DE1537101C - Verfahren zur Analog Digital Umsetzung von Grob und Feinsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung eines ersten einer Zahl von kleinen Zähleinheiten proportionalen analogen Signals und eines zweiten der Summe aus einer Zahl von großen Zähleinheiten, wobei eine große Zähleinheit ein Vielfaches der kleinen Zähleinheit ist, und der Zahl der kleinen Zähleinheiten proportionalen analogen Signals in Digitaiwerte.

Solche Signale können beispielsweise eine veränderliche Höhe darstellen, bei der die kleinen Zähleinheiten Millimeter und die großen Zähleinheiten Meter sind. Bei steigender Höhe wächst das erste, beispielsweise Millimeter darstellende Signal linear von einem ersten auf einen zweiten Wert, wenn ein Meter erreicht ist, und kehrt dann zum ersten Wert zurück, worauf sich der Vorgang wiederholt. In der Zwischenzeit ändert sich das zweite, Meter darstellende Signal linear. Mit anderen Worten, das erste Signal verändert seine Amplitude in Art einer Sägezahnkurve, während das zweite Signal seine Amplitude linear mit der Höhe verändert.

Solche Signale können von einer Meßeinrichtung zum Messen des Flüssigkeitspegels, z. B. des ölpegels in einem Speichertank, erzeugt werden. Die Meßeinrichtung hat beispielsweise einen Meßbereich von 25 m und besteht aus zwei über ein Getriebe miteinander verbundenen Potentiometern, die sich entsprechend dem Meßpegel drehen. Das erste Potentiometer, das kontinuierlich rotiert, erzeugt das Signal für die mm-Einheiten; Der Widerstand des Potentiometers ändert sich in Form einer Sägezahnkurve. Das zweite Potentiometer weist zehn Spiralwindungen auf und liefert das Signal für die m-Einheiten. Der Widerstand dieses Potentiometers verläuft linear.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Getriebe zwischen dem ersten und dem zweiten Potentiometer mit einem Verhältnis von 2,5: 1 auszulegen. Mit anderen Worten, eine Umdrehung des ersten Potentiometers entspricht 1 m und eine Umdrehung des anderen Potentiometers 2,5 m. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß ein übliches. Potentiometer unterhalb von etwa 1% seines Bereiches nicht mehr genau arbeitet, so daß die Anzeige der mm-Einheiten auf etwa 10 mm beschränkt bleibt. Für viele Anwendungszwecke ist dies nicht genau genug. '

Ein anderer wesentlicher Nachteil besteht in einer Zweideutigkeit der Anzeige. Es wird nämlich der Widerstand des ersten Potentiometers gemessen, und das resultierende Signal wird zum Betätigen der mm-Anzeige verwendet. Der Widerstand des zweiten Potentiometers könnte unmittelbar für eine m-Anzeige benutzt werden, da jedoch sein Widerstand linear und nicht stufenweise ansteigt, ergibt sich eine m-Anzeige, die schwierig ablesbar ist. Aus diesem' Grunde wird ein Rückführsystem vorgesehen, das eine m-Anzeige in ganzen Stufen ermöglicht.

Dieselbe oben beschriebene Meßeinrichtung kann natürlich auch für Fuß und Inch eingerichtet werden. Sie kann beispielsweise einen Meßbereich von 60 Fuß aufweisen, wobei das erste Potentiometer Tür die Inch-Einheiten 6mal schneller als das zweite Potentiometer Für die Fuß-Einheiten rotiert. Das Verhältnis ist somit 1 :6. Auch hier würde die Fuß-Anzeige schwierig abzulesen sein, wenn die Fuß-Anzeige unmittelbar an das zweite Potentiometer angeschlossen ist, so daß auch hier ein Rückführsystem vorzusehen sein wird.

