DE2339145C3

DE2339145C3 -

Info

Publication number: DE2339145C3
Application number: DE19732339145
Authority: DE
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1977-11-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßschaltungsanordnung für eine Reihe von Meßwertgebern, die zu bestimmten Zeitpunkten bedarfsweise gemessen werden.

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Zur Steuerung oder Regelung industrieller Prozesse werden oft zahlreiche Meßwertgeber benötigt, die über eine Anlage verteilt angeordnet sind. Derartige Meßwertgeber sind beispielsweise Widerstandsthermometer oder Thermoelemente. Urr eine genaue Erfassung des Meßwerts zu erreichen, ist es bekannt, Meßwertgeber über jeweils _t vier Leiter an eine Spannungsquelle und ein Meßgerät anzusjhließen. Während zwei Leiter für die Zuleitung eines den Meßwertgeber durchfließenden konstanten Stroms vorgesehen sind, dienen die restlichen beiden Leiter für die Beaufschlagung eines hochohmigen Meßgeräts mit der am Meßwertgeber abfallenden Spannung. Die Spannungsabfälle auf den für die Einspeisung des konstanten Stroms angeordneten Leitungen werden auf diese Weise aus der Messung eliminiert.

Da die Anordnung zur Stromeinspeisung und Messung des Spannungsabfalls für -;ine Reihe von Meßwertgebern nur einmal vorhanden ist, werden die Meßwertgeber über Schalter nacheinander oder wahlweise nach einem vot gesehenen Schema an die Stromquelle und das Meßgerät angeschlossen. Für jeden Meßwertgeber wird ein Meßstellenschalter benötigt, der mindestens drei Schaltkontakte enthält. Sind in einer Anlage zahlreiche Meßwertgeber zu überwachen, dann wird der Aufwand für Meßstellenschalter sehr groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnte;= Art so weiterzuentwickeln, daß die Anzahl der für die Anschaltung der Meßwertgeber an Stromquellen und Meßgerät erforderlichen Schaltelemente kleiner sein kann als die Anzahl der Meßwertgeber.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Meßwertgeber sind in Matrixform an Leitungen angeschlossen;

b) der jeweils ausgewählte Meßwertgeber und die angeschlossenen Leitungen sowie die im Zuge der Leitungen angeordneten elektrischen Bauteile sind von eingeprägten Strömen beaufschlagt;

c) der Meßwert des Meßwertgebers wird unter Messung der hervorgerufenen Spannungsabfälle aus der Differenz der gemessenen Werte ohne die durch die Leitungen und elektrischen Bauteile erzeugten Spannungsabfälle hergeleitet.

Bei dieser Anordnung wird nur jeweils ein Schaltelement je Spalten- und Zeilenleitung eingefügt. Dies bedeutet gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen mit einer größeren Anzahl von Meßwertgebern eine erhebliche Einsparung an Schaltelementen, ohne daß die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Meßwertgeber mit ihren ersten Anschlüssen an Spaltenleitungen angeschlossen sind, die durch erste Schaltglieder an einen Ausgang in Reihe geschalteter Konstantstromquellen anschaltbar sind, daß die ersten Ausgänge ferner über Entkopplungsdioden an Zeilenleitungen angeschlossen sind, die durch zweite Schaltglieder an den anderen Ausgang der Konstantstromquellen anschaltbar sind, daß die zweiten Ausgänge der Meßwertgeber über je eine Entkopplungsdiode an Zeilenleiiungen angeschlossen sind, von denen die einen über dritte Schaltelemente an den anderen Ausgang der Konstantstromquellen und die anderen über vierte Schaltelemente an die gemeinsame Verbindungsstelle der Konstantstromquellen anschaltbar sind, an die ein weiterhin mit dem ersten Ausgang

4S verbundenes Meßgerät angeschlossen ist, und daß in einer ersten Meßphase die ersten, zweiten und dritten Schaltelemente der jeweiligen Spalten- und Zeilenleitungen geschlossen sind, wobei der gemessene Wert im Meßgerät speicherbar ist, und in einer zweiten Meßphase die ersten, dritten und vierten Schaltelemente geschlossen sind, wobei der in der ersten Phase gemessene Wert von dem in der zweiten Phase gemessenen Wert subtrahierbar ist. Diese Anordnung benötigt je Spalte eine Leitung und je Zeile drei Leitungen. Da die Spannungsabfälle auf den Zuleitungen und an den Schaltelementen durch die Art der Messung eliminiert werden, können kontaktlose Schaltelemente in die Spalten- und Zeilenleitungen eingefügt werden. Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, die vorwiegend in der größeren Schalthäufigkeit, geringeren Störanfälligkeit und kleineren Abmessungen zu sehen sind. Ein weiterer Vorfall besteht darin, daß die Schaltelemente weitgehend unabhängig von der Anzahl der an die Matrixleitungen angeschlossenen Meßwertgeber sind. Die Schaltungsanordnung eignet sich daher für die Standardisierung, wobei Abstufungen hinsichtlich der Zahl der Zeilen- und Spaltenleitungen getroffen werden können. Temperatureinflüsse auf die Zuleitungen wirken sich darüber hinaus nicht auf die Genauigkeit der Messung aus.

Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Meßwertgeber an ihren ersten und zweiten Anschlüssen je über zwei Entkopplungsdioden jeweils an eine Spalten- und Zeilenleitung angeschlossen sind, von denen die Spaltenleitungen über erste und die Zeilenleitungen über zweite Schaltelemente an zwei Sarnmelspalten- bzw. zwei Sammelzeilenleitungen anschaltbar sind, von denen jeweils eine Sammelspaiten- und eine Sammelzeilenleitung an Eingänge von Umschaltern angeschlossen sind, daß zu den Ausgängen der Umschalter ein Meßgerät sowie eine Konstantstromquelle parallel geschaltet ist, daß in einer ersten Meßphase für den jeweiligen Meßwert ein erstes und zweites Schaltelement bei Betätigung eines Umschalters mit Speicherung des Meßwerts geschlossen sind, daß in einer zweiten Meßphase die einem Meßwertgeber zugeordneten anderen ersten und zweiten Schaltelemente bei Betätigung des anderen Umschalters und Speicherung des Meßwerts geschlossen sind, daß in einer dritten und vierten Meßphase durch Einschaltung der entsprechenden ersten und zweiten Schaltelemente der Meßwertgeber in den Stromfluß einbeziehbar und die zugehörigen Meßwerte speicherbar sind, und daß die in der dritten und vierten Meßphase ermittelten Meßwerte addierbar sind und die in der ersten und zweiten Meßphase ermittelten Meßwerte von der Addition dieser Meßwerte subtrahierbar sind. Bei dieser Anordnung sind jeweils zwei Leitungen pro Spalte und Reihe der Matrix erforderlich. Die Spannungsabfälle auf den Zuleitungen, an den je Spalten- und Zeilenleitung vorhandenen Schaltelementen und den Entkopplungsdioden beeinflussen das Ergebnis der Messung nicht. Es können deshalb kontaktlose Schaltelemente verwendet werden, die durch erhöhte Schalthäufigkeit eine schnelle Abfrage der Meßwertgeber zulassen. Die Länge der Anschlußleitungen erzeugt ebenfalls keinen Fehler im Meßergebnis.

Bei einer zweckmäßigen Schaltungsanordnung ist im Meßgerät ein Anaiog/Digitai-Wandler mit tiachgeschaltetem Addier/Subtrahier-Schaltwerk vorgesehen, mit dem ein Zwischenspeicher verbunden ist, von dem unter Steuerung eines Leitwerks die gespeicherten Werte

einem weiteren Eingang des Addier/Subtrahier-Schaltwerks zuführbar sind. Bei dieser Anordnung wird jeder in einer Meßphase ermittelte Wert mit dem in der vorhergehenden Meßphase erhaltene Wert je nach der vorgeschriebenen Reihenfolge addiert bzw. subtrahiert. Anschließend wird der so errechnete Wert gespeichert und steht für die nächste Meßphase zur Verfügung. Das nach der letzten Meßphase erhaltene Rechenergebnis stellt den Meßwert des über die Zeilen- und Spaltenleitungen ausgewählten Meßgebers dar.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß mit einem Meßverstärker im Meßgerät Schaltelemente parallel verbunden sind, denen Analogspeicher nachgeschaltet sind und die nach Meßgabe der jeweiligen Meßphase betätigbar sind, und daß an die Analogspeicher entsprechend der mit dem gespeicherten Meßwert vorzunehmenden Addition oder Subtraktion die nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingänge eines Operationsverstärkers angeschlossen sind, der mit einem nach Beendigung der Meßphase einschaltbaren Analog/Digital-Wandler verbunden ist. Das Meßergebnis wird bei dieser Anordnung nach der letzten Meßphase aus den einzelnen gemessenen Werten gebildet Die Anordnung zeichnet sich durch ihren einfachen schaltungstechnischen Aufbau aus.

Vorzugsweise sind Meßwertgeber, die eingeprägte Ströme abgeben an einem Anschluß mit einer Spaltenleitung und am anderen Anschluß mit einer Zeilenleitung verbunden, wobei die Leitungen durch Umschalter an einem Widerstand anschließbar sind, dessen Anschlüsse an das Meßgerät gelegt sind.

Eine günstige Auslegungsform besteht darin, daß Konstantstromquellen mit unterschiedlichen Stromwerten an die Meßwertgeber anschaltbar sind. Mit dieser Anordnung können Meßwertgeber, denen verschiedene Meßbereiche zugeordnet sind, ohne Schwierigkeiten erfaßt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung mit einer Anzahl matrixartig angeordneter Meßwertgeber,

Fig.2 einen Meßwertgeber im Zusammenhang mit den je Meßphasen auftretenden Strom- und Spannungsverhältnissen,

Fig.3 eine andere Schaltung mit einer Anzahl matrixartig angeordneter Meßwertgeber,

F i g. 4 eine Schaltung zur Bestimmung des Meßwerts eines in einer Matrix ausgewählten Meßwertgebers aus den gemessenen Einzelwerten,

Fig.5 eine andere Schaltung zur Bildung des Meßwerts eines in einer Matrix ausgewählten Meßwertgebers aus den gemessenen Einzelwerten.

