connection the measuring source is (0.1 pV digital voltmeter G-1202, Gorätebeschreibung, VEB Funkwerk Erfurt, 1982).

Die Verstärkung bzw. Teilung wird von einem auf internes Bezugspotential bezogenen ausgangsseitigen Gegenkopplungsteiler bzw. von einem eingangsseitig vorangestellten und alternativ zuschaltbaren Eingangsspannungsteiler bestimmt, wobei dio jeweiligen (Widerstands-) Teiler genauigkeitsbestimmend sind.The amplification or division is determined by an output-side negative-feedback divider related to internal reference potential or by an input voltage divider preceded on the input side and alternatively switchable, with the respective (resistance) divider determining the accuracy.

Es ist ebenfalls bekannt und üblich, zur Widerstandsverhältnismessung gerätemäßig solche externen Anschlüsse für zwei Widerstände (Zähler- und Nennerwiderstand) vorzusehen, daß bezüglich eines invertierenden Eingangsverstärkers einerseits beide Widerstände mit dem invertierenden Verstärkereingang und andererseits der Zählerwiderstand mit dem Verstärkerausgang und der Nennerwiderstand mit einer (Wandler-) Referenzspannung verbunden sind (Digitalvoltmeter G-1006.500, Gerätebeschreibung, VEB Mikroelektronik Erfurt, 1987).It is also known and customary to provide such external connections for two resistors (counter and denominator resistance) for the resistance ratio measurement that, with respect to an inverting input amplifier, both resistors with the inverting amplifier input and the counter resistor with the amplifier output and the denominator resistor with a (converter -) reference voltage are connected (digital voltmeter G-1006.500, device description, VEB microelectronics Erfurt, 1987).