Hieraus wird ersichtlich, daß Tür jede Meßeinrichtung ein eigenes Rückrührsystem vorgesehen sein muß. Sind mehrere Meßeinrichtungen vorhanden, so ist der Aufwand für die Rückführsysteme ganz erheblich. Ein anderer Nachteil der Rückführsysteme besteht darin, daß bei einem kleinen Fehler oder einer Fehleinstellung bei der Anzeige der großen Einheiten, ' also der m- oder Fuß-Einheiten eine verzögerte oder vorzeitige Änderung in der Anzeige der kleinen Einheiten die Folge ist. Ist beispielsweise bei der Anzeige . der großen Einheiten der Wert um 0,1 gegenüber der Anzeige der kleinen Einheiten zu niedrig, so ergibt die Anzeige nach der Subtraktion der beiden Anzeigen für die großen Zähleinheiten einen um 1 zu niedrigen Wert. Deshalb wird eine zu diesem Zeitpunkt vorgenommene Ablesung ungenau. Dies ist aber untragbar.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung anzugeben, mit dem auf einfache Weise analoge Werte, insbesondere Meßwerte einer Meßeinrichtung umzusetzen, wobei die analogen Signale einmal einer ersten Zahl von kleinen Zähleinheiten und zum anderen der Summe aus der ersten Zahl und einer zweiten Zahl von großen Zähleinheiten proportional sind.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das erste Signal in einen ersten Impuls umgewandelt wird, dessen Länge dem jeweiligen Analogwert des ersten Signals proportional ist, daß entsprechend der Länge des ersten Impulses eine Taktimpulsfolge auf eine erste, das erste Signal digital darstellende Zählanzeige gegeben wird, daß das zweite Signal in einen zweiten Impuls umgewandelt wird, dessen Länge der Summe des jeweiligen Analogwertes des zweiten Signals sowie einer Konstanten proportional ist, die einem festen Bruchteil der großen Zähleinheit entspricht, daß das digital angezeigte erste Signal in ein Signal entsprechend einem dem Verhältnis der kleinen Zähleinheit zu der großen Zähleinheit entsprechenden Bruchteil der großen Zähleinheit umgewandelt und von einem Signal, das der Länge des zweiten Impulses proportional ist, zur Bildung eines dritten Impulses subtrahiert wird, dessen Länge der Summe der Zahl der großen Zähleinheiten und der Konstanten proportional ist, und daß entsprechend der Länge des dritten Impulses eine Taktimpulsfolge auf eine zweite digitale Zählanzeige gegeben wird, die lediglich die ganze Zahl der großen Zähleinheiten anzeigt und die Bruchteile einer großen Zähleinheit unterdrückt.

Mit Hilfe dieses Verfahrens sind bei der Anwendung für Meßvorrichtungen Rückführsysteme nicht mehr erforderlich.

Das Verständnis der Erfindung wird erleichtert, wenn man davon ausgeht, daß die kleinen Zähleinheiten mm und die großen Zähleinheiten m sind. Dann ist die Länge des ersten Impulses proportional zur Anzahl der mm. Die Länge des zweiten Impulses ist proportional der Summe aus der Anzahl der m, der Anzahl der mm und einer Konstanten, die kleiner als 1 m und vorzugsweise 500 mm ist. Die Länge des ersten Impulses wird von einer ersten Digitalanzeige gemessen, die eine Anzeige der Anzahl der mm liefert. Diese Anzahl muß jetzt von der obengenannten Summe subtrahiert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß diese Anzahl in einen Bruchteil der großen Zähleinheit, beispielsweise '/,„ eines m, umgesetzt wird, und daß dieser Bruchteil an einer Zählanzeige von einem Signal subtrahiert wird, das proportional

zur Länge des zweiten Impulses ist, um einen dritten Impuls zu erzeugen. Dies geschieht dadurch, daß die Proportionaütätsfaktoren so gewählt sind, daß der dritte Impuls eine Länge hat, die proportional der Summe der Anzahl der m und der Konstanten ist. Die Länge dieses Impulses wird dann von einer • zweiten digitalen Anzeige gemessen. Vermittelt diese Anzeige die gemessene Länge, so würde die Anzahl der m zusammen mit einem Bruchteil eines m proportional der Konstanten angezeigt werden. Das letzte Bit, das den Bruchteil darstellt, wird jedoch nicht angezeigt, so daß dementsprechend nur die ganzzahlige Anzahl der m zur Anzeige gelangt.

Hieraus ist verständlich, daß ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin besteht, daß die mm-Messung von der m- und mm-Messung subtrahiert wird, so daß die letztere Messung nur eine ganzzahlige Zahl der m ist, wodurch die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten behoben sind.