Eine matrixartig aufgebaute Schaltung enthält Spaltenleitungen 1, 2,3 und Zeilenleitungen 4, 5,6, 7, 8,10, 11, IZ Jeweils drei Zeilenleitungen 4, 5, 6 bzw. 7, 8, 9 bzw. 10,11,12 entsprechen einer Zeile der Matrix. In der Matrix sind passive Meßwertgeber 13,14,15,16,17,18, 19 und aktive Meßwertgeber 20, 21 vorhanden. Die passiven und aktiven Meßwertgeber 13 bis 21 enthalten jeweils zwei Anschlüsse 22,23. Die ersten Anschlüsse 22 der passiven Meßwertgeber 13 bis 19 sind jeweils über Entkopplungsdioden 24 an Spaltenleitungen 1, 2, 3 angeschlossen. Es ist auch möglich, die Schaltung ohne die Dioden 24 zu verwenden. Weiterhin stehen die ersten Anschlüsse 22 der passiven Meßwertgeber 13 bis 19 über Entkopplungsdioden 25 jeweils mit Zeilenleitungen 6, 9, 12 in Verbindung. Die zweiten Anschlüsse 23 der passiven Meßwertgeber 13 bis 19 sind einerseits über Entkopplungsdioden 26 jeweils an Zeilenleitungen 5,8,11 und andererseits über Entkopplungsdioden 27 an Zeilenleitungen 4, 7 und 10 angeschlossen. Die aktiven Meßwertgeber 20,21 sind mit den einen Anschlüssen 22 an die Spaltenleitungen 1 und 3 und mit den anderen Anschlüssen 23 über Entkopplungsdioden 28 an die Zeilenleitungen 9,12 gelegt.

Die Spaltenleitungen 1,2,3 sind über Schaltelemente

,o 29, 30, 31 mit einer Sammelleitung 32 verbunden, die über ein Schaltelement 49 von einem Ausgang 33 einer Konstantstromquelle 34 mit Strom versorgt wird. Die Konstantstromquelle 34, die einen Strom /₀ abgibt, ist über ihren zweiten Ausgang 36 mit einer zweiten Konstantstromquelle 37 in Reihe geschaltet, deren zweiter Ausgang 38 an eine Sammelleitung 39 gelegt ist Die Konstantstromquelle 37 liefert einen Strom /. Der Ausgang 36 speist über ein Schaltelement 40, das gemeinsam mit dem Schaltelement 49 betätigbar ist

eine Sammelleitung 41. Die Zeilenleitungen 4,7,10 sind über Schaltelemente 42,57,58 an die Sammelleitung 41 angeschlossen. Die Zeilenleitungen 5, 6, 8, 9, 11, 12 stehen über Schaltelemente 43,44,45,46,47,48 mit der Sammelleitung 39 in Verbindung. An die Sammelleitungen 41, 32 ist ein Meßgerät 50 mit Eingängen eines Verstärkers 51 gelegt Ein Widerstand 54 ist an einem Anschluß mit der Sammelleitung 41 verbunden. Die beiden Anschlüsse des Widerstands 54 sind weiterhin über Schaltelemente 52,53 an die Sammelleitung 41 und

den Anschluß 38 gelegt.

Um einen der passiven Meßwertgeber 13,14,15,16, 17, 18, 19 für die Messung auszuwählen, werden die entsprechenden Schaltelemente in den Spalten- und Zeilenleitungen durch ein nicht näher dargestelltes

Leitwerk eingeschaltet. In der in Fig.2 gezeigten Schaltung sind im einzelnen die bei der Auswahl des Meßwertgebers 13 betroffenen Leitungen und Schaltelemente dargestellt Die Auswahl des Meßwertgebers 13 für die Messung erfolgt durch Schließung der Schaltelemente 29, 44, 42 in der Spaltenleitung 1 und den Zeilenleitungen 6,4. Dadurch fließt ein Strom /über die Schaltelemente 49, 29, die Leitungen 32 und 1 und die Entkopplungsdioden 24, 25 zur Zeilenleitung 6 und von dort über das Schaltelement 44 und die Leitung 39 zum Anschluß 38 zurück. Der Strom /ist in F i g. 2 durch einen entsprechenden Pfeil dargestellt Ein weiterer Strom /0, der von der Konstantstromquelle 34 erzeugt wird, fließt über die Elemente 32, 49, 29,1, 24 zugleich mit dem Strom / und vom Anschluß 22 über den

so Meßwertgeber 13 die Entkopplungsdiode 27, die Zeilenleitung 4, das Schaltelement 42, die Sammelleitung 41 und das Schaltelement 40 zurück zum Anschluß 36, der beiden Konstantstromquellen 34,37 gemeinsam ist. Der Strom /₀ ist in F i g. 2 ebenfalls durch einen Pfeil bezeichnet.