Es ist allgemein üblich, die Widerstandsverhältnismessung mit einer Widerstandsmessung zu verbinden, indem anctelle des Nennerwiderstandes ein interner Referenzwiderstand bereichsabhängig zuschaltbar ist. Eine Grenze dieser Widerstandsmeßanordnung besteht darin, daß oberhalb eines Maximalwertes des Meßwiderstandes, beispielsweise über 200ΜΩ, keine unmittelbare Messung (außer Parallelschaltung und Umrechnung) möglich ist. Die digitale Meßgrößenausgabe (Anzeige) signalisiert dann Überlauf, obgleich beispielsweise mit 200ΜΩ als Maximalwert und nur 1 aus 2 · 10⁴ als sicherer Auflösung hinsichtlich der (störenden) geräteeigenen Isolationseigenschaften bereits 4 · 10¹²Ω (je digit) unter allen Randbedingungen einzuhalten sind, d.is Gerät also quasi erst oberhalb 4 10¹²Ω eine eigene widerstandsmäßige obere Meßgrenze aufweist, was über 200ΜΩ jngenutzt bleibt. Eine derartige obere Begrenzung des Widerstandsmeßbereiches ist ein Nachteil soldier Vielfachmeßeinrichtungen.It is generally customary to connect the resistance ratio measurement with a resistance measurement, in that anctelle of the denominator resistance allows an internal reference resistance to be switched in a range-dependent manner. A limit of this resistance measuring arrangement is that above a maximum value of the measuring resistor, for example, over 200ΜΩ, no immediate measurement (except parallel connection and conversion) is possible. The digital Meßgrößenausgabe (display) signals then overflow, although for example with 200ΜΩ as the maximum value and only 1 from 2 · 10 ⁴ as a safe resolution with respect to the (disturbing) device's own isolation properties already 4 · 10 ¹² Ω (per digit) must be complied with under all boundary conditions This means that the device has its own upper resistance limit above 4 10 ¹² Ω, which remains above 200 Ω. Such an upper limit of the resistance measuring range is a disadvantage of multiple measuring devices.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel dor Erfindung, in einer Schaltungsanordnung - mindestens mit den Betriebsarten Spannungsmessung und Widerstandsverhältnismessung sowie mit invertierender Verstärkung - eine bezüglich unmittelbarer digitaler Meßbarkeit von Widerständen bestehende obere Meßgrenze zu erhöhen.It is the goal dor invention, in a circuit arrangement - at least with the operating modes voltage measurement and resistance ratio measurement and with inverting amplification - to increase an existing with respect to immediate digital measurability of resistors upper measuring limit.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung - mindestens mit den Betriebsarten Spannungsmessung und Widerstandsverhältnismessung sowie mit invertierenderVerstärkung-zu schaffen, die bezüglich unmittelbarer Meßbarkeit von Widerständen keine prinzipiell obere Meßgrenze aufweint.The object of the invention is to provide a circuit arrangement - at least with the operating modes voltage measurement and resistance ratio measurement as well as with inverting amplification-which in terms of direct measurability of resistors does not cause any upper measurement limit.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung in einer digitalen Vielfachmeßeinrichtung - mindestens mit den Betriebsarten Spannungsmessung und Widerstandsverhältnismessung -, bestehend aus einem eingangsseitigen normierenden Wandler mit vier Eingangsanschlüssen und einem nachgesetzten Analog/Digital (AD)-Umsetzer, bezüglich des normierenden Wandlers aus einem invertierenden Verstärker, einem Eingangsteiler, einer (Wandler-) Referanzquelle unti steuerbaren Umschaltmittein und mit potentiometrischer Verstärkergegenkopplung über die Meßquelle sowio mit je zwei der Eingangsanschlüsse für einen Zähler- und einen Nennerwiderstand, dadurch gelöst, daß zur Messung höchstohmiger Widerstände eine diesbezügliche Betriebsart Leitwertmessung realisiert ist, in der der Meßwiderstand bzw. -leitweit anstelle des Nennerwiderstandes angeschlossen, ein interner, primär der Messung hoher Spannungen zugeordneter Eingangsteiler hinsichtlich seines Teilergesamtwiderstandes oder seines Hochspannungswiderstandes über einen Hochspannungsschalter anstelle des Zählerwiderstandes zugeschaltet und einp Digitalwertausgabe (Da) in einer größenmäßig zugeordneten Maßeinheit des Leitwertes realisiert ist.According to the invention this object is achieved by a circuit arrangement in a digital Mehrfachmeßeinrichtung - at least with the operating modes voltage measurement and resistance ratio measurement - consisting of an input side normalizing converter with four input terminals and a post-analog / digital (AD) converter, with respect to the normalizing converter of an inverting amplifier , an input divider, a (converter) Referanzquelle unti controllable Umschaltmittein and potentiometric amplifier negative feedback via the measuring sow sowio each with two of the input terminals for a counter and a denominator resistance, achieved in that for measuring high-resistance resistors in this regard, a conductance measurement is realized in the measuring resistor or -leitweit connected instead of denominator resistance, an internal, primarily the measurement of high voltages associated input divider with respect to its Teilergesamtwiderst andes or its high-voltage resistor is connected via a high-voltage switch instead of the counter resistance and einp digital value output (Da) is realized in a unit of measure associated with the conductance.

Es ist vorteilhaft, daß mindestens einer der dem Zählerwiderstand zugeordneten eingangsseitigen Anschlüsse in der Betriebsart Leitwertmessung über Schaltmittel vom Eingangsteiler getrennt ist, vorzugsweise über einen ohnehin für die Vielfachmessung erforderlichen Umschalter.It is advantageous that at least one of the counter resistance associated input side terminals is separated in the operating mode conductivity measurement via switching means from the input divider, preferably via an already required for the multiple switch.

Vorteilhaft ist auch, daß zwecks hochohmiger bzw. höher auflösender Leitwertmessung anstelle oder in Ergänzung des Eingangsteilers ein intern zuschaltbarer oder extern aufsteckbarer Konstantwiderstand von höherem Widerstandswert vorgesehen ist.It is also advantageous that an internally switchable or externally attachable constant resistance of higher resistance value is provided for the purpose of high-impedance or higher-resolution conductivity measurement instead of or in addition to the input divider.

Es ist zweckmäßig, daß der Teilergesamtwiderstand oder/und der Konstantwiderstand einen hochohmigen Widerstandswert der Form 10" ΜΩ mit ganzzahlig positivem Exponenten η aufweist.It is expedient that the partial total resistance or / and the constant resistance have a high resistance value of the form 10 "Ω with integer positive exponent η.