Hieraus dürfte ersichtlich sein, daß eine Konstante, die zu der m-Messung hinzuaddiert wird, anschließend nicht auf der m-Anzcige dargestellt wird. Der Zweck für die Addition der Konstanten besteht darin, zu verhindern, daß eine fehlerhafte Anzeige des Anzeigegerätes infolge eines verzögerten oder vorzeitigen Empfangs des zweiten analogen Signals erfolgt. Wie bereits erwähnt, kann die Konstante 500 mm betragen, so daß in diesem Fall die m-Anzeige zusätzlich 500 mm anzeigen würde. Da jedoch die Anzeige des letzten Bits nicht erfolgt, hat dies keinen Einfluß. Das Meßprinzip hat aber zur Folge, daß die m-Werte zentrisch um die Konstante liegen, so daß ein Fehler bis zu 500 mm die Messung der m-Einheiten nicht beeinträchtigt und damit auch nicht die Messung der mm-Einheiten. Ist diese Konstante nicht vorhanden, so kann ein kleiner Fehler in der Subtraktion leicht einen Fehler in der m-Anzeige zur Folge haben, die dann ein Bit weniger als den richtigen Wert anzeigt.

Wie bereits erwähnt, ist die kleine Einheit 1 mm und die große Einheit 1 m. Dies ist jedoch nicht in allen Anwendungsarten befriedigend, da eine Umdrehung des Potentiometers für die Messung der mm 1,05 m darstellt. Dies kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung derart geändert werden, daß eine Umdrehung des Potentiometers einer kleineren Einheit entspricht, z. B. kann die große Zähleinheit aus 200mm, d.h. aus 20cm, bestehen. Dadurch wird die Umdrehung verfünffacht. Die kleine Zähleinheit ist jedoch !nach wie vor 1 mm. Die Konstante ist dann vorzugsweise die Hälfte der großen Zähleinheiten, also 10 cm.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung kann mit Vorteil zum periodischen Erfassen von päarweisen analogen Signalen Verwendung finden, wobei mittels geeigneter Gatter die entsprechenden digitalen Werte zur Anzeige gebracht werden. Eine solche Einrichtung wird beispielsweise zum periodischen Erfassen- des Flüssigkeitspegels in mehreren Tanks verwendet, wobei in jedem Tank eine Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art angeordnet ist. Die Intervalle zwischen den Meßzeitpunkten an jedem Tank sind äußerst kurz, beispielsweise in der Größenordnung von einigen ms, so daß praktisch der Pegel ständig angezeigt wird. Es können aber auch Temperaturen gemessen und angezeigt werden. Ein einziger Analog-Digital-Umsetzer kann zur Anzeige der Pegel von einer großen Anzahl von Tanks verwendet werden. Dadurch tritt eine erhebliche Konstenersparnis gegenüber den bekannten Anordnungen mit Rückführsystem ein, wobei für jeden Tank je ein System vorgesehen sein muß. Außerdem wird die Anzeigegenauigkeit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens vergrößert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in der

Fig. 1 ein Schaltschema eines Analog-Digital-

Umsetzers, .

F i g. 2 eine eingehendere Darstellung des in F i g. 1 mit II bezeichneten Teils ist.

Die zur Umsetzung in digitale Signale bestimmten analogen Signale stammen aus der Messung des Flüssigkeitspegels,, wie sie gemäß einer Einrichtung des Erfinders durchgeführt wird. Der Meßbereich beträgt 25 m. Die Einrichtung besteht, aus zwei miteinander über ein Getriebe verbundenen Potentiometern, von denen das eine jeweils 20 cm mißt und kontinuierlich mit einer 5mal größeren Drehzahl rotiert als das andere Potentiometer, das die Anzahl der 20-cm-Einheiten angibt und bei dessen Aufbau zehn Spiralwindungen vorgesehen sind. Jedes Potentiometer erzeugt ein analoges Signal von der Größe zwischen Null und —6 V. Damit entspricht eine Drehung des Zehner-Potentiometers 2,5 m oder 12,5 χ 20 cm, und eine Drehung des anderen Potentiometers entspricht 20 cm. Die kleine Zähleinheit entspricht also 20 cm und die große Zähleinheit 2,5 m.

