DE1212141B

DE1212141B - Analog-to-digital converter

Info

Publication number: DE1212141B
Application number: DEST18396A
Authority: DE
Inventors: Konrad Bartels
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1961-10-04
Filing date: 1961-10-04
Publication date: 1966-03-10
Also published as: BE624791A

Description

Analog-Digital-Wandler Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umsetzung einer als elektrische Spannung gegebenen analogen Eingangsgröße in Digitalwerte unter Verwendung einer Brückenschaltung, deren Längswiderstände über Schaltmittel gesteuert werden, deren Schaltzustände nach erfolgtem Abgleich den Ausgangswert dezimal geteilt beinhalten.Analog-to-digital converter The invention relates to a method for converting an analog input variable given as an electrical voltage into Digital values using a bridge circuit whose series resistances are above Switching means are controlled, the switching states of which after the adjustment has been carried out Include output value divided in decimal.

Bei der Fernübertragung von beliebigen Meßwerten, z. B. einer Drehbewegung, ist es unter anderem bekannt, diese z. B. mit Hilfe eines Potentiometers in eine elektrische Größe umzuwandeln und einer Brückenschaltung zuzuführen. Die in den Längszweigen der Brücke enthaltenen Bewertungswiderstände sind in der Regel untereinander gleich und nach einem Binärcode gestaffelt bemessen und werden von einer Relaiskette komplementär abgetastet, die zum Stillstand kommt, sobald die Brücke abgeglichen ist. Der dann gegebene Schaltzustand der Relais beinhaltet den gewünschten digitalen Wert der Meßgröße.In the remote transmission of any measured values, e.g. B. a rotary movement, it is known, among other things, this z. B. with the help of a potentiometer in a convert electrical quantity and feed it to a bridge circuit. The ones in the Evaluation resistors contained in series branches of the bridge are usually one below the other the same and graded according to a binary code and are measured by a relay chain complementary scanned, which comes to a standstill as soon as the bridge is aligned is. The switching status of the relays then given contains the desired digital one Value of the measurand.

Es ist nun auch erforderlich, den digitalen Wert der Meßgröße zum Zwecke der Überwachung, Buchung usw. zahlenmäßig als dezimalen Wert anzuzeigen oder zu drucken. Hierfür ist aber eine binär codiale Ausgangsgröße des Wandlers nicht geeignet. Für diesen Fall werden die Vergleichswiderstände der Brückenschaltung unter Zugrundelegung der Wertigkeiten 4-2-2-1 dezimal eingeteilt und der Abgleichvorgang für jede Dezimalgröße (z. B. 100er, 10er, ler) wiederholt.It is now also necessary to use the digital value of the measured variable To be displayed numerically as a decimal value for purposes of monitoring, booking etc. or to print. However, a binary codial output variable of the converter is not required for this suitable. In this case, the comparison resistances of the bridge circuit on the basis of the values 4-2-2-1 divided into decimal and the adjustment process Repeated for each decimal size (e.g. 100s, 10s, 1s).

Diese übertragungsverfahren verlangen in jeder Abtaststellung der Relaiskette ein Vorbereitungs- und ein Entscheidungsintervall, weil jedesmal festgestellt werden muß, ob der zu übertragende Meßwert größer oder kleiner als der an den Vergleichswiderständen abgegriffene Wert ist.These transmission methods require the in every scanning position Relay chain has a preparation and a decision interval because it is determined every time must be whether the measured value to be transmitted is greater or less than that of the comparison resistors tapped value is.

Besonders bei der Weitergabe dezimaler Werte ist hierzu eine lange übertragungszeit notwendig, und abgesehen hiervon, schwankt auch noch der zur Anzeige gelangende Vergleichswert während des Ab- laufes der Relaiskette ständig um den zu übertragenden Meßwert herum. Dieses Pendeln ist aber unerwünscht, weil es bis zur endgültigen Übertragung des Meßwertes nicht einmal möglich ist, dessen Größenordnuno, zu erfassen.Particularly in sharing decimal values a long transmission time is necessary for this, and apart from this, also fluctuates nor reaching for displaying comparative value during the exhaust of the relay chain run continuously around the measured value to be transmitted around. However, this oscillation is undesirable because it is not even possible to determine its magnitude until the final transmission of the measured value.