Zweckmäßig ist ebenfalls, daß der AD-Umsetzer einen Umsetzungsrechner aufweist, von dem mittels Reziprokwertbildung ein gemessener Leitwert in einen Widerstandswert umgerechnet und - zweckmäßigerweise stellenzahlanyepaßt - ausgegeben w id, vorzugsweise in ergänzender Kombination mit einer schaltungsmäßig für sich bekannten Betriebsart Widerstandsmessung.It is also expedient that the AD converter has a conversion calculator from which converted by reciprocal a measured conductance in a resistance value and - expediently stellenzahlanyepaßt - spent w id, preferably in complementary combination with a circuit known per se resistance measurement mode.

Es kann von Vorteil sein, vor allem für die Verstärkereingangseigenschaften, daß der gegengekoppelte Verstärker in der Betriebsart Spannungsmessung bezüglich der Meßspannung schaltungsmäßig als nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerverstärker) realisiert ist, vorzugsweise mittels diesbezüglich steuerbarer Umschaltmittel.It may be advantageous, especially for the amplifier input characteristics, that the negative feedback amplifier in the voltage measurement operating mode is implemented as a noninverting amplifier (electrometer amplifier) with respect to the measuring voltage, preferably by means of controllable switching means.

Zur vorübergehenden Erweiterung des Widerstandsmeßbereiches bis auf die reziproke Auflösungsgrenze der Leitwertmessung ist es zweckmäßig, daß für die Betriebsart Leitwertmessung eine rechnerische Offsetkorrektur, ausgehend von einem abgetrennten Meßleitwert, realisiert ist, vorzugsweise mit geräteinternen Schaltmitteln 2 jr wenigstens einseitigen Abtrennung des Meßleitwertes.For the temporary extension of the resistance measuring range up to the reciprocal resolution limit of the conductance measurement, it is expedient that a mathematical offset correction, starting from a separated Meßleitwert, realized for the operating mode Leitwertmessung, preferably with device-internal switching means 2 for at least one-sided separation of the Meßleitwertes.