Es wurde bereits erwähnt, daß die meisten bekannten Potentiometer unterhalb annähernd 1% ihres Bereiches nicht mehr genau genug sind. Zeigt also ein kontinuierlich arbeitendes Drehpotentiometer pro Umdrehung 1 m an, so kann unterhalb 10 mm nicht mehr gemessen werden. Entspricht jedoch eine Umdrehung 20 cm, so kann bis 2 mm heruntergemessen werden. Dies heißt, daß natürlich das andere Potentiometer eine entsprechend größere Anzahl von Zähleinheiten, also in diesem Beispiel 125 darzustellen hat. Daraus folgt, daß es bis auf Vi25% bzw. 0,8% heruntermessen muß, was praktisch mit bekannten Potentiometern noch möglich ist. Somit besteht also der Meßbereich von 25 m aus 125mal 20 cm mit jeweils 200 mm anstatt aus 25mal 1 m mit jeweils 1000 mm.

Im angelsächsischen Meßsystem tritt dieses Problem offenbar nicht auf, da bei einem Meßbereich von 80 Fuß die Anzahl der Einheiten, d. h. der Fuß, größer ist. Mit anderen Worten, die 80 Fuß werden in einfacher Weise zu jeweils 12 Inch dargestellt. Weist das Inch-Potentiometer eine Genauigkeit von 1% auf, so gelingen genaue Messungen bis 0,01 χ 12 = 0,12Inch bzw. etwa '/io Inch.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Umsetzer stehen die analogen Signale von den beiden nicht dargestellten Potentiometern an den Leitungen 1 und 2 bzw. den Formierstufen 3 und 4 an. Die Formierstufe 3 bildet aus dem analogen Signal einen Impuls, dessen Impulslänge proportional der Amplitude des analogen Signals ist, und addiert eine Konstante, die 10 cm oder 1 dm proportional ist. Die Formierstufe 4 setzt das analoge Eingangssignal in einen dessen Amplitude proportionalen Impuls um. Die beiden Impulse gelangen über die Leitungen5 und 6 auf das ODER-Gatter7 und dann über die Leitung 8 zur Subtraktionsstufe 9, die später erläutert wird und von der ebenfalls Impulse abgegeben werden.

Die die 20-cm-Einheiten darstellenden Impulse gelangen über die Leitung 10 zu dem UND-Gatter 11, dem über die Leitung 12 vom Steuerkreis 13 ein Steuersignal und über die Leitung 14 vom Steuerkreis 15 ein Impuls zugeführt wird. Der Steuerkreis 15 steuert den Steuerkreis 13 über die Leitungen 16 und 17.

Mittels des UND-Gatters 11 gelangt eine Anzahl von Impulsen auf die Leitung 14, die proportional der Impulslänge auf der Leitung 10 ist, über die Leitung 18 auf den Dekadenzähler 19. Dies geschieht während einer Zeitspanne von 0 bis 2 ms vom Zeitpunkt Null an. Deshalb zählt der Zähler auf einen Wert, der proportional der Amplitude des analogen Signals ist, das die Zahl der kleinen Zähleinheiten (mm) um die ganzzahlige Einheit von 20 cm des Pegels größer ist. Anschließend wird dieser Wert des Zählers 19 in die letzten beiden digitalen Anzeigen 105 und 106 des mm-Anzeigegerätes 20 mittels auf den Leitungen 21 und 22 vom Anzeigegerät 23 empfangener Impulse eingegeben. Das Anzeigegerät 23 wird Von den beiden Steuereinheiten 15 und 13 über die Leitungen 24, 25 und 26 bzw. 27 und 28 gesteuert.

Die Impulse, die die 20 cm, die Bruchteile von 20 cm und die Konstante darstellen, gelangen aus der Subtraktionsstufe 9 über die Leitung 29 zu einem UND-Gatter 30. Mittels dieses Gatters wird das gleiche Impulssignal, das auf der Leitung 14 ansteht und zum Gatter 30 über die Leitung 31 geführt wird, über die Leitung 33 in die Stufe 32 eingegeben. Vorher jedoch ist eine Anzahl von Impulsen, die proportional dem Wert der Bruchteile der 20 cm in dem Zähler 19 ist, über eine Leitung34 zu der Stufe 32 geführt. In dieser Stufe werden nun die auf der Leitung 34 übertragenen Impulse von den auf der Leitung 33 übertragenen Impulsen derart abgezogen, daß der 20-cm-Bruchteil effektiv von den 20 cm, dem 20-cm-Bruchteil und der Konstanten abgezogen wird. Nach Ausführung der Subtraktion wird das resultierende Signal in einen Impuls mit proportionaler Länge umgewandelt und über die Leitung 35 zum UND-Gatter 36 geführt. Dieses Gatter erhält ein Schaltsignal über die Leitung 37 vom Steuerkreis 13 und die auf der Leitung 14 anstehenden Impulse.