um diese C Nachteile zu vermeiden, ist es denkbar, einen Wandler mit in Zehnerpotenzen gestaffelten Vergleichswiderständen zu versehen und während der Abtastung jeweils den zuletzt eingeschalteten Widerstand durch einen, mit zehn (neun) Anzapfun-,gen gleichen Abstandes versehenen Widerstand glei-D eher Größe zu ersetzen. Bereits bei der Umwandlung zweistelliger Dezimalzahlen ist hierzu eine große a Anzahl von Umschaltkontakten notwendig.to avoid these disadvantages, it is conceivable to use a converter to provide comparative resistances graduated in powers of ten and during the Sampling of the last resistor switched on by one, with ten (nine) Taps, equal-spaced resistor glei-D rather to replace size. Even when converting two-digit decimal numbers, a large a number is required of changeover contacts necessary.

Neben dem großen technischen Aufwand ist auch die übertragungssicherheit eines solchen Wandlers gering, zumal wenn es sich um kleine Spannungen als Eingangsgröße handelt.In addition to the great technical effort, there is also the security of transmission such a converter is low, especially when it comes to small voltages as the input variable acts.

Es ist auch ein mit dekadisch geteilten, in Kaskade geschalteten Stufenpotentiometern ausgerüsteter Wandler bekannt, in dem Schaltmittel vorgesehen sind, die jeweils das Potentiometer der nächstfolgenden Stellenzahl am Abgriff des vorangehenden Potentiometers anschließen. Diese Anordnung hat je- doch den Nachteil, daß die Widerstandswerte der Potentiometer stark gestaffelt sein müssen, wodurch das für die niedrigste Stellenzahl sehr hochohmig wird, und daß sich die Ungenauigkeiten derselben in einer Richtung aufaddieren.A converter equipped with decadic step potentiometers connected in cascade is also known, in which switching means are provided which each connect the potentiometer of the next number of digits to the tap of the preceding potentiometer. However, this arrangement has the disadvantage that the resistance values of the potentiometers have to be staggered, which means that the lowest number of digits has a very high resistance, and that the inaccuracies of the same add up in one direction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen Analog-Digital-Wandler zu schaffen, der dezimal eingeteilte Ausgangswerte abgibt, mit geringem Aufwand aufgebaut werden kann und betriebssicher arbeitet.The invention is based on the object of avoiding these disadvantages and to create an analog-to-digital converter, the decimally divided output values releases, can be set up with little effort and works reliably.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Längszweigen der Brücke für zwei Dekaden des zu -übertragenden Aanalogwertes jeweils zwei gleich große, dezimal geteilte Widerstände vorgesehen sind und daß der im Querzweig der Brücke befindliche Meßfühler Schaltmittel mit Kontakten zeitlich aufeinanderfolgend derart steuert, daß, beginnend mit der Abtastung der Abgriffe der ersten Dekade, die am Meßfühler liegende Spannung bis zu einem vorgegebenen Schwellwert abnimmt und bei der Abtastung der nächstfolgenden Dekade wieder zunimmt, bis nach Wiedererreichen des Schwellwertes der Spannung am Meßfühler die Schaltmittel zum Stillstand kommen.The invention is characterized in that in the two longitudinal branches the bridge for two decades of the analog value to be transmitted, two equal each time large, decimally divided resistors are provided and that the in the branch of the Bridge located sensor switching means with contacts in chronological order controls in such a way that, starting with the sampling of the taps of the first decade, the voltage applied to the sensor decreases to a predetermined threshold value and increases again during the scanning of the next following decade until it is reached again the threshold value of the voltage at the sensor, the switching means come to a standstill.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß sich die Ungenauigkeiten nicht in einer Richtung aitfaddieren können und dafür eine Kompensation derselben eintritt.This has the advantage that there are no inaccuracies add aitf in one direction can and a compensation for it the same occurs.

Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Wandlers gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand einer Abbildung für die übertragung eines Wertes von 3,6 Volt näher erläutert. - An einer stabilisierten Spannung U" von 10 Volt liegt die Serienschaltung der Widerstände 1 bis 4. Die Widerstände 1 und 2 sind mit neun Abgriffen zu je 10 % und die Widerstände 3 und 4 mit zehn Ab- griffen zu je 1 % versehen. Die Abgriffe der Widerstände 1 und 2 werden durch nicht dargestellte Schaltmittel, wie z. B. eine Relaiskette, mit den Kontakten 5 und 6 abgetastet. Ebenso sind auch Schaltmittel mit den Kontakten 7 und 8 zur Abtastung der Widerstände 3 und 4 vorgesehen. Gleichzeitig mit den Kontakten 5 und 6 wird auch der Kontakt 9 betätigt. Dieser greift auf der zugehörigen Kontaktbahn den zur Kennzeichnung der jeweiligen 10%-Stufe vorgesehenen Gegenkontakt (0 bis 90) ab. Sinngemäß erfolgt auch die Kennzeichnung der 1 %-Stufen (0 bis 10) durch den gleichzeitig mit den Kontakten7 und8 arbeitendem Kontakt10. An Stelle von Relaisketten sind auch Motorantriebe für die Kontakte5/6 und 7/8 oder Drehwähler bzw. Zählmagneten verwendbar.The structure and the mode of operation of a converter according to the invention is explained in more detail below with reference to an illustration for the transmission of a value of 3.6 volts. - the series circuit of the resistors 1 is at a stabilized voltage U "of 10 volts to 4. The resistances 1 and 2 are provided with nine taps of each of 10%, and the resistors 3 and 4 with ten taps to 1% The. Taps of the resistors 1 and 2 are scanned by switching means (not shown), such as a relay chain, with the contacts 5 and 6. Switching means with the contacts 7 and 8 are also provided for scanning the resistors 3 and 4. Simultaneously with the Contacts 5 and 6 also actuate contact 9. This picks up the mating contact (0 to 90) provided for marking the respective 10% step on the associated contact track. The 1 % steps (0 to 10) are also marked accordingly. through the contact 10, which works simultaneously with the contacts 7 and 8. Instead of relay chains, motor drives for contacts 5/6 and 7/8 or rotary selectors or counting magnets can also be used.

Die zu messende Spannung U" von 3,6 Volt liegt mit dem Pluspol an dem Pluspol der Spannung U" und mit dem Minuspol über einen Meßfühler 11 an dem Verbindungspunkt der Widerstände 3 und 4. Der Meßfühler 11 ist so beschaffen, daß das Relais 12 abfällt, wenn sich die Polung der Spannung an seinen Anschlüssen umkehrt, und wieder anzieht, wenn diese Spannung auf Null und darüber ansteigt.The voltage U "of 3.6 volts to be measured is connected to the positive pole of the voltage U" with the positive pole and the negative pole via a sensor 11 to the connection point of the resistors 3 and 4. The sensor 11 is designed so that the relay 12 drops when the polarity of the voltage at its terminals is reversed, and picks up again when this voltage rises to zero and above.

Befindet sich der Wandler in der in der Abbildung dargestellten Ruhelage, dann sind die Widerstände 1 und 4 kurzgeschlossen und die Widerstände 2 und 3 eingeschaltet. Somit liegen am Widerstand 1 0 Volt, am Widerstand 2 9 Volt, am Widerstand 3 1 Volt und am Widerstand 4 0 Volt. Die Spannung an den Klemmen des Meßfühlers 11 beträgt dabei 2,6 Volt, und das Relais 12 ist erregt.If the converter is in the rest position shown in the figure, then resistors 1 and 4 are short-circuited and resistors 2 and 3 are switched on. Thus, there are 0 volts at resistor 1, 9 volts at resistor 2 , 1 volt at resistor 3 and 0 volts at resistor 4. The voltage at the terminals of the sensor 11 is 2.6 volts, and the relay 12 is energized.