Die Vielfalt der Meßmöglichkeiten in einer digitalen Vielfachmeßeinrichtung wird von der Konzeption des normierenden Wandlers bestimmt, woran vorauesetiungsgemäß mindestens die Betriebsarton (DC-) Spannungsmessung und Widerstandsverhältnismessung ausgeführt sein sollen, üblicherweise noch ergänzt durch die Betriebsart (hochorv. ,ige) Widerstandsmessung, wonn sie auf der Basis gleicher Schaltungstechnik (mit invertierendem Verstärker) erfolgt. Für die Spannungsmessung erstreckt sich dar (potentiometrische) Gegenkopplungswert vom Abgriff eines Gegenkopplungsteilers arv Verstärkerausgang über die Meßquelle zum invertierenden Eingang des Verstärkers, dessen nichtinvertierender Eingang am internen Bezugspotential angeschlossen ist. Mittels bereichsabhängiger Verstärkung bzw. Spannungsteiiung wird der nachfolgende AD-Umsetzer immer im Nennbereich seiner Eingangsspannung betrieben. In der Betriebsart Widerstandverhältnismessung sind die externen Meßwiderstända (Nenner- und Zählerwiderstand) einerseits intern miteinander und mit dem invertierenden Verstärkereingang, der auch den Eingangsanschluß bei Spannungsmessung bildet, verbunden. Andererseits ist dann der Zählerwiderstand über den Bezugsanschluß der Spannungsmessung mit dem Verstärkerausgang und der Nennerwiderstand über einen weiteren Eingangsanschluß mit einer ebenfalls auf internes Bezugspotential bezogenen (Wandler-) Referenzquelle verbunden. Die Spannung dibser Referenzquelle wird vor der AD-Umsetzung mit dem zu messenden Widerstandsverhältnis verstärkt. Auch der AD-Umsetzer benötigt eine (AD-) Referenzquelle, wobei die Referenzquellen gleichen Ursprungs sein können und sollten (Fehlerkompensation). Die Verwendung des (Hochspannungs-) Teilerwiderstandes der Spannungsmessung als Zählerwiderstand der Widerstandsverhältnismessung -mit Leitwertausgabe für den Nennerwiderstand (als Meßloitwert) - sichert die Anwendung eines bereits vorhandenen, zugleich (voraussetzungsgemäß) langzeit- und temperaturstabilen (Teilergesamt-) Widerstandes für die zusätzliche höchstohmige Leitwertmessung. Die weltweit auf 10 ΜΩ (engtoleriert) genormte Nennwert des Teilergesamtwiderstandes erlaubt daher bei einer Meßauflösung von 10~⁶ über die ergänzende Leitwertmeßtechnik die zusätzliche meßtechnische Erfassung von Widerständen (bzw. Leitwerten) zwischen etwa 10⁷ und 10^l2fi (bzw. zwischen 10^s und 1 ps). Ein zuschaltbarer bzw. extern aufsteckbarer Zählerwiderstand von 100 ΜΩ ermöglicht- unter Beachtung größerer Meßeinschwingzeiten-sogar eine widerstandsmäßige Auflösungsgrenze von 10¹³Ω, sofern die schaltungsmäßige und technologische Ausgestaltung der Wandlereigenschaften diese Grenze ebenfalls zulassen.The variety of measurement options in a digital Mehrfachmeßeinrichtung is determined by the design of the normalizing converter, which should be performed vorauesetiungsgemäß at least the Moduson (DC) voltage measurement and resistance ratio measurement, usually still supplemented by the mode (hochorv., Ige) resistance measurement, they wont the basis of the same circuit technology (with inverting amplifier) takes place. For the voltage measurement, the (potentiometric) negative feedback value extends from the tap of a negative feedback amplifier arv amplifier output via the measuring source to the inverting input of the amplifier whose non-inverting input is connected to the internal reference potential. By means of range-dependent gain or Spannungssteiiung the subsequent AD converter is always operated in the nominal range of its input voltage. In Resistance Ratio measurement mode, the external sense resistors (denominator and counter resistance) are internally connected to each other and to the inverting amplifier input, which also forms the input terminal during voltage measurement. On the other hand, the counter resistance is then connected via the reference terminal of the voltage measurement with the amplifier output and the denominator resistance via a further input terminal with a (reference) also referring to internal reference potential (converter) reference source. The voltage of the reference source is amplified before the AD conversion with the resistance ratio to be measured. The AD converter also requires an (AD) reference source, whereby the reference sources can and should be of the same origin (error compensation). The use of the (high voltage) divider resistance of the voltage measurement as a counter resistance of the resistance ratio measurement with Leitwertausgabe for the denominator resistance (as Meßloitwert) - ensures the application of an existing, at the same time (conditional) long-term and temperature stable (Teilergesamt-) resistance for the additional high-impedance conductivity measurement , The nominal value of the partial residual resistance, which is standardized worldwide at 10 Ω (tolerance-tolerated), therefore permits the additional measuring technology of resistances (or conductance values) between 10 ⁷ and 10 ^{12 f} (or between 10 ^s ) at a measuring resolution of 10 ~ ⁶ via the supplementary conductivity measurement ^technique and 1 ps). A switchable or externally pluggable counter resistance of 100 Ω allows - taking into account larger Meßeinschwingzeiten - even a resistive resolution limit of 10 ¹³ Ω, provided that the circuit and technological design of the converter characteristics also allow this limit.

Die ergänzende Betriebsart der hochohmigen Leitwertmessung erweitert die in Vielfachmeßeinrichtungen sonst etwa auf 200ΜΩ begrenzte unmittelbare digitale Widerstandsmeßmöglichkeit daher um mehrere Größenordnungen, bei Verwendung eines vorhandenen genormten (Gesamt-) Teilerwiderstandes sogar ohne zusätzlichen Hardwareaufwand und ohne zusätzliche Anforderungen an Wandlereigenschaften. Der Vorteil besteht daher in mit sehr geringem Aufwand erreichten erhöhten Gebrauchswerteigenschaften der Vielfachmeßeinrichtung.The supplementary mode of high-resistance conductivity measurement extends the limited in Mehrfachmeßeinrichtungen otherwise about 200ΜΩ immediate digital Widerstandsmeßmöglichkeit therefore several orders of magnitude, using an existing standard (total) Teilerwiderstandes even without additional hardware and without additional requirements for converter characteristics. The advantage, therefore, is the increased utility value characteristics of the multiple measuring device achieved with very little effort.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Die blockschal'bildmäßlge Darstellung der erfinderischen Lösung weist eingangsseitig bezüglich der Spannungsmessung einen Eingangsanschluß 1 und einen Bezugsanschluß 2 und bezüglich der Widerstandsverhältnismessung zusätzlich einen weiteren Eingangsanschluß 1' und einen weiteren Bezugsanschluß 2', ausgangsseitig einen Ausgangsanschluß 4 für einen Ausgangsdigitalwert Da und im Innern internes Bezugspotential 3 auf. Es sind schaltungsmäßig Meßmöglichkeiten für eine Meßspannung Ux, einen Meßwiderstand Rx, einen Meßstrom Ix, ein Widerstandsverhältnis mit dem Zählerwiderstand R1 und dem Nennerwiderstand R 2 und für einen hochohmigen Meßleitwert Gx angedeutet.The invention will be explained below with reference to a drawing. The Blockschal'bildmäßlge representation of the inventive solution has on the input side with respect to the voltage measurement an input terminal 1 and a reference terminal 2 and with respect to the resistance ratio measurement additionally a further input terminal 1 'and another reference terminal 2', on the output side an output terminal 4 for an output digital value Da and internal reference internal potential 3 on. There are circuit-wise measuring possibilities for a measuring voltage Ux, a measuring resistor Rx, a measuring current Ix, a resistance ratio with the counter resistance R1 and the denominator resistance R 2 and indicated for a high-impedance Meßleitwert Gx.