In ähnlicher Weise wie das die Bruchteile der 20-cm-Einheiten, also der Grobmessung, darstellende Signal werden mittels des UND-Gatters 36 eine Anzahl von auf der Leitung 14 übertragenen Impulsen, die proportional der Länge des auf der Leitung 35 empfangenen Impulssignals sind, über die Leitung 18 auf den Dekadenzähler 19 übertragen. Dies geschieht in der Zeitspanne zwischen 2 bis 4 ms. Der Zähler ist vorher zurückgestellt worden und zählt somit . einen Wert, der der Amplitude des die 20 cm darstellenden analogen Signals und der Konstanten, vermindert um das die 20-cm-Bruchteile darstellende analoge Signal proportional ist, d. h. der 20-cm-Messung des Pegels mit der Konstanten. Anschließend wird der Wert des Zählers abzüglich der Konstanten in die beiden Anzeigestufen 107 und 108 des die m-Einheiten anzeigenden Gerätes 38 und in das Anzeigegerät 109 des mm-Anzeigers mittels eines von dem Anzeigegerät 23 stammenden Impulssignals eingegeben. Somit geben die beiden Anzeigegeräte 38 und 20 die gemessenen m und mm des Pegels an.

Nach dieser allgemeinen Beschreibung des Umsetzers soll der Steuerkreis 15 näher betrachtet werden. Darin ist ein Taktimpulsgenerator mit einer Frequenz von 1 MHz vorgesehen, der die Taktsteuerung der Einrichtung bewirkt.. Das vom Generator auf die Leitung 14 gegebene Impulssignal hat eine Periode von 1 ms. Ferner wird vom Generator eine erste bistabile Stufe gespeist, die ein Rcchtecksignal mit einer Periode von 2 |xs liefert. Dieses Rechtecksignal gelangt über die Leitung 39 zu der Zählerrückstelleinheit 40 und zu einem Dekadenzähler, der die Frequenz des Signals um den Faktor 10 vermindert und ein Rechtecksignal mit einer Periode von 20 (i.s liefert. Dieses Signal gelangt über, die Leitung 24 zu dem' Anzeigegerät 23 und zu einem zweiten ähnlichen Dekadenzähler, der die Frequenz nochmals um den Faktor 10 verringert. Das resultierende Rechtecksignal mit der Periode von 200 us gelangt über die Leitung 25 zu dem Anzeigegerät 23 und zu einem dritten Dekadenzähler, der wiederum die Frequenz um den Faktor 10 vermindert, wobei das entstehende Rechtecksignal mit der Periode von 2,000 |is über die Leitung 16 zum Stcuerkreis 13 und zu einem vierten Dekadenzähler geführt wird. Der dritte Dekadenzähler erzeugt noch ein Rechtecksignal mit einer Periode von 1,600 jxs. Dieses Signal gelangt über die Leitung 26 zum Anzeigegerät 23.

Der vierte Zähler verringert die Frequenz des 2,000-|xs-Signals um den Faktor 10. Das Signal mit der Periode 20,000 (xs gelangt über die Leitung 17 zum Steuerkreis 13.

Außer diesen sieben Rechtecksignalen liefert die Steuereinheit noch ein Impulssignal über die Leitung 41 zu der Subtraktionsstufe 9. Dieses Signal wird vom ersten und zweiten Zähler abgeleitet und hat Impulsform mit einer Dauer von 30 |xs mit einem Impulsabstand von 2 ms. Dieser Impuls beginnt mit dem Anfang jedes Zyklus, wobei jeder Zyklus 20 ms dauert. Zur Klarstellung dieses Sachverhalts sowie der anderen Ausgänge der Steuereinheit 15 dient die folgende Tabelle.

Daraus ist ersichtlich, daß der Steuerkreis 15 die Subtraktionsstufe 9 über die Leitungen 31 und 41 steuert. Der Zweck der Subtraktionsstufe 9 besteht darin, 30 [xs von der Dauer jedes Impulses abzuziehen, der von den Formierstufen 3 und 4 übertragen wird.