Bei der in F i g. 2 durch ausgezogene Linien dargestellten Lage der Schaltelemente 29,44,43 und 42 steht am Verstärker 51, der aufgrund einer großen Eingangsimpedanz nur sehr kleine Ströme am Eingang

ί,ο aufnimmt, die zwischen den Anschlußstellen der Leitungen 1 und 42 an die Sammelleitungen 32 und 41 abfallende Spannung an. Diese Spannung U\ enthält neben dem Spannungsabfall U am Meßwertgeber 13 die an den Leitungen, den Schaltelementen und den

1,s Entkopplungsdioden auftretenden Spannungsabfälle Die in einer ersten Meßphase gemessene Spannung U\ wird bei der Messung im Meßgerät 50 gleichzeitig gespeichert.

In einer anschließenden zweiten Meßphase werden die Schaltelemente 43,44 in die in F i g. 2 strichpunktiert gezeichneten Stellungen umgeschaltet, während die Schaltelemente 29, 42 ihre Stellung beibehalten. Der Strom / fließt dann nicht mehr über die Entkopplungs- s diode 25 und die dieser nachgeschalteten Elemente, sondern über den Meßwertgeber 13, die Entkopplungsdiode 26, die Leitung 5, das Schaltelement 43 und die Sammelleitung 39 zum Anschluß 38 zurück. Am Verstärker 51 steht somit eine Spannung an, in der ein vom Strom / am Meßwertgeber 13 erzeugter Spannungsabfall enthalten ist Von der durch das Meßgerät 50 in der zweiten Meßphase ermittelten Spannung lh wird die in der ersten Meßphase gemessene und gespeicherte Spannung subtrahiert. Die Differenz der beiden Spannungen t/₂ - U\ ergibt die am Meßwertgeber 13 durch den Strom / erzeugte Spannung U. Spannungsabfälle an den Leitungen, den Schaltelementen und den Entkopplungsdioden werden durch die vorstehend erläuterte Differenzbildung eliminiert. Da der konstante Strom / bekannt ist, läßt sich aus dem Spannungsabfall i/und dem Strom /die Impedanz des Meßwertgebers 13 ermitteln. Sofern es sich bei dem Meßwertgeber 13 um ein Widerstandsthermometer handelt, liefern die erwähnten Maßnahmen den Widerstand, aus dem die Temperatur am Widerstandsthermometer bestimmt werden kann.

Der konstante Strom /0 hat die Aufgabe, definierte Spannungsabfälle an der Diode 27 und am Schaltelement 42 zu erzeugen. Die durch den Strom /0 hervorgerufenen Spannungsabfälle werden durch Bildung der Spannungsdifferenz eliminiert.

Nach der Messung und Berechnung der Impedanz des Meßwertgebers 13 kann anschließend der Meßwertgeber 18 angewählt werden. Hierzu sind die Schaltelemente 42,43,44 zu öffnen und die Schaltelemente 58,47,48 in zwei Meßphasen in der oben in Verbindung mit den Schaltelementen 42, 43, 44 erläuterten Weise zu betätigen. Das Schaltelement 29 bleibt bei der Messung der der Spalte !.zugeordneten Meßwertgeber geschlossen. Für die Anzahl von Meßwertgebern in verschiedenen Spalten und Zeilen sind die zugeordneten Schaltelemente in den jeweiligen Spalten und Zeilen nach der obenerwähnten Methode zu betätigen.

Soll ein aktiver Meßwertgeber gemessen werden, dann ist hierzu nur jeweils eine Spalten- und Zeilenleitung für die Anwahl einzuschalten. Weiterhin werden die Schaltelemente 49, 40 geöffnet und die Schaltelemente 52, 53 geschlossen. Bei Anwahl des Meßwertgebers 20 werden z. B. die Schaltelemente 29 und 46 geschlossen. Der Meßwertgeber 20, beispielsweise ein Thermoelement, treibt einen eingeprägten Strom über die Diode 28, die Leitung 9, das Schaltelement 46, die Sammelleitung 39, das Schaltelement 52, den Widerstand 54,das Schaltelement 53, die Sammelleitung ss 32, die Spaltenleitung 1 und das Schaltelement 29. Dabei wird der Spannungsabfall am Widerstand 54 von der Meßeinrichtung 50 gemessen. Für die Messung ist nur eine Meßphase erforderlich. Die Höhe des eingeprägten Stroms, die den zu ermittelnden Wert darstellt, läßt sich f.u anhand des bekannten Werts des Widerstands 54 berechnen.

Für die Messung eines eingeprägten Stroms ist auch die Verwendung einer Anordnung möglich, in der anstelle der Schaltelemente 49, 40 durchgehende <-s Leitungsverbindungen vorhanden sind und im Konstantstromgeber 34 zwischen die Anschlüsse 33 und 36 ein Meßwiderstand einschaltbar ist, an dem der von

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40

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50 einem aktiven Meßwertgeber gelieferte eingeprägte Strom einen Spannungsabfall erzeugt Dabei wird der Strom /o im Konstantstromgeber 34 abgeschaltet.

