DE1273682B - Gleichstrom-Messanordnung mit automatischer Bereichsumschaltung - Google Patents

Description

• Gleichstrom-Meßanordnung mit automatischer Bereichsumschaltung Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Meßanordnung mit automatischer Bereichsumschaltung, wobei der Meßstrom an Meßwiderständen eine stromproportionale Meßspannung erzeugt, die einem analog arbeitenden Meßgerät und einem Steuergerät zugeführt wird.
• Gleichstrommessungen werden gewöhnlich mittels handelsüblicher Vielfachmeßinstrumente vorgenommen. Solche Instrumente besitzen mehrere von Hand umschaltbare Meßbereiche, so daß Ströme von einigen Mikroampere bis zu mehreren Ampere gemessen werden können. Das eigentliche Anzeigemeßwerk wird von Bereich zu Bereich durch immer kleiner werdende Widerstände geshunted, so daß die Meßwerkspule in jedem Bereich vom gleichen Strom durchflossen wird.
• Solche Vielfachinstrumente sind überlastungsge-- fährdet. Ist nämlich gerade ein niedriger Bereich eingeschaltet und vergessen worden, bei Messung eines großen Stromes auf den entsprechend höheren Bereich umzuschalten, so wird das Meßwerk erheblich überlastet, wenn nicht gar zerstört. In Meßreihen, bei denen der zu messende Strom sich von Meßobjekt zu Meßobjekt stark ändert, wie z. B. bei der Messung der Sperrströme von vorgefertigten Halbleiterbauelementen, müssen die üblichen Vielfachinstrumente mehrmals umgeschaltet werden, was für die schnelle Aufnahme der Meßreihen von Nachteil ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstrom-Meßanordnung zu schaffen, die sich der Größe des zu messenden Stromes automatisch anpaßt, wodurch die geschilderten Nachteile vermieden werden und das Meßwerk vor Zerstörungen geschützt wird.
• Die gestellte Aufgabe wird bei einer Gleichstrom-Meßanordnung der oben beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Meßwiderstand durch zwei als Schalter dienende Transistoren von den anderen Meßwiderständen und dem Meßgerät entkoppelt ist und mit diesen einen Meßkreis bildet und daß im Steuergerät in Abhängigkeit von der Meßspannung erzeugte Impulse einen mit den Transistoren jedes Meßkreises verbundenen und diese schaltenden Ringzähler derart steuern, daß jeweils die dem erforderlichen Meßwiderstand zugeordneten beiden Transistoren in den leitenden Zustand geschaltet werden.
• Die Erfindung wird nun an Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren beschrieben.
• Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer auf drei Meßbereiche umschaltbaren Anord- nung, wobei das Steuergerät im Blockschaltbild dargestellt ist; F i g. 2 zeigt Einzelheiten des Steuergerätes.
• In F i g. 1 ist eine Gleichstrom-Meßanordnung mit drei Meßbereichen dargestellt. Das Meßwerk M mißt die vom Meßstrom 1 an einem Meßwiderstand R erzeugte Meßspannung U. Das Meßwerk ist zweckmäßig zur Unterdrückung von Spannungsspitzen mit einer Zenerdiode Z überbrückt, deren Durchbruchsspannung oberhalb der Vollausschlagspannung Umax des Meßwerks liegt. Es sind drei Meßwiderstände R vorgesehen, die entsprechend ihrem Widerstandswert drei Meßbereiche bestimmen. Jeder Meßwiderstand wird durch zwei Transistoren T1, T2 vom Meßwerk und von den anderen Meßwiderständen entkoppelt.
• Meßwiderstand und Transistoren bilden den Meßkreis K. Die Transistoren werden als Schalter betrieben und von den Stufen eines Ringzählers RZ entsprechend dessen Schaltzustand ein- oder ausgeschaltet. Von jeder Ringzählerstufe führt nach einer Ausbildungsform der Erfindung eine Steuerleitung zu den Transistoren jedes Meßkreises K, d. h., die Anzahl der Ringzählerstufen ist gleich der Anzahl der Meßkreise.
• Die Meßspannung U wird den beiden Eingangspolen eines Differenzverstärkers DV in Gleichspannungskopplung zugeführt, mit dessen einem Arbeitswiderstand die parallelgeschalteten Eingangsnetzwerke zweier Schmitt-TriggerSTl und ST2 verbunden sind. Diese Schmitt-Trigger steuern einen anhaltbaren astabilen Multivibrator MV, dessen Impulse dem Ringzähler zugeführt werden.
• Den genauen Aufbau der beiden Schmitt-Trigger und des astabilen Multivibrators zeigt Fig. 2. Der Eingangsspannungsteiler des ersten Schmitt-Triggers STt besteht aus der Serienschaltung der Widerstände R1, R2, R,, wobei dem Widerstand R3 die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T parallel geschaltet ist. Der Eingangsspannungsteiler des zweitenSchmitt-Triggers ST2 besteht aus der Serienschaltung der Widerstände R5 und R6. Der rechte Transistor T5 des ersten Schmitt-Triggers und der linke Transistor T6 des zweiten Schmitt-Triggers sind miteinander dadurch verkoppelt, daß sie in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung einen gemeinsamen Kollektorwiderstand R4 besitzen. Die Kollektoren der beiden Transistoren T4 und T5 sind durch die Serienschaltung zweier gegeneinandergeschalteter Dioden Dt, D2 verbunden. Am Verbindungspunkt der beiden Dioden ist zweckmäßigerweise die Steuerleitung des anhaltbaren astabilen Multivibrators angeschlossen.
• Diese Steuerleitung führt über einen Spannungsteiler an die Basis des Transistors T8, der im Schalterbetrieb arbeitet. Der astabile Multivibrator MV besteht aus den Transistoren T9, T10. Die gewöhnlich zur positiven Versorgungsleitung führenden Basisvorwiderstände liegen am Kollektor des Transistors T8.
• Vom Kollektor des Transistors Tlo führt eine Verbindungsleitung zum Eingang des Ringzählers RZ, der in bekannter Weise aufgebaut sein kann. Eine weitere, zum Ringzähler führende Leitung ist unter Zwischenschaltung des Differenziergliedes Ct, R7 am Kollektor des Transistors T4 angeschlossen. Sie dient zur Rückführung des Ringzählers in seine Ausgangsstellung.
• Zur Erläuterung der Funktionsweise sei angenommen, daß einer der Meßkreise K mit dem Meßwiderstand R und den Transistoren Tj, T2 betätigt ist, wodurch dieser Meßwiderstand zum Meßgerät parallel liegt. Die Transistoren sind durchgeschaltet. Ferner sei der Meßstroml zunächst so groß, daß er einen Ausschlag im letzten Drittel der Meßwerkskala hervorruft. In diesem Zustand sind der linke Transistor T4 des ersten Schmitt-Triggers und der linke Transistor T6 des zweiten Schmitt-Triggers gesperrt, während die anderen Transistoren T5 bzw. T7 geöffnet sind. Ebeniso sind die als Schalter wirkenden Transistoren Ts und T8 leitend. Dadurch setzt sich der Eingangsspannungsteiler des ersten Schmitt-Triggers aus den Widerständen R1 und R2 zusammen, während andererseits der anhaltbare astabile Multivibrator nicht schwingt. Die Basen seiner Transistoren T9 und Tlo sind nämlich nach 0 gezogen.
• Das Spannungsteilerverhältnis des Eingangsspannungsteilers R5, R6 des zweiten Schmitt-Triggers ist zweckmäßig so eingestellt, daß dieser Schmitt-Trigger umkippt, wenn die vom Meßstrom 1 am Meßwiderstand R erzeugte Meßspannung U die Vollausschlagspannung U,,, überschreitet. In der gleichen Weise ist der Eingangsspannungsteiler des ersten Schmitt-Triggers aus den Widerständen Rj, R2 und dem durchgeschalteten Transistor T3 eingestellt. Überschreitet nun die Meßspannung den Vollausschlag, so kippen beide Schmitt-Trigger in ihren anderen Schaltzustand, wobei zweckmäßigerweise der zweite Schmitt-Trigger etwas später kippt als der erste. Hierdurch wird bewirkt, daß Transistor T5 gesperrt wird und der Multivibrator zu schwingen beginnt. Der Ringzähler RZ wird dadurch um eine Einheit weitergeschaltet. Somit wird der nächstniedrigere Meßwiderstand zum Meßwerk parallel geschaltet, und es steht der nächsthöhere Meßbereich zur Verfügung.
• Gleichzeitig mit dem Umkippen der beiden Schmitt-Trigger wird auch der Transistor T3 gesperrt, wodurch der Eingangsspannungsteiler des ersten Schmitt-Triggers sich nunmehr aus der Serienschaltung der Widerstände R, R2, R3 zusammensetzt. Die Spannungsschwelle dieses Schmitt-Triggers wird dadurch so geändert, daß er in den Ausgangszustand erst wieder zurückkippen kann, wenn die Meßspannung eine wählbare Schwelle, vorzugsweise ein Drittel der Vollausschlagspannung, unterschreitet.
• Durch die geschilderte Umschaltung auf den nächsthöheren Meßbereich sinkt die Meßspannung unter die Vollausschlagspannung ab. Hierdurch kippt der zweite Schmitt-Trigger in den Ausgangszustand zurück, wodurch Transistor T8 wieder gesperrt wird und der Multivibrator die Abgabe von Impulsen an den Ringzähler unterbricht.
• Der Meßstrom erzeugt nun eine Meßspannung U, die kleiner ist als ein Drittel der Vollausschlagspannung. Diese Spannung bewirkt, daß der erste Schmitt-Trigger in seinen Ausgangszustand zurückkippt. Am Kollektor des Transistors T4 kann, ausgelöst durch dieses Zurückkippen, über das Differenzierglied C1,R7 ein Impuls abgenommen werden, der zur Rückführung des Ringzählers in seine Ausgangsstellung dient.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Gleichstrom-Meßanordnung mit automatischer Bereichsumschaltung, wobei der Meßstrom an Meßwiderständen eine stromproportionale Meßspannung erzeugt, die einem analog arbeitenden Meßgerät und einem Steuergerät zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßwiderstand (R) durch zwei als Schalter dienende Transistoren (Tj, T2) von den anderen Meßwiderständen und von dem Meßgerät (M) entkoppelt ist und mit diesen einen Meßkreis (K) bildet und daß im Steuergerät (5) in Abhängigkeit von der Meßspannung (U) erzeugte Impulse einen mit den Transistoren (T,, T2) jedes Meßkreises verbundenen und diese schaltenden Ringzähler (RZ) derart steuern, daß jeweils die dem erforderlichen Meßwiderstand (R) zugeordneten beiden Transistoren in den leitenden Zustand geschaltet werden.
2. 2. Gleichstrom-Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (S) aus der Kettenschaltung eines Differenzverstärkers (dz), zweier eingangsseitig parallelgeschalteter Schmitt-Trigger (ST1, ST2) und eines anhaltbaren astabilen Multivibrators (MV) besteht, wobei der zweite Schmitt-Trigger (ST2) entsprechend seinem Schaltzustand die Impulse des astabilen Multivibrators freigibt oder unterbindet, und der erste Schmitt-Trigger (ST1) beim Zurückkippen einen Impuls zur Rückstellung des Ringzählers abgibt, und daß jede Ringzählerstufe jeweils einen Meßkreis (K) ein- oder ausschaltet.
3. 3. Gleichstrom-Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rechte Transistor (T5) des ersten Schmitt-Triggers und der linke Transistor (T6) des zweiten Schmitt-Triggers denselben Arbeitswiderstand (R4) besitzen und daß die Steuerleitung des anhaltbaren astabilen Multivibrators am Verbindungspunkt zweier entgegengesetzt in Reihe geschalteter Dioden (Dt, D2) angeschlossen ist, deren andere Enden mit den Kollektoren der beiden Transistoren (T4, T5) des ersten Schmitt-Triggers verbunden sind.
4. 4. Gleichstrom-Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Ringzählerstufen gleich ist der Anzahl der Meßwiderstände.
5. 5. Gleichstrom-Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßgerät (M) und dem Eingang des Differenzverstärkers (DV) eine Zenerdiode (Z) parallel geschaltet ist, deren Durchbruchsspannung oberhalb der Vollausschlagspannung (Umax) liegt.
6. 6. Gleichstrom-Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilerverhältnis des Eingangsspannungsteilers (R5, R6) des zweiten Schmitt-Triggers so eingestellt ist, daß dieser beim Überschreiten der Vollausschlagspannung (Umux) umkippt.
7. 7. Gleichstrom-Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsspannungsteiler (R1 R2 Ra, T3) des ersten Schmitt-Triggers in Abhängigkeit von dessen Schaltzustand so umgeschaltet wird, daß einerseits der Eingangsspannungsteiler aus der Serienschaltung zweier Widerstände und eines durchgeschalteten Transistors (R1, R2, T3) besteht und andererseits der Spannungsteiler aus der Serienschaltung dreier Widerstände (R1, R2, Rs) besteht, wobei dem letzten Widerstand (Ra) die Kollektor-Emitter-Strecke des vorher durchgeschaltet gewesenen Transistors (T3) in ausgeschaltetem Zustand parallel liegt.
8. 8. Gleichstrom - Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilerverhältnis des aus der Serienschaltung der beiden Widerstände (R1, R2) und des durchgeschalteten Transistors (T3) bestehenden Spannungsteilers so eingestellt ist, daß der erste Schmitt-Trigger beim Überschreiten der Vollausschlagspannung (Umax) umkippt.
9. 9. Gleichstrom-Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilerverhältnis des aus der Serienschaltung der Widerstände (R1, R2, R3) bestehenden Spannungsteilers so eingestellt ist, daß der erste Schmitt-Trigger zurückkippt, wenn die Meßspannung ein Drittel der Vollausschlagspannung unterschreitet.
10. 10. Gleichstrom-Meßanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilerwiderstände (R2, R3, R6) einstellbare Widerstände sind.