Das Blockschaltbild enthält dazu einen Eingangsteiler 5, einen Eingangsumschalter 6, einen Differenzverstärker 7, einen Ausgangsumschalter 8, einen Ausgangsteiler 9,einen Analog/Digital (AD)-Umschalter 10 mit internem Umsetzungsrechner 10', eine (Wandler-) Referenzquelle 11, einen ersten Betriebsarienumschalter 12, einen Referenzwiderstand 13, einen zweiten 14 und dritten 15 Betriebsartenumschalter, eine Konstantstrornquelle 16, einen Schalter 17, einen vierten 18 und fünften 19 Betriebsartenumschalter und einen AC/DC-Wandler 20 für Wechselspannungen und -ströme. Während der (DC-) Spannungsmessung ist ein invertierender Eingang 25 des Differenzverstärkers 7 über den Eingangsumschalter 6 und dem vierten Betriebsartenum jchalter 18 entweder direkt oder-bei hohen Eingangsspannungen-über den Eingangsteiler 5 mit dem Eingangsanschluß 1 verbunden. Der Eingangsteiler 5 enthält dann zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem Bezugsanschluß 2 die Reihenschaltung eines Hochspannungswiderstandes 22, eines Hochspannungsschalters 23 und eines mit seinem Abgriff dem Eingangsumschalter 6 zugewandten Teilerwiderstandes 24 in dieser Reihenfolge. Die Verstärkung wird vom über den Ausgangsumschalter 8 zugeschalteten Teilungsverhältnis innerhalb des Ausgangsteilers 9 bestimmt. Letzterer ist zwischen einem Verstärkerausgang 27 des Verstärkers 7 (für eine Ausgangsspannung Ua) und internem Bezugspotential 3 angeordnet und enthält bereichszugeordnete erste 28 bis zweite 29 Teilerwiderstände. Ein nichtinvertierender Eingang 26 des Differenzverstärkers 7 ist mit internem Bezugspotential 3 verbunden. Die Gegenkopplungsverbindung schließt sich zwischen dem mit dem Ausgangsumschalter 8 verbundenen Bezugsanschluß 2 und dem Eingangsanschluß 1 der Schaltungsanordnung über die davor angeordnete Quelle der Meßspannung Ux. Dem Verstärkerausgang 27 ist über den fünften Betriebsartenumschalter 19 ein Eingang 21 des auf internes Bezugspotential 3 bezogenen AD-U nsetzers 10 nachgeordneten, dessen ausgabeseitiger Umsetzungsrechner 10' an den Ausgangsanschluß 4 der Schaltungsanordnung den zur jeweiligen Meßgröße betriebsamen- und bereichsabhängig proportionalen Ausgangsdigitalwert Da abgibt.The block diagram contains to an input divider 5, an input switch 6, a differential amplifier 7, an output switch 8, an output divider 9, an analog / digital (AD) switch 10 with internal conversion computer 10 ', a (converter) reference source 11, a first Operation switch 12, a reference resistor 13, a second 14 and third 15 mode switch, a constant current source 16, a switch 17, a fourth 18 and fifth 19 mode switch and an AC / DC converter 20 for AC voltages and currents. During the (DC) voltage measurement, an inverting input 25 of the differential amplifier 7 is connected via the input switch 6 and the fourth mode selector 18 either directly or-at high input voltages-via the input divider 5 to the input terminal 1. The input divider 5 then contains between the input terminal 1 and the reference terminal 2, the series connection of a high-voltage resistor 22, a high-voltage switch 23 and with its tap the input switch 6 facing divider resistor 24 in this order. The gain is determined by the switched on the output switch 8 division ratio within the output divider 9. The latter is arranged between an amplifier output 27 of the amplifier 7 (for an output voltage Ua) and internal reference potential 3 and contains region-associated first 28 to second 29 divider resistors. A non-inverting input 26 of the differential amplifier 7 is connected to internal reference potential 3. The negative feedback connection closes between the reference terminal 2 connected to the output changeover switch 8 and the input terminal 1 of the circuit arrangement via the upstream source of the measuring voltage Ux. The amplifier output 27 is via the fifth operating mode switch 19, an input 21 of the internal reference potential 3 related AD-U mower 10 downstream, the output side conversion computer 10 'to the output terminal 4 of the circuit to the respective measured variable and seed-dependent proportional output digital value Da outputs.