Der zu messende Strom durchfließt den aktiven Meßwertgeber, die zugeordneten Schaltelemente der Zeile und Spalte und den Meßwiderstand im Ausgang des Konstantstromgebers 34. Die aus den Schaltelemente 52 und 53 und dem Widerstand 54 bestehende Anordnung kann dabei entfallen. Unter der Voraussetzung, daß der Konstantstromgeber 37 gleichfalls überbrückt wird, fließt nur der eingeprägte Strom des Meßwertgebers. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand im Konstantstromgenerator 34 wird dann im Meßgerät 50 erfaßt

Eine andere, in F i g. 4 dargestellte, matrixartig aufgebaute Schaltungsanordnung enthält je Spalte und Zeile zwei Leitungen. Es sind vier Spaltenleitungen 60, 61,62,63 und sechs Zeilenleitungen 64,65,66,67,68,69 vorhanden. Die Spaltenleitungen 60 bis 69 sind über Schaltelemente 70, 71, 72, 73 an Spaltensammelleitungen 74, 75 angeschlossen. Die Zeilenleitungen 64 bis 69 stehen über Schaltelemente 76, 77, 78, 79, 80, 81 mit Zeilensammelleitungen 82, 83 in Verbindung. Mit den Zeilen- und Spaltenleitungen der Matrix sind passive Meßwertgeber 84, 85, 86, 87, 88 und ein aktiver Meßwertgeber 89 verbunden. Die passiven und aktiven Meßwertgeber 84 bis 89 enthalten jeweils zwei Anschlüsse 90,91. Die ersten Anschlüsse 90 der passiven Meßwertgeber sind über je zwei Entkopplungsdioden 92,93 an eine Spalten- und eine Zeilenleitung 60 64; 60, 66; 62, 64; 62, 66; 62, 68; angeschlossen. Die zweiten Anschlüsse 91 der passiven Meßwertgeber 84 bis 88 sind jeweils über zwei Entkopplungsdioden 94, 95 auf Spalten- und Zeilenanleitungen 61,65; 61,67; 63,65,63; 69 geführt. Der aktive Meßwertgeber 89 ist mit seinen Anschlüssen 90,91 mit jeweils einer Spalten- und einer Zeilenleitung 61, 69 verbunden. Parallel zum aktiven Meßwertgeber 85 ist eine Zener-Diode 96 geschaltet.

Je eine Spalten- und eine Zeilensammelleitung 75,82 bzw. 74, 83 ist an einem Umschaltkontakt 97 bzw. 98 angeschlossen. Die Spaltensammelleitungen 74, 75 stehen dabei mit den Ruhekontakten der Umschalter 97 98 in Verbindung. Von den Umschaltern 97, 98 führer zwei Leitungen 99, 100 über Schaltelemente 102 zi einer Konstantstromquelle 101. An die Umschalter 97 98 ist zusätzlich ein Meßgerät 103 und über Schaltete mente 104 ein Meßwiderstand 105 angeschlossen.

Um einen der passiven Meßwertgeber 84, 85, 86, 87 88, für die Messung auszuwählen, werden die entspre chenden Schaltelemente in den Zeilen- und Spaltenlei tungen durch ein nicht näher dargestelltes Leitwerl eingeschaltet. Es sei angenommen, daß von diesen Leitwerk der Meßwertgeber 86 für die Messun; ausgewählt werden soll. Für die Messung sind vie Meßphasen erforderlich. In der ersten Meßphas werden die Schaltelemente 73 und 77 in den Spalten und Zeilenleitungcn geschlossen. Gleichzeitig wird de Umschalter 93 betätigt. Dadurch fließt ein von de Konstantstromquelle 101 ausgehender Strom über di Schaltelemente 102, die Leitungen 99, 100, di Umschalter 97, 98, die Spaltensammelleitung 75, di Schaltelemente 77, 73, die Entkopplungsdioden 94, 9i die Spaltenleitung 63, die Zeilenleitung 65 und di Zeilensammelleitung 83. Im Meßgerät 103 wird de längs des vorstehend beschriebenen Weges auftretend Spannungsabfall gemessen und der Meßwert L anschließend gespeichert.