Wie bereits erwähnt, wandelt jede Formierstufe ihr analoges Eingangssignal, in einen Impuls um, dessen Länge proportional der Amplitude des Eingangs-

. signals ist. Dabei sind folgende Verhältnisse anzutreffen:

" Bruchteil von jeweils

20 cm ... 0 bis -6 V. Impulslänge 30 bis 1030 as 20 cm ... 0 bis -6 V, Impulslänge 35 bis 1285 -xs

Signal	an ge	Start bei ■ Zeitpunkt 0	der Leitung	Leitung
Rechteckimpulsl		1 [XS	14,31
desgl.		2 [XS	39
desgl.		20[xs	24
desgl.		200[xs.	■'.... *25
desgl.		'2 ms	16
desgl.		1,6 ms	26
desgl.	20 ms	.17 .
	Impulssignal mit Impulsdauer 30 [xs
alle 2 ms auf	. ,.;41,·,.;.

Hieraus ergeben sich 5 μβ/πιηι und 10 με/20 cm. Ferner haben die die 20cm darstellenden Impulse eine einem dm äquivalente Konstante, so daß dadurch die bereits erwähnte »Verschiebung« zustande kommt und die fehlerhaftes Ablesen vermeidet. Zusätzlich sind die Eigenschaften der Formierstufen derart gewählt, daß jede eine feste Vorgabe von 30 μβ aufweist. Dies ist deshalb erwünscht, weil es anzeigt, daß die Formierstufen richtig arbeiten. Diese Vorgabe muß jedoch wieder subtrahiert werden, und dies geschieht in der Subtraktionsstufe 9, die eine bistabile Stufe ist und durch den 30^s-Impuls auf der Leitung 41 alle 2 ms nach jeweils 30 μβ vom Zeitpunkt Null an in den anderen Schaltzustand umgeschaltet wird, so daß ein Ausgangssignal auf den Leitungen 10 und 29 auftritt. Verschwindet das Signal von der .Formierstufe, so wird zurückgeschaltet. Auf diese Weise werden von der Impulslänge des Signals auf den Leitungen 10 29 30 μβ subtrahiert. Damit gelangen folgende Signale auf die Leitungen 10 und 29: _;

20-cm-Bruchteile ... 0 bis 1, Impulslänge 0 bis

1000 (is 20 cm 0 bis 125, Impulslänge 5 bis

1255 μβ.

Wie bereits erwähnt, wird der die Bruchteile der 20 cm darstellende Impuls in den Zähler 19 eingesteuert. Der die 20 cm, deren Bruchteil und der die Konstante zusammen darstellende Impuls steuert eine proportionale Anzahl der auf der Leitung 31 anstehenden l^s-Impulse durch das Gatter30 in die' Stufe 32. Dieser Teil des Umsetzers ist eingehender in Fig. 2 dargestellt. Entsprechende Leitungen sind mit den Buchstaben α bis / bezeichnet.

Die Einheit 32 besteht aus einem Binärzähler mit den vier Stufen 50, 51, 52 und 53. Bevor die Impulse auf der Leitung 33 eintreffen, werden Signale auf der . Leitung 34 zugeführt, welche tatsächlich aus vier getrennten Leitungen besteht. Diese Signale, die dem Komplement des Wertes des 20-cm-Bruchteils im Wähler 19 entsprechen, werden durch die UND-Gatter 54, 55, 56 und 57 in die Stufe 50 bis 53 eingesteuert, in denen sie, gezählt werden. Die Gatter 54 und 57 werden durch ein Signal auf der Leitung 58 vom Anzeigegerät 23 her geöffnet! Dies geschieht vor dem Empfang der Impulse vom UND-Gatter 30. Dadurch zählt der Zähler bis 0, worauf eine bistabile Stufe 71 in ihren anderen Schaltzustand gelangt. Zum gleichen Zeitpunkt wird ein UND-Gatter 30 durch Signale von den Stufen 50 bis 53 betätigt und erzeugt ein Signal auf der Leitung 61 zum UND-Gatter 30, das dadurch gesperrt wird. Deshalb beendet der Zähler bei 0 das Zählen. Das Zählen hat jedoch' einen Subtraktionseffekt bewirkt, indem die bistabile Stufe 71 für den Impuls auf der Leitung 70 während einer Zeitdauer gesperrt ist, die proportional dem 20-cm-Bruch- ^; teil ist..¹'·'' ■/■·. ;^: ·'. ■ .^;/^v "'■; '■ ;-/' ' ':

Dementsprechend repräsentiert die Länge des Impulses, der auf der Leitung 70 durch die bistabile Stufe 71 gelangt, eine ganzzahlige Anzahl der 20-cm-Einheiten und der Konstanten vom 1 dm. Dieser Impuls gelangt dann über die Leitung 35 in der bereits beschriebenen Weise in den Zähler 19.