Der während der Spannungsmessung geöffnete zweite Be' riebsartenumschalter 14 ist zwecks Widerstandsverhältnismessung R1 /R 2 mit dem weiteren Eingangsanschluß 1' verbunden ebenso der weitere Bezugsanschluß 2' über dem dritten Betriebsartenumschalter 15 mit der auf internes Bezugsrotential 3 bezogenen Referenzquelle 11. Die Ausgangsspannung Ua ergibt sich dann als im Verhältnis R1 /R2 aus den Widerstandswerten des Zählerwiderstandes R1 und des Nennerwiderstandes R 2 verstärkte Spannung der Referenzquelle 11, da der Ausgangsumschalter 8 in dieser Betriebsart- wie auch bei der (hochohmigen) Widerstandsmessung - mit dem Verstärkerausgang 27 verbunden ist.The second operating mode selector switch 14, which is opened during the voltage measurement, is connected to the further input terminal 1 'for the purpose of resistance ratio measurement R1 / R2 and also the further reference terminal 2' above the third operating mode selector 15 to the reference source 11 related to internal reference potential 3. The output voltage Ua results then as in the ratio R1 / R2 from the resistance values of the counter resistor R1 and the denominator resistance R 2 amplified voltage of the reference source 11, since the output switch 8 in this mode - as well as in the (high resistance) resistance measurement - is connected to the amplifier output 27.

Die (hochohmige) Widerstandsmeßschaltung gleicht jener für die Widerstandsverhältnismessung, wenn der erste 12 und der zweite 14 Betriebsartenumschalter den (bereichsabhängigen) Referenzwiderstand 13-anstelle des Nennerwiderstandes Inzwischen dem Eingangsanschluß 1 und der Referenzquelle 11 anschließt. Zur niederohmigen Widerstandsmessung (mit vier Kelvin-Klammern) wird über den Schalter 17 und den dritten Betriebsartenumschalter 15 in den Meßwiderstand Rx ein Strom aus der Konstantstromquelle 16 eingeprägt (in der Zeichnung nicht skizziert) und der entstehende Spannungsabfall Ux gemessen.The (high resistance) resistance measuring circuit is the same as that for the resistance ratio measurement when the first 12 and second 14 mode switches connect the (area dependent) reference resistor 13 instead of the denominator resistance between the input terminal 1 and the reference source 11. For low-resistance measurement (with four Kelvin clamps) a current from the constant current source 16 is impressed on the switch 17 and the third mode switch 15 in the measuring resistor Rx (not sketched in the drawing) and the resulting voltage drop Ux measured.

Zur Strommessung nach dem Gegenkopplungsprinzip wird der Meßstrom Ix über den ersten 12 und zweiten 14 Betriebsartenumschalter von jenem Strom, der infolge der entstehenden Ausgangsspanniing Ua durch den bereichsnbhännigen Referenzwiderstand 13 fließt, kompensiert. Über den AC/DC-Wandler 20 mit bereichs- und betriebsartenat ihängigen (nichtlinearen) Wandlungseigenschaften, zugeschaltet über den viertop 18 und fünften 19 Betriebsartenumschalter nach dem Eingangsanschluß 1 der Schaltungsanordnung bzw. vordem Eingang 21 des AD-Umsetzers 10, werden Wechselspannungen Ux und Wechselströme Ix gemessen.For measuring the current according to the negative feedback principle, the measuring current Ix is compensated via the first 12 and second 14 mode selector switch from that current which flows through the range-dependent reference resistor 13 as a result of the resulting output voltage Ua. About the AC / DC converter 20 with area- and betriebsartenat depending (non-linear) conversion characteristics, switched on the four-stop 18 and fifth 19 mode switch after the input terminal 1 of the circuit or front input 21 of the AD converter 10, AC voltages Ux and AC currents Ix measured.