In der zweiten Meßphasc werden die Schaltelement

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72 und 76 in den Spalten- und Zeilenleitungen geschlossen. Der Umschalter 97 wird betätigt, während der Umschalter 98 seine in der ersten Meßphase eingenommene Lage beibehält Die Stellung der Schaltelemente 102 bleibt unverändert Der von der Konstantstromquelle 10t erzeugte Strom fließt über die Schaltelemente 102, die Leitungen 99, 100, die Umschalter 97, 98, Spaltensammelleitung 74, die Schaltelemente 72, 76, die Spalten- und Zeilenleitungen 62, 64, die Entkopplungsdioden 92, 93 und die Zeilensammelleitung 82 Die längs dieses Weges abfallende Spannung wird im Meßgerät 103 erfaßt und als Meßwert Ub gespeichert

In der dritten Meßphase werden die Schaltelemente

73 und 76 geschlossen und der Umschalter 97 in Ruhestellung gebracht, während der Umschalter 98 Arbeitsstellung einnimmt. Der von der Stromquelle 101 ausgehende, eingeprägte Strom gelangt wie bereits oben erläutert, zu den Umschaltern 97,98 und von dort über die Spaltensammelleitung 75, das Schaltelement 73, die Spaltenleitung 63, die Entkopplungsdiode 94, den Meßwertgeber 86, die Entkopplungsdiode 92, die Zeilenleitung 65 und das Schaltelement 77 zur Zeilensammelleitung 83. Das Meßgerät 103 ermittelt den Spannungsabfall, der längs dieses Weges entsteht Der Meßwert ίΛ-wird anschließend gespeichert.

In der vierten Meßphase werden die Schaltelemente 72 und 77 geschlossen, während der Umschalter 97 die Ruhestellung und der Umschalter 98 die Arbeitslage einnimmt. Bis zu den Umschaltern 97, 98 ändert sich dabei der Weg des eingeprägten Stroms nicht Der eingeprägte Strom fließt nun über die Spaltensammelleitung 74, das Schaltelement 72, die Spaltenleitung 62, die Entkopplungsdiode 93, den Meßwertgeber 86, die Entkopplungsdiode 95, die Zeilenleitung 65, das Schaltelement 77 zur Zeilensammelleitung 83. Das Meßgerät 101 stellt einen Spannungsabfall fest, der als Spannung Ud gespeichert wird. Der Spannungsabfall am Meßwertgeber 86 wird anschließend anhand folgender Beziehung ermittelt:

V,

- U_ü -

Die gespeicherten Meßwerte müssen demnach in der vorstehend er'äuterten Reihenfolge addiert bzw. subtrahiert und anschließend durch den Wert Zwei dividiert werden. Handelt es sich bei dem Meßwertgeber 86 um ein Widerstandsthermometer, dann kann aufgrund der bekannten Höhe des eingeprägten Stroms der entsprechende Widerstandswert ermittelt werden.

Bei der Auswahl von einem der übrigen Meßwertgeber 84,85,87,88 werden die zugeordneten Spalten- und Zeilenschalteiemente sowie die Umschalter 97,98 in der vorstehend erläuterten Weise in den vier Meßphasen geschaltet

Soll der aktive Meßwertgeber 89 ausgewählt werden, dann werden die Zeilen- und Spaltenschaltelemente 81 und 71 geschlossen und das Schaltelement 102 geöffnet, während das Schaltelement 104 geschlossen wird.

Der Umschalter 97 bleibt in Ruhelage und der Umschalter 98 wird in Arbeitslage umgestellt. Der vom Meßwertgeber 89 erzeugte eingeprägte Strom fließt dann über die Zeilenleitung 69, das Schaltelement 81, die Zeilensammelleitung 83, den Umschalter 98, die Leitung 100. die Schaltelemente 104, den Meßwiderstand 105, die Leitung 99, den Umschalter 97, die Spaltensammel·

leitung 75, das Schaltelement 71 und die Spaltenleitung 61. Vom Meßgerät wird die am Meßwiderstand {05 abfallende Spannung ermittelt. Hierzu ist nur eine Meßphase erforderlich. Aus der bekannten Größe des Meßwiderstands kann anschließend die Höhe des vom Meßwertgeber ausgehenden Stroms berechnet werden. Die Zener-Diode 96 dient bei abgeschaltetem Meßwertgeber 89 als Nebenschluß für den eingeprägten Strom. Dadurch werden unzulässig hohe Spannungen auf den mit dem Meßwertgeber 89 verbundenen elektrisch leitenden Teilen vermieden.

Unterschiedliche Meßbereiche der passiven Meßwertgeber können bei den in den F i g. 1 und 3 gezeigten Schaltungsanordnungen durch entsprechend unterschiedlich große Werte der konstanten Ströme erzielt werden. Bei den aktiven Meßwertgebern sind dagegen unterschiedlich große Meßwiderstände zu verwenden.

Die in Fig.4 gezeigte Anordnung eignet sich als Meßgerät 50 oder 101. Die auf den Leitungen, den Schaltelementen, den Dioden und den Meßwertgebern abfallenden Spannungen gelangen auf den Eingang des Verstärkers 51, von dem sie einem Analog/Digital-Wandler 106 zugeführt werden. Der Analog/Digital-Wandler 106 ist mit einem Addier/Subtrahier-Schaltwerk 107 verbunden, das zusammen mit dem Analog/ Digital-Wandler 106 von einem Leitwerk 108 gesteuert wird. Der Ausgang des Schaltwerks 107 ist an einen Zwischenspeicher 109 angeschlossen, dessen Ausgang auf einen Operandeneingang des Addier/Subtrahier-Schaltwerks 107 zurückgeführt ist.

