DD282757A5

DD282757A5 - Steuereinrichtung fuer wechselfluss bei ionenaustauschern

Info

Publication number: DD282757A5
Application number: DD30802187A
Authority: DD
Inventors: Helge-Juergen Ahrend; Manfred Menge; Frank Scharfenberg; Winfried Wesenburg
Original assignee: Forsch Entw U Rationalisierung
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1990-09-19

Abstract

Die Schaltungsanordnung zur Umschaltung mehrerer analoger Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen und automatischen Umsetzung auf ein Signal mit einheitlichem Signalbereich sowie dessen Verstaerkung kann vorteilhaft bei Meszwerterfassungssystemen, insbesondere bei mehrkanaligen Analogeingabesystemen von rechnergesteuerten Automatisierungsanlagen angewendet werden. Die aus bekannten elektrischen und elektronischen Baugruppen bestehende Schaltungsanordnung ermoeglicht die wahlfreie serielle Umschaltung von Stromsignalen auf ein Signal mit einheitlichem Signalpegel, womit eine einheitliche Weiterverarbeitung aller Signale moeglich ist. Fig. 1{analoge Stromsignale; verschiedene Signalbereiche; Umschaltung; einheitlicher Signalbereich; Verstaerkung}

Description

Erfindungsgemäß besteht die Schaltungsanordnung aus bekanrten Schaltern, Widerständen und einem Verstärker, wobei die Schalter die Stromsignale jeweils zeitlich nacheinander auf Wid. rstände schalten, an denen ein dem jeweiligen Stromsignal proportionaler Spannungsabfall auftritt und dem Verstärker zur rückwirkungsfreien Verstärkung dieser Spannungsabfälle zu einem Signal mit einheitlichem Signalbereich zugeführt wird.

Das erste Stromsignal wird über einen ersten Schalter auf einen ersten Widerstand' 'geschaltet, daß das erste Stromsignal über den ersten Widerstand zum Massepunkt fließt und einen zum ersten Stromsignal proportionalen ersten Spannungsabfall entsprechend der Beziehung

U, = I, · R,

erzeugt.

Das zweite Stromsignal wird über einen zweiten Schalter auf ein^n zweiten Widerstand geschaltet, der in Reihe zum ersten Widerstand zwischen dem ersten und zweiten Schalter geschaltet ist, so daß das zweite Stromsignal an der Summe des ersten und zweiten Widerstandes einen zum zweiten Stromsignal proportionalen Spannungsabfall entsprechend der Beziehung

U, = I₂ · Σ Ri i = 1

erzeugt.

Das n-to Stromsignal wird über einen η-ten Schalter auf einen η-ten Widerstand geschaltet, der in Reihe zum ersten bis (n - 1)-ten Widerstand zwischen (n - 1 )-ten und η-ten Schalter geschaltet ist, so daß das n-te Stromsignal an der Summe des ersten bis η-ten Widerstandes einen zum η-ten Stromsignal proportionalen Spannungsabfall entsprechend der Beziehung

U„ = I_n . Σ R₁ ι = 1

erzeugt.

Der durch das erste Stromsignal über dem ersten Widerstand erzeugte Spannungsabfall gelangt über die Reihenschaltung des zweiten bis η-ten Widerstandes an den Eingang eines Verstärkers mit einem im Verhältnis zur Summe des erstpn bis n-ten Widerstandes sehr großen Eingangswiderstand.

Der durch das zweite Stromsignal über der Summe des ersten und zweiten Widerstandes erzeugte Spannungsabfall gelangt über die Reihenschaltung der vom zweiten Schalter zum Eingang des Verstärkers geschalteten Widerstände zum Eingang des Verstärkers.

Der durch das n-te Stromsignal über dei Summe des ersten bis η-ten Wide/Standes erzeugte Spannungsabfall gelangt direkt an den Eingang das Ve.stärkers.

Durch eine entsprechende Dimensionierung der Widerstände ist der Signalbereich der Spannungsabfälle gleich dem Signalbereich der Spannimg mit einheitlichem Signalbereich.