Hierdurch werden die Schaltmittel zur Betätigung der Kontakte 5, 6 und 9 in Gang gesetzt, welche drei Schaltschritte ausführen. Dann liegen am Widerstand 1 3 Volt, am Widerstand 3 1 Volt, am Widerstand 2 6 Volt und am Widerstand 4 0 Volt. Dabei kehrt sich die Polung an den Anschlüssen des Meßfühlers 11 um, und es ergibt sich an dessen Klemmen eine Spannung von 0,4 Volt mit dem Minuspotential an der Verbindungsstelle der Widerstände 3 und 4.As a result, the switching means for actuating the contacts 5, 6 and 9 are set in motion, which carry out three switching steps. Then there are 3 volts on resistor 1, 1 volt on resistor 3 , 6 volts on resistor 2 and 0 volts on resistor 4. The polarity is reversed at the connections of the measuring sensor 11 , and a voltage of 0.4 volts with the negative potential at the connection point of the resistors 3 and 4 results at its terminals.

Das Relais 12 fällt ab und setzt dabei die Schaltmittel zur Betätigung der Kontakte 7/8 und 10 in Gang. Nach vier Schaltschritten liegen an der Serienschaltung der Widerstände 1 und 3 3,6 Volt und an den Widerständen 2 und 4 zusammen 6,4 Volt. Die Spannung am Meßfühler 11 beträgt dann 0 Volt, das Relais 12 zieht erneut an und bewirkt dieses Mal die Beendigung des Brückenabgleichs.The relay 12 drops out and sets the switching means for actuating the contacts 7/8 and 10 in motion. After four switching steps, resistors 1 and 3 are connected in series with 3.6 volts and resistors 2 and 4 together are 6.4 volts. The voltage at the measuring sensor 11 is then 0 volts, the relay 12 picks up again and this time brings about the termination of the bridge adjustment.

Wird der durch die Kontakte 9 und 10 an die überwachungseinrichtung oder einen Drucker weitergegebene Meßwert nicht mehr benötigt, dann werden die Kontakte 5 bis 10 wieder in die Ausgangsstellung zurückversetzt, und der Wandler ist für die Durchgabe eines neuen Wertes bereit.If the measured value passed on to the monitoring device or a printer by the contacts 9 and 10 is no longer required, the contacts 5 to 10 are reset to their original position and the converter is ready to transmit a new value.

über die Kontaktbahnen 9 und 10 kann unmittelbar die Ziffernanzeige, der Druck oder eine andere Eingabe des umgewandelten Meßwertes innerhalb einer überwachungseinrichtung erfolgen. Ebenso ist es über diese Kontakte möglich, Codierungseinrichtungen bekannter Art zur Fernübertragung des Meßwertes zu steuern. Ferner kann auch das Steuerrelais für die Relaisketten zur Fernübertragung herangezogen werden.Via the contact tracks 9 and 10 , the numerical display, the pressure or another input of the converted measured value can take place directly within a monitoring device. It is also possible via these contacts to control coding devices of a known type for remote transmission of the measured value. The control relay for the relay chains can also be used for remote transmission.

Claims

Patentanspräche: 1. A method for implementing a given as an electrical voltage analog input to digital values using a bridge circuit whose series resistors are controlled via switching means include divided decimal the output value after adjustment whose switching states, d a d u rch g e - indicates that in the two series branches of the bridge for two decades of the analog value to be transmitted (U ") two equally large, decimally divided resistors (1 to 4) are provided that the resistors of the two decades in the branches are connected in series and that the im Transversely the bridge located measuring sensor (11) controls switching means with contacts (5 to 8) successively in time in such a way that, beginning with the sampling of the taps of the first decade (10%), the voltage at the measuring sensor (11) up to a predetermined value The threshold value decreases and increases again when the next decade is sampled (1%) until it is reached again hen the threshold value of the voltage at the sensor, the switching means come to a standstill.

2. The method according to claim 1, characterized in that the relay used to control the relay chains simultaneously generate pulses for remote transmission. Documents considered: German Patent No. 870 195; German Auslegeschrift No. 1095 937; "Electronic Engineering", February 1956, pp. 66 to 69; "ATM", July 1956, pp. 161 to 164; "SEG-Nachrichten" 1955, 4 H. 4, S. 158 and 159; 1958, pp. 61 to 64.