Das Leitwerk 108 ist jeweils an die unterschiedliche Anordnung der Meßwertgeber in einer Matrix angepaßt. Bei einer Schaltung gemäß F i g. 1 werden mittels des Leitwerks 108 zwei Meßphasen berücksichtigt Der in der ersten Meßphase ermittelte Spannungs wert wird ohne Änderung über den Analog/Digital-Wandler 106 und das Schaltwerk 107 in den Zwischenspeicher 109 übergeführt. In der zweiten Meßphase schaltet das Leitwerk das Schaltwerk 107 auf Subtraktion um. Der in der zweiten Meßphase dem Schaltwerk 107 über den Analog/Digital-Wandler 106 zugeführte Wert wird somit von dem im Speicher 109 enthaltenen Wert subtrahiert und das Ergebnis in den Speicher 108 eingegeben, an dessen Ausgang 110 somit die Spannung {./« U₁ - U\ zur Verfügung steht

Wird die in F i g. 4 gezeigte Schaltung bei der Matrix gemäß Fig.3 verwendet, dann muß das Leitwerk 108 für die Berücksichtigung von vier Meßphasen ausgelegt sein.

Die in der ersten Mcßphasc dem Analog/Digital-Wandler 106 zugeführte Spannung wird ohne Veränderung über das Schaltwerk 107 m den Speicher eingegeben. Die in der /weiten Meßphase gemessene Spannung wird mit der in der ersten Meßphasc ermittelten Spannimg im Schaltwerk 107 addiert und anschließend dem Speicher 109 zugeführt. Von der in der dritten Meßphase gemessenen Spannung! wird der gespeicherte Wert über das Schaltwerk 107 subtrahiert. Anschließend gelangt das Ergebnis wieder in den Speicher 109. Dieses Ergebnis wird mit dem Meßwert der vierten Mcßphasc addiert. Der Wert am Ausgang wird sodann in den Speicher 109 eingegeben, an dessen Ausgang 110 der doppelte Wert der Meßspannung zur Verfügung steht.

Bei dem in Fi g. 5 gezeigten Meßgerät werden die in den einzelnen Mcßphnscn ermittelten Werte über einen Verstarker 51 verschiedenen Schaltern 111. 112, 113.

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114 vorgegeben, die in den Meßphasen geschlossen werden. Die Anordnung gemäß F i g. 5 kann in vier Meßphasen betrieben werden. Den Schaltern 111 bis 114 sind Analogspeicher 115,116,117,118, Kondensatoren und Impedanzwandler 119, 120, 121, 122 nachgeschaltet, über deren nicht näher bezeichnete Steuereingänge der Ladungszustand der Analogspeicher 115 bis 118 kontrolliert wird. Die Impedanzwandler 119 bis 122 sind über nachgeschaltete Widerstände 123, 124, 125, 126 paarweise an den invertierenden oder nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 128 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Analog/Digital-Wandler 129 verbunden ist, der über eine Steuerlei-

tung 130 nach Beendigung der Meßphasen einschaUbar ist.

Die während d?r einzelnen Meßphasen ermittelten Werte werden in einer durch das bei der Berechnung zu berücksichtigende Vorzeichen festgelegten Reihenfolge entweder den Speichern 115, 116 oder den Speicherr 117, 118 zugeführt. Im Operationsverstärker 12f werden die gespeicherten Meßwerte je nach den Eingang addiert oder subtrahiert. Nach Beendigung dei Meßphasen gibt der Operationsverstärker 128 dei analogen Wert des Meßwertgebers dem Analog/Digi tal-Wandler 129 vor, der eingeschaltet wird und dei gewünschten Meßwert an seinen Ausgängen abgibt.

Hierzu 3 liliiit Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßwertschaltungsanordnung für eine Reihe von Meßwertgebern, die zu bestimmter ^-itpunkten bedarfsweise gemessen werden, g e k .1 ζ e i c h net durch die Kombination folgende Merkmale:

a) die Meßwertgeber (13,14,15,16, 17,18,19, 20, 21, 84, 85, 86, 87, 88, 89) sind in Matrixform an Leitungen (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12; 60,61, 62,63,64,65,66,67,68,69) angeschlossen;

b) der jeweils ausgewählte Meßwertgeber und die angeschlossenen Leitungen sowie die im Zuge der Leitungen angeordneten elektrischen Bauteile (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 40, 42, 43, 44,45,46,47,48,57, 5&; 70, 71,72, 73, 76, 77,78, 79, 80, 81, 98, 97, 102) sind von eingeprägten Strömen beaufschlagt;

2. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber (13 bis 19) mit ihren ersten Anschlüssen (22) an Spaltenleitungen (1, 2, 3) angeschlossen sind, die durch erste Schaltglieder (29, 30, 31) an einen Ausgang (33) in Reihe geschalteter Konstantstromquellen (34, 37) anschaltbar sind, daß die ersten Ausgänge ferner über Entkopplungsdioden (25) an Zeilenleitungen (6, 9, 12) angeschlossen sind, die durch zweite Schaltglieder (44, 46, 48) an den anderen Ausgang (38) der Konstantstromquellen (34, 37; anschaltbar sind, daß die zweiten Ausgänge (23) der Meßwertgeber (13 bis 19) über je eine Entkopplungsdiode (26,27) an Zeilenleitungen (4,6, 7,9,10, 12) angeschlossen sind, von denen die einen (6, 9, 12) über dritte Schaltelemente (44, 46, 48) an den anderen Ausgang (38) der Konstantstromquellen (34, 37) und die anderen (4, 7, 10) über vierte Schaltelemente (42, 57, 58) an die gemeinsame Verbindungsstelle der Konstantstromquellen (34,37) anschaltbar sind, an die ein weiterhin mit dem ersten Ausgang (33) verbundenes Meßgerät (50) angeschlossen ist, und daß in einer ersten Meßphase die ersten, zweiten und dritten Schaltelemente der jeweiligen Spalten- und Zeilenleitungen geschlossen sind, daß der gemessene Wert im Meßgerät (50) speicherbar ist, und in einer zweiten Meßphase die ersten, dritten und vierten Schaltelemente geschlossen sind, wobei der in der ersten Phase gemessene Wert von dem in der zweiten Phase gemessene Wert subtrahierlist.

3. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber (84 bis 88) an ihren ersten und zweiten Anschlüssen (90, 91) je über zwei Entkopplungsdioden (92, 93,94, 95) jeweils an eine Spalten- und Zeilenleitung (60,64; 61, 1 65; 62,64; 63, 65; 60,66; 61,67; 62, 66; 63,67; 62,68; 63,69) angeschlossen sind, von denen die Spaltenleitungen (60 bis 63) über erste (70, 71, 72, 73) und die Zeilenleitungen über zweite Schaltelemente (76, 77, 78, 79, 80, Si) an zwei Samineispaiien- bzw. zwei ( Sammelzeilenleitungen (74, 75; 82, 83) anschaltbar sind, von denen jeweils eine Sammelspalten- und eine Sammelzeilenleitung an Eingänge von Umschaltern (97, 98) angeschlossen sind, daß zu den Ausgängen der Umschalter (97, 98) ein Meßgerät (103) sowie eine Konstantstromquelle (101) parallel geschaltet ist, daß in einer ersten Meßphase für den jeweiligen Meßwert ein erstes und zweites Schaltelement bei Betätigung eines Umschalters (98) mit Speicherung des Meßwerts geschlossen sind, daß in einer zweiten Meßphase die einem Meßwertgeber zugeordneten anderen ersten und zweiten Schaltelemente bei Betätigung des anderen Umschalters (97) und Speicherung des Meßwerts geschlossen sind, daß in einer dritten und vierten Meßphase durch Einschaltung der entsprechenden ersten und zweiten Schaltelemente der Meßwertgeber in den Stromfluß einbeziehbar und die zugehörigen Meßwerte speicherbar sind, und daß die in der dritten und vierten Meßphase ermittelten Meßwerte addierbar und die in der ersten und zweiten Meßphase ermittelten Meßwerte von der Addition dieser Meßwerte subtrahierbar sind.

4. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (50, 103) einen Analog/Digital-Wandler (106) mit nachgeschalteiem Addier/Subtrahier-Schaltwerk (107) enthält, mit dem ein Zwischenspeicher (109) verbunden ist, von dem unter Steuerung eines Leitwerks (108) die gespeicherten Werte einem weiteren Eingang des Addier/Subtrahier-Schaltwerks (107) zuführbar sind.

5. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Meßverstärker (51) im Meßgerät (50,103) Schallelemente (11 bis 114) parallel verbunden sind, denen Analogspeicher (115 bis 118) nachgeschaltet sind und die nach Maßgabe der jeweiligen Meßphase betätigbar sind, und daß an die Analogspeicher (115 bis 118) entsprechend der mit dem gespeicherten Meßwert vorzunehmenden Addition oder Subtraktion die nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingänge eines Operationsverstärkers (128) angeschlossen sind, der mit einem nach Beendigung der Meßphasen einschaltbaren Analog/Digital-Wandler (129) verbunden ist.

6. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwertgeber (20, 21, 89) die eingeprägte Ströme abgeben, an einem Anschluß (22, 91) mit einer Spaltenleitung (1, 3, 61) und am anderen Anschluß (23, 90) mit einer Zeilenleitung (9, 12, 69) verbunden sind, daß die Leitungen durch Umschalter (52, 53, 97, 98) an einen Widerstand (54, 105) anschließbar sind, dessen Anschlüsse an das Meßgerät (50,103) gelegt sind.

7. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Meßwertgebern (89) Zener-Dioden (96) geschaltet sind.

8. Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Konstantstromquellen mit unterschiedlichen Stromwerten an die Meßwertgeber anschaltbar sind.