Die beiden Gatter 11 und 36 werden durch den Steuerkreis 13 gesteuert. Dieser bersteht aus einer Anzahl von bistabilen Stufen und erzeugt einen Steuerimpuls auf der Leitung 12 zwischen 0 und 2 ms

5... und einen Steuerimpuls auf der Leitung 37 zwischen 2 nnd 4 ms. Der Zähler 19, auf.den die durch die Gatter 11 und 16 'zugeführten Impulse übertragen werden, besteht aus drei binären Dekaden 100, 101 und 102 und einen bistabilen Speicher 103. Nach Empfangen der ersten Impulsfolge, d. h. derjenigen Impulse, die die 20-cm-Bruchteile darstellen, zählt der Zähler in einfacher Weise die Impulsanzahl in der binär kodierten Dezimalform. Die maximal mögliche Zählsumme ist natürlich 199 mm. Die letzten beiden Bits werden dann in die Anzeigestufen 105 und 106 eingegeben. Das Bit mit der höchsten Wertungszahl, das entweder eine 1 oder eine 0 darstellt, gelangt in den Speicher 103. Beim Empfang der zweiten Impulsfolge zählen die drei Dekaden, die vorher zurückgestellt worden sind, die Impulse, und stellen mit dem Signal in dem Speicher die m und dm wieder her und subtrahieren die Konstante von 1 dm, worauf das Ergebnis in die Anzeigestufen 107, 108 und 109 eingegeben wird. Somit zeigen die fünf Anzeigegeräte die Messung in m und mm an.

Die folgende Tabelle erläutert die Betriebsweise des Zählers. Während des Eintreffens der ersten Impulsfolge wird die Dekade 100 nicht benutzt. Die Dekade 101 zählt mm und die Dekade 102 cm: Von diesen Dekaden und vom Speicher werden die auf die Leitung 34 übertragenen Signale erhalten.

	0	mm	0	cm	- 20 cm
-	1		0	2" 2' 22 23	2° 2"
2	2° 21 22 23	0		0
3	0 0 (	0		0
4	1 0 (	1		ö
5	) 0	I 1		0
6	) 0	3 0	-· ■	• 0
7	0 1 0 0		1
8	11 0 0		1
9	0 0 1		1
10	1 .0 1		1
0 1	1 111	1
11	0 0 0 0	0 1
Ό 1
1 1
0. 0 (

Insbesondere ist wichtig, daß eine 1 zuerst in der 2³-Spalte der mm-Einheiten in der Spalte zwischen 7 und 8 erscheint. Hieraus erhält man eine 1 genau zum richtigen -Zeitpunkt in der dm-Spalte. Beim Eintreffen der zweiten Impulsreihe setzt die Dekade 100 die 20-cm-Einheiten in dm um und aktiviert das Signal vom Speicher 103, und subtrahiert die Vorgabe. Das resultierende Signal gelangt in die Anzeigestufe 109. Die Dekaden 101 und 102 zählen die Impulse für die Anzeigestufen 107 und 108. ' ·;';'ν

Ausgehend vom Zeitpunkt 0 ist die Betriebsweise

des Umsetzers wie folgt:

■■ hⁱ' ' ' '

TOO

ίο

Beginn	Ende	Zählerrückstellimpuls über Leitung 90 zum Zähler 19
ms	ms	Steuerimpuls vom Steuerkreis 13 zum Gatter 11
0,000	0,002	Impuls über Leitung 10 zum Gatter 11
• 0,000	2,000	übertragung vom Zähler 19 im Anzeigegerät 20 und Vorbereiten der Einheit
0,030 .	.1,030 max	32 (Leitung 35 wird aber bei 2,000 geöffnet)
1,600	1,620	Zählerrückstellimpuls über Leitung 90 zum Zähler 19
		Steuerimpuls vom Steuerkreis 13 zum Gatter 36
2,000	2,002	Ausgang an Subtraktionsstufe 9 .
2,000	4,000	übertragung vom Zähler 19 zu Anzeigegeräten 38 und 20 und Vorbereiten
2,030	3,255 max.	der Einheit 32 (Leitung 35 jedoch bei 4,000 gesperrt)
3,600	3,620	Neuer Zyklus beginnt
20,000