Im Unterschied zur Widerstandsverhältnismessung ist während der schaltungsmäßig ähnlichen Leitwertmessung {Meßleitwert Gx, anstelle des Nennerwiderstandes R2 zwischen dem erweiterten Eingangs- bzw. Bezugsanschluß V bzw. 2' anzuschließen) der Hochspannungsschalter 23 innerhalb des Eingangsteilers 5 geschlossen und der Eingangsanschluß 1 ontweder unbeschaltet (offen) oder mittels dei vierten Betriebsartenumschalters 18 vom Eingangsteiler 5 getrennt. Mit dieser hochohmigen Leitwii tmessung (als spezieller Ausgestaltung der Widarstandsverhältnismessung) und dem üblichen Gesamtwiderstand 22,23 innerhalb des Eingangsteilers 5 von 10ΜΩ ergibt sich der Meßlaitwert Gx als Bruchteil des Bezugsleitwertes 100ns = VioMfl. Dieser Bruchteil entsteht aus dem zwischen der Spannung der Referenzquelle 11 und der Ausgangsspannung Ua wirkenden Verstärkungsfaktor in Analogie zur Widerstandsmessung, d. h. mit dem Gesamtwiderstand des Eingangsteilers 5 (als Normalwidersiand) im Zähler und dem reziproken Meßleitwert Gx (als Meßwiderstand) im Nenner des Verstärkungsfaktors. Mit einer Auflösung von 10"⁶ der Verhältnismessung bilden dann 10¹²Ω, die obere Widerstandsmeßgrenze (über die Leitwertmassung), im Gegensatz zu maximal nur etwa 10⁸ Ω bei normaler (hochohmiger) Rx-Widerstandsmessung. Mit extern (als Zählerwiderstand R 2) aufsteckbaren Konstantwiderstand von 100ΜΩ erhöht sich die obere Meßgrenze (theoretisch) auf 10¹³Ω.In contrast to the resistance ratio measurement, the high-voltage switch 23 is closed within the input divider 5 and the input terminal 1 is either unconnected (open) during the conductively similar conductance measurement {measured conductance Gx instead of the denominator resistance R2 between the extended input and reference terminals V and 2 '). or separated by the fourth operating mode switch 18 from the input divider 5. With this high-impedance Leitwii measurement (as a special embodiment of the Widarstandsverhältnisverhältnismessung) and the usual total resistance 22,23 within the input divider 5 of 10ΜΩ gives the Meßlaitwert Gx as a fraction of the reference conductance 100ns = VioMfl. This fraction arises from the acting between the voltage of the reference source 11 and the output voltage Ua gain in analogy to the resistance measurement, ie with the total resistance of the input divider 5 (as Normalwidersiand) in the counter and the reciprocal Meßleitwert Gx (as a measuring resistor) in the denominator of the gain factor. With a resolution of 10 " ^{6 of} the ratio measurement then form 10 ¹² Ω, the upper resistance measuring limit (on the Leitwertmassung), in contrast to a maximum of only about 10 ⁸ Ω in normal (high-impedance) Rx resistance measurement with external (as counter resistance R 2) attachable constant resistance of 100ΜΩ increases the upper measuring limit (theoretically) to 10 ¹³ Ω.

Eine solche obere Meßgrenze stellt an die Meßschaltung jddoch keine höheren (Isolations·) Anforderungen als eine 5stellige Widerstandsverhältnis- und Widerstandsmessung bei 100ΜΩ. Der Gesamtwiderstand des Eingangsteilers 5 bringt zudem alle Voraussetzungen für einen Referenzwidarstand (für die Leitwertmessung) mit sich, da er üblicherweise eng toleriert und für die Spannungsmessung ohnehin langzeitstabil und von geringer Temperaturabhängigkeit sein muß. Mit stellenmäßig (Auflösung) angepaßter Reziprokwertbildung im Umsetzungsrochner 10', ausgehend von der Leitwertmessung läßt sich der so zusätzlich erschlossene Widerstandsmeßbereich 1/Gx anzeigemäßig an die obere Meßgrenze einer schon vorhandenen.Betriebsart Widerstandsmessung anschließen (bereichsabhängig stellenzahlreduziert), so daß gerätemäßig äußerlich nur ein erweiterter Widerstandsmeßbereich ablesbar und nutzbar ist, abgesehen von den unterschiedlichen Fingangsklemmen für Rx und Gx.However, such an upper measuring limit does not impose any higher (insulation) requirements on the measuring circuit than a 5-digit resistance ratio and resistance measurement at 100 Ω. The total resistance of the input divider 5 also brings with it all prerequisites for a Referenzwidarstand (for conductance measurement) with it, since he usually tight tolerances and must be long-term stability and low temperature dependence anyway for the voltage measurement. With quadratically (resolution) matched reciprocal formation in the conversion calculator 10 ', starting from the conductivity measurement, the additionally opened resistance measuring range 1 / Gx can be connected to the upper measuring limit of an already existing mode of resistance measurement (area-dependent reduction of number of positions), so that externally only an extended one Resistance measuring range is readable and usable, apart from the different input terminals for Rx and Gx.

Ein bei abgetrenntem Meßleitwert Gx ermittelter Offsetleitwert ist zur rechnerischen Offsetkorrektur für nachfolgende Leitw'jrtmessungen geeignet, wenn er im Umsetzungsrechner 10'vom Ergebnis der Leitwertmessung subtrahiert wird. Dadurch erhöht sich die erreichbare Widerstandsmeßgrenze vorübergehend bis auf die reziproke Auflösung der Leitwertmessung, beispielsweise mit 5stelliger Anzeige und einem Teilergesamtwiderstand von 10ΜΩ auf 10'² Ω.An offset conductance determined for a separated measured conductance Gx is suitable for computational offset correction for subsequent conduction measurements if it is subtracted from the result of the conductance measurement in the conversion calculator 10 '. As a result, the achievable resistance measurement limit increases temporarily, except for the reciprocal resolution of the conductance measurement, for example with a 5-digit display and a partial total resistance of 10ΜΩ to 10 ' ² Ω.

Claims

1. Circuit arrangement in a digital Mehrfachmeßeinrichtung - at least with the operating modes voltage measurement and resistance ratio measurement - consisting of an input-side normalizing converter with four input terminals and a post-analog / digital (AD) converter, with respect to the normalizing converter from an inverting amplifier, an input divider, a (converter) reference source and controllable switching means and with potentiometric amplifier negative feedback via the measuring source and with two of Einqangsanschlüsse for a counter and a denominator resistance, characterized in that for measuring high-resistance resistors a relevant operating mode conductivity measurement is realized, in which the measuring resistor or In addition to the denominator resistance (R2), an internal input divider (5), which is primarily associated with the measurement of high voltages, is connected in terms of its partial total resistance (22, 23) or it high-voltage resistor (22) via a high voltage switch (23 / instead of the Zählarwiderstandes (R 1) switched on and a digital value output (Da) is realized in a measurement unit associated with ies conductance.

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that at least one of the counter resistance (R 1) associated input side terminals (1,2) in the conductivity measurement via switching means from the input divider (5) is separated, preferably via an already required for the multiple measurement Switch (18).

3. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for the purpose of high-impedance or higher-resolution conductivity measurement instead of or in addition to the input divider (5) an internally switchable or externally attachable constant resistance of higher resistance is provided.

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Teilerge am resistance (22,23) and / or the constant resistance has a hochohmigan resistance value of the form 10 "Mil with integer positive exponent η.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the AD converter (10) has a conversion calculator (10 '), converted by the reciprocals by a measured conductance in a resistance value and - suitably stellenzahlangepaßt- is output, preferably in complementary combination with a c-chaltungsmäßig known per se resistance measurement.

6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the counter-coupled amplifier (7) in the operating voltage measurement with respect to the measuring voltage (Ux) is realized in terms of circuit as a non-inverting amplifier (electrometer amplifier), preferably by means of controllable switching means.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that for the operating mode Leitwertmessung a mathematical offset correction, starting from a separated Meßleitwert (G \), realized, preferably with device-internal switching means for at least one-sided separation of the Meßleitwertes (Gx).