Der Verstärker verstärkt den jeweils erzeugten und an seinem Eingang anliegenden Spannungsabfall mit einheitlichem Signalbereich rückwirkungsfrei mit dem Übertragungsfaktor zu einem Signal mit einheitlichem Signalbereich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführiingsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1: Analogmultiplexer für η verschiedene Stromsignalo mit Sif.nalanpassung auf einen einheitlichen Signalbereich Fig. 2: Analogmultiplexer mit '/ar Eingängen ζ ir Umschaltung ve η Stromsignalen mit zwei verschiedenen Signalbereichen.

Aus der AIIg rieingültigkeit der Fig. 1, dargestellt durch die Indizes 1 bis n, sind Wesen und Funktion der Schaltungsanordnung ableitbar. Die spezielle Ausführungsform der Schaltungsanordnung in Fig. 2 wird als Beschreibungsbasis für das Ausführungsbeispiel verwendet. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 besteht aus vier Schaltern S₁ bis S₄, vier Dioden D₁ bis D₄, zwei Widerständen Ri, R₂ und einem Verstärker V. Die analogen Stromsignale I₁ und I₂ besitzen einen einheitlichen Signalbereich, der gegenüber dem einheitlichen Signalbereich der analogen Stromsignale I₃ und I₄ erweitert ist. Die einzelnen Stromsignale I₁ bis I₄ werden durch die Dioden D, bis D₄ voneinander entkoppelt. Im Ruhezustand wird jedes Stromsignal I, bis I₄ über den ihm zugeordneten Schalter S) bis S₄ nach Masse M abgeleitet. Wird Si geöffnet, so gelangt das Stromsignal I, über die Diode D₁ auf den Widerstand R_t. Wird S₂ geöffnet, so gelangt das Stromsignal I₂ über die Diode D₂ auf den Widerstand R₁. Wird S₁ oder S₂ geöffnet, so fließt das entsprechende Stromsignal I₁ oder I₂ über den Widerstand R₁ nach Masse M und ei zeugt einen proportionalen Spannungsabfall Ui über R₁ entsprechend der Beziehung

U₁ = I_1n-R₁.

Der Widerstand R, wird so dimensioniert, daß über ihn für den Signalbereich der Ströme Ii und I₂ iin Spannungsabfall in der Höhe der Spannung mit einheitlichem Signalbereich U_ES entsprechend der Beziehung

R - ^Ues K₁ = ·

I,/2

abfällt.

Wird S₃ geöffnet, so gelangt das Stromsignal I₃ über die Diode D₃ auf die Reihenschaltung der Widerstands R, und R₂. Wird S₄ geöffnet, so gelangt das Stromsignal I₄ über die Diode D₄ auf die Reihenschaltung der Widerstände R₁ und R₂. Wird S₃ oder S₄ geöffnet, so fließt das entsprechende Stromsignal I₃ oder I₄ über rüe Reihenschaltung der Widerstände Ri und R₂ nach Masse M und erzeugt einen proportionalen Spannungsabfall U₂ über den V/iderständen R, und R₂ entsprechend der Beziehung

U₂ = la,« · (R, + R₂).

Die Summe der Widerstände R₁ und R₂ ist so zu dimensionieren, daß über sie für den Signalbereich der Ströme I₃ und I₄ eine Spannung in der Höhe der Spannung mit einheitlichem Signalbereich Ues entsprechend der Beziehung

3/4

abfällt.

Der Spannungsabfall U, gelangt über den Widerstand R₂ und der Spannungsabfall U₂ gelangt direkt ?n den Eingang eines Verstärkers V mit einem im Verhältnis zur Summe der Widerstände R₁ und R₂ sehr hohen Eingangswiderstand. Der Verstärker V verstärkt die Spannungsabfall U₁ und U₂, die in ihrem Signalbereich der Spannung mit einheitlichem Signalbereich U_ES entsprechen, rückwirkungsfrei um den Übertragungsfaktor K zu einem Signal im einheitlichem Signalbereich U_A-Der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist besonders dort vorteilhaft, wo an ein Meßwerterfassungs-.ystem Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen unter minimalem Aufwand angeschlossen werden sollen.

Claims

Schaltungsanordnung zur Umschaltung mehrerer analoger Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen und automatischen Umsetzungen auf ein Signal mit einheitlichem Signalbereich, bestehend aus η Schaltern, η Widerständen und einem Verstärker, gekennzeichnet dadurch, daß die Widerstände (R₁... R_n) in Reihe und die Reihenschaltung ihrerseits zu einem Verstärker (V) mit einem im Verhältnis zur Summe der Widerstände (R₁₁₁₁R_n) sehr hohen Eingangswiderstand parallel geschaltet ist und jeder Widerstand (R₁ ...R_n) wahlweise einzeln über einen zugehörigen Schalter (Si ...S_n) mit dem zugehörigen Stromsignal (I₁. ..I_n) beschaltet wird, wobei der Signalbereich der Stromsignale Ί > I2 > In ist, so daß bei wahlweiser einzelner Durchschaltung eines Stromsignals (I₁ ...I_n) auf die Reihenschaltung der zugehörigen Widerstände (R₁... R_n) an ihr ein Spannungsabfall (U₁... U_n) mit einem Signalbereich entsteht, der mit dem Signalbereich der Spannung mit einheitlichem Signalbereich (U_Es) identisch ist, entsprechend der Beziehung

U_ES = Ii ·. Σ Rj,-1 < i < η

und über den Verstärker (V) mit dem Übertragungsfaktor (K) zu einem Signal mit einheitlichem Signalbereich (U_A) rückwirkungsfrei verstärkt wird.

Hierzu
2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist besonders dort von Vorteil, wo an ein Meßwerterfassungssystem mit minimalem Aufwand Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen angeschlossen werden sollen, wie z. B. bei mehrkanaligen Analogeingabesystsmen von rechnergesteuerten Automatisierungsanlagen.

Charakteristik des bekannten Ctandes der Technik^v

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umschaltung mehrerer Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen und deren automatische Umsetzung auf ein Signal mit einheitlichem Signalbereich. In DD 247510 ist ein digital ansteuerbarer Meßstellenumschalter mit Signalanpassung boschrieben. Die elektrisch analogen Eingangssignale, in diesem Fall Spannungssignale, werden auf jeweils einen als invertierenden Verstärker betriebenen Operationsverstärker aufgeschaltet. Die Ausgänge der Operationsverstärker sind über Dioden miteinander verbunden. Das jeweilige Eingangssignal wird auf den Ausgang des Operationsverstärkers mit der durch die Gegenkopplungswiderstände des Operationsverstärkers festgelegten Signalverstärkung übertragen. Die nichtinvertierenden Eingänge der Operationsverstärker sind jeweils mit dem Ausgang eines CMOS-Gatters verbunden. Wird ein CMOS-Gatter so angesteuert, daß sein Ausgang auf dem gemeinsamen Bezugspotential der Schaltungsanordnung liegt, so arbeitet der Operationsverstärker als invertierender Verstärker, die D'ode an seinem Ausgang ist leitend und das entsprechend verstärkte Signal steht zur Verfügung. Sind die Ausgänge der übrigen CMOS-CcUe, auf einem Potential, welches größer als der maximal mögliche Signalp 39c' des Eingangssignales ist, so sind die Dioden an den Ausgängen des Operationsverstärkers gesperrt. Somit ist eine wahltreie Durchschaltung einzelner Signale mit Signalanpassung möglich.

Gegenüber dem vorgenannten Meßstellenumschalter hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß mit einem wesentlich geringeren Schaltungsaufwand eine Umschaltung von Stromsignalen mit gleichzeitiger Signalanpassung realisiert wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß zur Signalanpassung für jeden gewünschten Signalbereich nur ein Präzisionswiderstand erforderlich ist, während bei dem vorgenannten Meßstellenumcchalter je Signaleingang zwei Präzisionswiderstände benötigt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit geringem Materialaufwand mehrere analoge Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen ohne vorherige Signalbereichsanpassung über geeignete Signalwandler auf ein Signal mit einem einheitlichen Signalbereich wahlfrei jeweils zeitlich nacheinander umzuschalten, um in der nachfolgenden Signal- oder Informationsverarbeitungseinrichtung diese Signale verarbeiten zu können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln zur Umschaltung mehrerer analoger Stromsignale mit verschiedenen Signalbereichen und deren automatische Umsetzung über geeignete Signalwandler auf ein Signal mit einheitlichem Signalbereich ohne vorherige Signalbereichsanpassung.