Wenn der beschriebene Umsetzer auch in 20-cm-Einheiten und Bruchteilen dieser Einheiten arbeitet, so können doch auch andere Einheiten, wie Fuß und Inch, ohne weiteres verwendet werden. In einfacher Abänderung kann der Umsetzer auch zur Messung anderer Parameter, beispielsweise der Temperatur, Verwendung finden.

Sollen Fuß und Inch gemessen und angezeigt werden, so ist es gewöhnlich notwendig, die Inch-Messung in Zehntel Fuß vor Durchführung der Subtraktion umzuwandeln. Dies kann in angenäherter Weise ausgeführt werden, ohne die Gesamtgenauigkeit der Fußanzeige zu beeinträchtigen. Beispielsweise kann eine Diodenmatrix Verwendung finden oder auch ein binärer Umsetzungsprozeß gemäß der folgenden Tabelle:

35

40

45

5°

Dies stellt zwar nur eine Näherung dar, die jedoch in der Praxis durchaus zufriedenstellend ist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   '1. Verfahren zur Analog-Digital-Umsetzung eines ersten einer Zahl von kleinen Zähleinheiten , proportionalen analogen Signals und eines zweiten der Summe aus einer Zahl von großen Zähleinheiten, wobei eine größe Zähleinheit ein Vielfaches der kleinen Zähleinheit ist, und der Zahl der kleinen Zähleinheiten proportionalen analogen Signals in Digitalwerte, dad u r c h gekennzeichnet, daß das erste Signal in einen ersten Impuls umgewandelt wird, dessen Länge dem

   Inch Zehntel Fuß 1 0001 2 0010 3 . 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 Olli 8 1000 9 1000 10 1001 11 1001

   jeweiligen Analogwert des ersten Signals proportional ist, daß entsprechend der Länge des ersten Impulses eine Taktimpulsfolge auf eine erste, das erste Signal digital darstellende Zählanzeige gegeben wird, daß das zweite Signal in einen zweiten Impuls umgewandelt wird, dessen Länge der Summe des jeweiligen Analogwertes des zweiten Signals sowie einer Konstanten proportional ist, die einem festen Bruchteil der großen Zähleinheit entspricht, daß das digital angezeigte erste Signal in ein Signal entsprechend einem dem Verhältnis der kleinen Zähleinheit zu der großen Zähleinheit entsprechenden Bruchteil der großen Zähleinheit umgewandelt und von einem Signal, das der Länge des zweiten Impulses proportional ist, zur Bildung eines dritten Impulses subtrahiert wird, dessen Länge der Summe der Zahl der großen Zähleinheiten und der Konstanten proportional ist, und daß entsprechend der Länge des dritten Impulses eine Taktimpulsfolge auf eine zweite digitale Zählanzeige gegeben wird, die lediglich die ganze Zahl der großen Zähleinheiten anzeigt und die Bruchteile einer großen Zähleinheit unterdrückt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal, das der Länge des zweiten Impulses proportional ist, in Form einer Anzahl von Impulsen über ein von dem zweiten Impuls gesteuertes UND-Gatter (30) einer Zählanzeige (32) zugeführt wird, wobei das umgewandelte erste Signal von diesem Signal in der Zähleinrichtung zur Erzeugung des dritten Impulses subtrahiert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder % dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und dritten Im- \ pulse UND-Gattern (11, 36) zugeführt werden, die eine Anzahl von Impulsen durchlassen, i dessen Zahl proportional zu den Impulslängen j der ersten und dritten Impulse ist, wobei die i Anzahl der Impulse Anzeigegeräten (20, 38) zu- j geführt werden. , I
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -bis ~3, i gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer ' Flüssigkeitspegel-Meßeinrichtung.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal Millimeter und das zweite Signal 'Doppeldezi· meter darstellt. -

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen