DE2415358A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen und digitalen anzeigen der prozentualen abweichung einer messgroesse von einer bezugsgroesse - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen und digitalen Anzeigen der prozentualen Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugsgröße Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen und digitalen Anzeigen der prozentualen Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugsgröße.
• In der Praxis stellt sich häufig das Problem, daß die Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugs- oder Sollgröße ermittelt werden soll. Ein Anwendungsbeispiel ist die Überwachung von elektrischen Komponenten oder Baugruppen in der Serienfertigung, wo ermittelt wird, ob alle oder stichprobenweise entnommene Komponenten oder Baugruppen innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegen Bekannte Vorrichtungen zum digitalen Ermitteln der relativen Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugsgröße (z. B. DT-AS 1 276 349) sind aufwendig und mit erheblichen Fehlerquellen behaftet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die bei vergleichsweise geringem Aufwand für eine hohe Meßgenauigkeit und Störsicherheit sorgen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßgröße ausgehend von einem Integrationsnullwert über eine erste Zeitspanne integriert wird, innerhalb deren mit vorbestimmter Zählgeschwindigkeit von einem Zählnullwert auf einen einem negativen Anzeigewert entsprechenden ersten Zählendwert gezählt wird, daß bei Erreichen des ersten Zählendwertes die Zähl- und die Integrationsrichtung umgekehrt werden und während einer zweiten Zeitspanne unter Zählen vom ersten Zählendwert in Richtung auf einen einem positiven Anzeigewert entsprechenden zweiten Zählendwert die Bezugsgröße integriert wird, bis der Integrationsnullwert wieder erreicht ist, sowie daß der beim Wiedererreichen des Integrationsnullwertes erhaltene Zählwert angezeigt wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bildet eine Abwandlung und Weiterentwicklung des an sich bekannten sog. Doppelintegrationsverfahrens (Zeitschrift "Elektronik", 1974, Seiten 59 bis 63).
• Das bekannte Doppelintegrationsverfahren arbeitet mit stets gleichbleibender Zählrichtung und erlaubt es nur, eine Meßgröße als Vielfaches einer Bezugsgröße darzustellen, wobei die Bezugsgröße konstant gewählt ist, so daß eine Absolutwertanzeige der Meßgröße erfolgt. Eine Relativmessung in Form der Bestimmung der Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugsgröße ist mit Hilfe des bekannten Doppelintegrationsverfahrens nicht möglich.
• Der Aufwand für die Zähl- und die Anzeigeeinrichtung läßt sich weiter vermindern, wenn innerhalb der zweiten Zeitspanne nach Erreichen des Zählnullwertes die Zählrichtung erneut umgekehrt wird und eine Vorzeichenanzeige in Abhängigkeit davon erfolgt, ob der Integrationsnullwert vor oder nach Erreichen des Zählnullwertes ermittelt wird.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator, der über eine Gatteranordnung mit einer Zähleinrichtung verbunden ist, und einen Integrator mit nachgeschaltetem Nullkomparator, der, nachdem die Meßgröße über eine Eingangsstufe an den Integrator angeschlossen ist und der Ausgang des Integrators den Integrationsnullwert erreicht hat, die Gatteranordnung entsperrt und die Zähleinrichtung vom Zählwert "Null" aus in der einen Zählrichtung anlaufen läßt, wobei die Eingangsstufe und die Gatteranordnung bei Erreichen des ersten Zählendwertes derart umschaltbar sind, daß der Integratorein-gang mit der Bezugsgröße beaufschlagt und die Zählrichtung umgekehrt wird, und wobei der Nullkomparator den Zähler anhält, sobald der Integratorausgang wieder den Integrationsnullwert erreicht hat.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung und Figur 2 ein detailliertes Schaltbild der Vorrichtung nach Figur 1.
• Die Schaltungsanordnung nach Figur 1 weist einen Integrator 10 auf, an dessen Eingang über eine Eingangsstufe 11 nacheinander eine Meßspannung U und eine Bezugsspannung U anlegbar sind.
• x r Der Integratorausgang ist an einen Nullkomparator 12 angeschlossen, der seinerseits mit einem Gatter 13 verbunden ist. Das Gatter 13 liegt zwischen einem Impulsgenerator 15 und einem Zähler 16 mit Anzeige. Der Zähler 16 ist mit einer Überwachungsschaltung 17 verbunden, die ihrerseits an eine Steuerlogik 18 angeschlossen ist. Ein Startimpulsgeber 19 steht mit dem Gatter 13 und der Steuerlogik 18 in Verbindung.
• Auf einen Startimpuls des Gebers 19 hin schaltet die Eingangsstufe 11 die Meßspannung Ux auf den Eingang des Integrators 10.
• Sobald daraufhin der Ausgang des Integrators 10 einen Integrationsnullwert überschreitet, spricht der Nullkomparator 12 an und entsperrt das Gatter 13. Vom Impulsgenerator 15, der eine Folge von Zählimpulsen mit vorgegebener Impulsfolgefrequenz liefert, gelangen Impulse zum Zähler 16, der mit vorbestimmter Zählgeschwindigkeit von einem Zählnullwert auf einen einem negativen Anzeigewert, beispielsweise dem Anzeigewert -99,9 %, entsprechenden ersten Zählendwert gezählt wird. Bei Überschreiten des ersten Zählendwertes spricht die Überwachungsschaltung 17 an. Über die Steuerlogik 18 wird die Eingangsstufe 11 mit einem Steuersignal beaufschlagt, das bewirkt, daß anstelle der Meßspannung U eine Bezugsspannung U r auf den Eingang des Inx tegrators 10 gegeben wird. Die Integratorausgangsspannung geht jetzt mit konstanter Steigung gegen Null zurück. Gleichzeitig mit dem Umschalten der Eingangsstufe 11 wird über die Steuerlogik 18 und das Gatter 13 die Zählrichtung des Zählers 16 umgekehrt. Der Zähler 16 läuft jetzt vom ersten Zählendwert in Richtung auf einen einem positiven Anzeigewert, z. B. +99,9 %, entsprechenden zweiten Zählendwert. Beim Nulldurchgang der Integratorausgangsspannung spricht der Nullkomparator 12 erneut an und sperrt das Gatter 13. Der Zähler 16 bleibt auf dem beim Nulldurchgang der Integratorausgangsspannung erreichten Zählwert stehen.
• Der Zähler 16 kann eine vom ersten bis zum zweiten Zählendwert reichende Anzahl von Zählerstellungen aufweisen. Man kommt mit einem geringeren Aufwand für den Zähler 16 aus, wenn die Schaltungsanordnung so ausgelegt ist, daß die Überwachungsschaltung 17 während des Anlegens der Bezugsspannung auf einen Nulldurchgang des Zählers 16 anspricht und im Augenblick dieses Nulldurchganges über die Steuerlogik 18 und das Gatter 13 die Zählrichtung erneut umschaltet. In einem solchen Falle braucht nur ein Zähler vorgesehen zu sein, dessen Anzahl von Zählerstellungen den Zählschritten zwischen dem Zählnullwert und dem einen Zählendwert entspricht. Um eine eindeutige Anzeige zu erhalten, ist bei einer solchen Auslegung die Anzeige zusätzlich zur Ziffernanzeige mit einer umschaltbaren Vorzeichenanzeige versehen, die zwischen dem ersten Zählendwert und dem Zählnullwert das Vorzeichen "-" sowie zischen dem Zählnullwert und dem zweiten Zählendwert das Vorzeichen "+" anzeigt. Da die Anzeige bereits bei Verwendung des einen Vorzeichens, z.B. des Vorzeichens "-", eindeutig ist, kann auf die Anzeige des anderen Vorzeichens auch verzichtet werden.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Figur 2 ist als Integrator ein Operationsverstärker 25 mit Integrationskondensator 26 und Integrationswiderständen 27, 28 vorgesehen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 25 ist mit dem einen Eingang eines als Nullkomparator 29 dienenden Operationsverstärkers verbunden Der Impulsgenerator ist aus zwei Invertern 30, 31 mit Rückkopplungskondensator 32 aufgebaut. Über im folgenden noch näher erläuterte Gatter ist der Ausgang des Impulsgenerators 30, 31, 32 an den Vorwärts- und den Rückwärtszähleingang eines aus Zählstufen 33, 34 und 35 aufgebauten Zählers anschließbar. Der Zähler 33, 34, 35 ist über einen BCD-Dezimal-Decodierer 36 an eine Anzeigeeinheit 37 angeschlossen.
• Die Eingangsstufe umfaßt als Schalter wirkende Feldeffekttransistoren 38 und 39. Über den Transistor 38 ist die Meßspannung U an den Eingang des Operationsverstärkers 25 anlegbar, wähx rend die Bezugsspannung U über einen Operationsverstärker r 40 und den Transistor 39 auf den Integrator aufschaltbar ist.
• Als Startimpulsgeber dient ein Pausenmonovibrator 41. Die Steuerlogik umfaßt einen Meßbereichkomparator 42, Flip-Flops 43, 44, 45, einen Monovibrator 46 sowie eine Anzahl von Gattern und Invertern, die im einzelnen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung der Funktionsweise der Anordnung erläutert sind.
• Zum Bestimmen und Anzeigen der prozentualen Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugsgröße wird ein Schalter 50 in die in Figur 2 veranschaulichte Schaltstellung 1 gebracht. Meß-und Bezugsgröße werden an Klemmen 51 bzw. 52 angelegt. Haben Meß- und Bezugsgröße nicht die Form von elektrischen Spannungen, sind den Klemmen 51, 52 geeignete Wandler vorgeschaltet.
• Nach Einschalten der Versorgungsspannung +UB lädt sich ein Kondensator 53 über einen Widerstand 54 auf die Spannung +UB auf.
• Dadurch liegt im ersten Moment der Ausgang eines Inverters 55 auf 0. Über ein UND-NICHT-Gatter 56 geht ein Rückstellsignal an die Löscheingänge cl der Zählstufen 33, 34, 35. Der Zähler wird auf Null gesetzt. Ebenso werden vom Inverter 55 aus der Pausenmonovibrator 41 sowie über das UND-NICHT-Gatter 56 und einen Inverter 57 die Flip-Flops 43 und 44 auf 0 gesetzt. Über den Ausgang Q des Pausenmonovibrators 41 und einen Inverter 58 wird ein Feldeffekttransistor 59 gesperrt, der parallel zum Integrationskondensator 26 liegt. Der Monovibrator 46 wird über den Eingang A gestartet. Über einen Inverter 60 wird eine Leuchtdiode 61 an Spannung gelegt. Die Diode 61 zeigt an, daß mit der Messung begonnen wird.
• Von den Ausgängen Q der Flip-Flops 43 und 44 erhält ein ODER-NICHT-Gatter 62 an beiden Eingängen 0. Daher liegt der Ausgang eines dem Gatter 62 nachgeschalteten, als Treiber dienenden Inverters 63 auf 0. Über eine Leitung 64 wird der Transistor 38 leitend gemacht, während der Transistor 39 über ein ODER-NICHT-Gatter 65, einen Treiber-Inverter 66 und eine Leitung 67 gesperrt wird. Die Meßspannung U wird daher auf den Eingang des Integrators 25, 26, 27 geschaltet. Der Integrationskondensator 26 wird aufgeladen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 25 läuft nach Minus und steuert den Nullkomparator 29 an. Bei Erreichen des Integrationsnullwertes springt der Ausgang des Nullkomparators nach L und gibt ein UND-NICHT-Gatter 68 frei. Da vom Ausgang Q des Pausenmonovibrators 41 ebenfalls L am Eingang des UND-NICHT-Gatters 68 anliegt, springt der Ausgang dieses Gatters nach 0 und gibt ein ODER-NICHT-Gatter 69 frei, das jetzt die Zählimpulse vom Impulsgenerator 30, 31, 32 an UND-NICHT-Gatter 70 und 71 weiterleitet.
• In der gezeigten Schaltstellung 1 des Schalters 50 liegt der untere Eingang des UND-NICHT-Gatters 71 auf L. Da der Ausgang Q des Flip-Flops 43 auf 0 liegt, befindet sich der Ausgang eines UND-NICHT-Gatters 72 auf L, während der Ausgang eines ODER-NICHT-Gatters 73 auf 0 liegt. Daher sperrt das Gatter 71, während das mit dem Vorwärtszähleingang des Zählers 33, 34, 35 verbundene Gatter70 freigegeben wird. Die vom Impulsgenerator 30, 31, 32 angelieferten Zählimpulse gelangen auf den Vorwärtszähleingang des Zählers. Der Zähler wird während einer ersten vorgegebenen Zeitspanne tl hochgezählt.
• Bei der veranschaulichten Ausführungsform erscheint nach 1000 in den Zähler eingelaufenen Impulsen am unteren Eingang eines UND-NICHT-Gatters 74 ein Übertragsimpuls, der über ein UND-NICHT-Gatter 75 das Flip-Flop 43 umschaltet. Der Ausgang Q des Flip-Flops 43 springt auf L. Damit wird der Ausgang des Gatters 72 zu 0, während der Ausgang des Gatters 73 auf L springt.
• Das Gatter 70 wird gesperrt, das Gatter 71 freigegeben. Infolgedessen gelangen die nächsten Zählimpulse vom Impulsgenerator 30, 31, 32 während einer zweiten, von der Abweichung der Meßgröße von der Bezugsgröße abhängigen Zeitspanne t2 über die Gatter 69 und 71 zum Rückwärtszähleingang des Zählers 33, 34, 35.
• Da der momentane Zählerstand 000 ist, erzeugt der erste Rückwärtszählimpuls einen Borgeimpuls am oberen Eingang der UND-NICHT-Schaltung 74, der das Flip-Flop 43 zurückzuschalten sucht. Um eine solche Rückschaltung zu verhindern, sperrt der von UND-NICHT-Gattern 76, 77 gebildete Monovibrator, der durch den Übertragsimpuls getriggert wurde, für eine vorbestimmte Zeitspanne, beispielsweise ungefähr 50 µs, den unteren Eingang des Gatters 75. Der Zähler 33, 34, 35 zählt jetzt ausgehend vom Zählerstand 999 rückwärts in Richtung auf den Zählerstand 000.
• Der Ausgang eines UND-NICHT-Gatters 78 liegt auf L, während der untere Ausgang des von UND-NICHT-Gattern 79 und 80 gebildeten Überlauf-Flip-Flops 45 auf 0 liegt. Da der Ausgang Q des Flip-Flops 44 noch auf 0 liegt und der Ausgang eines Inverters 81 ebenfalls 0 ist, springt der Ausgang eines ODER-NICHT-Gatters 82 auf L. Uber einen Inverter 83 wird das mittlere waagrechte Segment 84 einer 7-Segment-Anzeigestufe angesteuert, das als Minusanzeige dient. Der Ausgang eines ODER-NICHT-Gatters 85 liegt auf 0. Dadurch wird ein Transistor 86 gesperrt. Vom Ausgang Q des Flip-Flops 43 gelangt ein L-Signal an den oberen Eingang des Gatters 62. Infolgedessen springt der Ausgang des Gatters 62 auf 0 und der Ausgang des nachgeschalteten Inverters 63 auf L. Über die Leitung 64 wird der Transistor 38 gesperrt. Dadurch wird die Eingangsspannung U x vom Eingang des Integrationsverstärkers 25 abgeschaltet. Da das Gatter 65 vom Ausgang Q des Pausenmonovibrators 41 am einen Eingang mit 0 und am anderen Eingang vom Gatter 62 aus ebenfalls mit 0 beaufschlagt wird, springt der Ausgang des Gatters 65 auf L. Über den Inverter 66 wird ein Signal O an den Steuereingang des Transistors 39 angelegt. Der Transistor 39 wird leitend gemacht. Über den Operationsverstärker 40 geht die als 100,0 % angenommene Bezugsspannung Ur an den Eingang des Integrationsverstärkers 25. Die Integratorausgangsspannung geht mit konstanter Steigung gegen Null zurück.
• Hat der Zähler den Stand 000 erreicht, erscheint beim nächsten Taktimpuls wieder ein Borgeimpuls am Gatter 74. Das Flip-Flop 43 kippt nach 0, das Flip-Flop 44 nach L. Damit springt der Ausgang des Gatters 72 wieder auf L und der Ausgang des Gatters 73 auf 0. Das Gatter 71 wird gesperrt, das Gatter 70 freigegeben. Die weiteren Zählimpulse gelangen also wieder an den Vorwärtszähleingang. Da der Ausgang Q des Flip-Flops 44 auf L gesprungen ist, erlischt die Anzeige des Minusvorzeichens. Weil auf den Borgeimpuls sofort ein Übertragsimpuls folgt, ist auch hier die Austastfunktion des von den Gattern 76, 77 gebildeten Monovibrators erforderlich.
• Der Zähler 33, 34, 35 zählt nun wieder aufwärts, bis der Nullkomparator 29 umschaltet. Dann springt der Ausgang eines dem Gatter 68 nachgeschalteten Inverters 87 auf 0 und der Ausgang eines UND-NICHT-Gatters 88 auf L, da der Ausgang Q des Flip-Flops 43 auf 0 liegt und damit der rechte Eingang des Gatters 88 gleichfalls mit einem L-Signal beaufschlagt wird. Der Potentialwechsel am Ausgang des Gatters 88 wird mittels eines Kondensators 89 und eines Widerstandes 90 differenziert und macht sich am Ausgang eines ODER-NICHT-Gatters 91 als negativer Impuls bemerkbar, durch den der Pausenmonovibrator 41 getriggert wird. Die positive Flanke am Ausgang Q des Pausenmonovibrators 41 wird mittels eines Kondensators 92 und eines Widerstandes 93 differenziert und erscheint am Ausgang eines Inverters 94 als negativer Impuls, der den Monovibrator 46 zurücksetzt. Der Ausgang Q des Monovibrators 46 springt nach L.
• Dieser Potentialwechsel wird mittels eines Kondensators 95 und eines Widerstandes 96 differenziert. Am Eingang A des Pausenmonovibrators 41 erscheint ein negativer Impuls, der aber zu diesem Zeitpunkt nicht interessiert.
• Über den Ausgang Q des Pausenmonovibrators 41 wird das Gatter 65 und damit über die Leitung 67 auch der Transistor 39 gesperrt. Die Spannung Ur wird vom Eingang des Integrators abgetrennt, während über den Inverter 58 der Transistor 59 leitend gemacht wird. Dadurch wird der Integrator während der Pausenzeit auf 0 gehalten. Ein Widerstand 97, der mit dem Eingang des Nullkomparators 29 verbunden ist, verhindert, daß dessen Ausgang während der Pausenzeit bedingt durch die Offsetspannung nach L springt.
• Nach Ablauf der mittels eines Potentiometers 98 beispielsweise zwischen 0,2 und 2,5 s einstellbaren Pausenzeit kippt der Pausenmonovibrator 41 zurück. Die positive Flanke des am Ausgang Q auftretenden Impulses wird über einen Kondensator 99 und einen Widerstand 100 differenziert und steuert über den Inverter 55 den Eingang A des Monovibrators 46 an. Der negative Impuls am Ausgang des Inverters 55 setzt den Zähler 33, 34, 35 und die Flip-Flops 43, 44 wieder auf Null zurück. Es beginnt ein neuer Meßzyklus.
• Die Frequenz des Impulsgenerators 30, 31, 32 muß lediglich während der Zeit t1+t2 so genau stehen,daß sie keinen Fehler in der kleinsten Stelle des Meßergebnisses erzeugt. Da bei der gezeigten Ausführungsform maximal 3000 Impulse für einen Meßzyklus benötigt werden, ist nur eine Stabilität von 3 x 10 -4 erderlich. Bei dieser relativ niedrigen Genauigkeitsanforderung kommt man ohne einen quarzstabilisierten Oszillator aus; dennoch wird eine Genauigkeit von 0,1 % erreicht.
• Da während der gesamten Meßzeit maximal 3000 Impulse gezählt werden, ist bei einer Impulsfolgefrequenz des Impulsgenerators 30, 31, 32 von 100 kHz die Meßzeit @30 ms. In Anbetracht dieser relativ kurzen Meßzeit ist ein Anzeigespeicher nicht erforderlich. Bei der erläuterten Ausführungsform der Erfindung gelangen daher die Informationen aus dem Zähler 33, 34, 35 unmittelbar über den BCD-Dezimal-7-Segment-Decodierer 36 an 7-Segment-Ziffernanzeigestufen 101, 102 und 103 der Anzeigeeinheit 37. Im Schaltbild sind die Anzeigestufen, beispielsweise Anzeigeröhren, so gezeichnet, daß die niedrigstwertige Stelle links liegt. Eine Leuchtdiode 104 dient der Anzeige des Kommas.
• Liegen keine Eingangsgrößen oder nur die Spannung Ur an, d.h.
• ist mindestens U gleich 0, dann kippt zu Beginn des Meßzykx lus der Nullkomparator 29 nicht. Es können keine Impulse an den Zähler 33, 34, 35 gelangen. Der Ausgang des Gatters 85 liegt auf 0, der Ausgang des Gatters 105 auf L. Über einen Inverter 106 liegt der RBi-Eingang der höchstwertigen Decodierstufe 107 auf 0. Der RBo-Ausgang dieser Stufe ist mit dem RBi-Eingang der nächsten Decodierstufe 108 verbunden.Der RBi-Eingang der niedrigstwertigen Decodierstufe 109 liegt am invertierten Ausgang des Überlauf-Flip-Flops 45 und ist L.Es erscheint daher die Anzeige ..,O. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, beispielsweise 40 ms, kippt der Monovibrator 46 zurück und triggert über das Gatter 91 den Pausenmonovibrator 41. Nach Ablauf der Pausenzeit wird über den Inverter 55 der Monovibrator 46 neu getriggert.
• Die maximal verarbeitbare Größe der Spannung U richtet sich x nach den Werten des Integrationskondensators 26 und des Integrationswiderstandes 27. Ist die Spannung Ux so groß, daß der Integrator während der Zeit t1 in die Sättigung kommt, springt der Ausgang des als Schmitt-Trigger geschalteten Meßbereichkomparators 42 nach L, wenn die Ausgangsspannung des Integrators negativer als ein vorbestimmter Betrag wird. Der positive Sprung wird mittels eines Kondensators 110 und eines Widerstandes 111 differenziert und erscheint am Ausgang eines Inverters 112 als negativer Impuls. Dieser Impuls setzt die beiden Flip-Flops 43 und 44 auf L. Damit wird der Ausgang des Gatters 78 zu 0. Über die Gatter 88 und 91 wird der Pausenmonovibrator 41 neu getriggert. Gleichzeitig gelangt das O-Signal vom Gatter 78 an das Gatter 80 und kippt das Überlauf-Flip-Flop 45. Über einen Inverter 113 wird eine Überlauf-Leuchtdiode 114 angesteuert. Ferner werden über das Gatter 56 die Zählstufen 33, 34, 35 und die Flip-Flops 43, 44 auf 0 gesetzt.
• Der Ausgang des Gatters 105 springt auf 0, da der untere Eingang dieses Gatters am Überlauf-Flip-Flop 45 liegt. Der RBi-Eingang der höchstwertigen Decodierstufe 107 wird L. Über das Gatter 79 des Überlauf-Flip-Flops 45 wird der RBi-Eingang der niedrigstwertigen Decodierstufe 109 zu 0. Als Anzeige erscheint ".O,.". Da durch diese Anzeige der Überlaufzustand genau definiert ist, kann die Überlaufleuchtdiode 114, falls erwünscht, auch weggelassen werden.
• Kippt der Pausenmonovibrator 41 nach der Pausenzeit zurück, setzt der negative Impuls am Ausgang des Inverters 55 das Überlauf-Flip-Flop 45 über den oberen Eingang vom Gatter 79 wieder auf 0 zurück.
• Ist die Spannung Ur so klein, daß der Nullkomparator 29 nach 3000 Impulsen noch nicht nach 0 zurückgekippt ist, läuft mit dem 3000. Zählimpuls der Zähler 33, 34, 35 zum dritten Mal über. Die Ausgänge Q der Flip-Flops 43, 44 werden dadurch beide auf L gelegt. Damit steuert das Gatter 78 durch. Es erfolgt die im vorstehenden Absatz erläuterte Überlauffunktion.
• Durch Umlegen des Schalters 50 in die Schaltstellung 2 kann das Gerät auf die Betriebsweise "Absolutwertmessung" (die Meßgröße wird als Prozentsatz der Bezugsgröße angezeigt) umgeschaltet werden.
• In der Schaltstellung 2 des Schalters 50 liegen die Ausgänge der UND-NICHT-Schaltungen 71 und 72 immer auf L. Daher können die vom Impulsgenerator 30, 31, 32 kommenden Zählimpulse nur an den Vorwärtszähleingang des Zählers geiangen.
• Nach Einschalten der Versorgungsspannung laufen zunächst die gleichen Vorgänge wie oben beschrieben ab. Am Ende der Zeitspanne t1 ,d. h. nach Einlauf von 1000 Zählimpulsen in den Zähler, erscheint am Übertragsausgang der letzten Dekadenzählstufe 35 ein negativer Impuls, der von den UND-NICHT-Gattern 74 und 75 je einmal invertiert wird und das Flip-Flop 43 umschaltet. Der von den UND-NICHT-Gattern 76, 77 gebildete Monovibrator verhindert ein Ansprechen des Flip-Flops 43 auf den unmittelbar folgenden Borgeimpuls. Liegt nun der Ausgang Q des Flip-Flops 43 auf L, springt der Ausgang des Gatters 62 nach 0, während am Ausgang des Gatters 65 ein L-Signal erscheint. Der als Treiber arbeitende Inverter 66 geht nach 0. Der Transistor 39 wird leitend, während über den Inverter 63 der Transistor 38 wieder gesperrt wird. Die vom Operationsverstärker 40 in einen negativen Strom umgewandelte Bezugsspannung Ur steuert nun den Integrator 25, 26, 28 wieder nach Null, bis die Schaltschwelle des Nullkomparators 29 erreicht ist. Nach 1000 Zählimpulsen springt der Ausgang Q des Flip-Flops 43 nach 0 und der Ausgang Q des Flip-Flops 44 nach L. Damit ist für das Gatter 85 die ODER-NICHT-Bedingung erfüllt, da der untere Eingang dieses Gatters über den Schalter 50 auf 0 liegt und der obere Eingang des Gatters über das mittels des Einschaltimpulses des Inverters 55 auf 0 gesetzte Überlauf-Flip-Flop 45 ebenfalls auf 0 gelegt ist. Der Transistor 86 steuert infolgedessen die Segmente 116 und 117 der höchstwertigen Anzeigestufe der Anzeigeeinheit 37, d. h. die 1 der höchstwertigen Stelle, an.
• Kippt nun der Nullkomparator 29 innerhalb der nächsten 1000 Impulse, springt der Ausgang des Inverters 87 nach 0, während der Ausgang des Gatters 88 auf L gelegt wird, da der Ausgang Q des Flip-Flops 43 auf 0 und damit über das Gatter 78 der rechte Eingang des Gatters 88 auf L gelegt ist. Dieser Potentialwechsel wird über den Kondensator 89 und den Widerstand 90 differenziert. Er erscheint am Ausgang des Gatters 91 als negativer Impuls, der den Pausenmonovibrator 41 triggert. Die weiteren Vorgänge laufen in der oben für die Relativmessung beschriebenen Weise ab.
• Das Gerät nach Figur 2 erlaubt es also, das prozentuale Verhältnis zweier Spannungen im Bereich von -99,9 % bis +99,9 % (Relativwert) oder von O,1 % bis 199,9 % (Absolutwert) zu bestimmen. Es versteht sich, daß die Erfindung auf diese speziellen Bereichsgrenzen nicht beschränkt ist, sondern bei geeigneter Wahl von Zähler und Anzeige auch mit beliebigen anderen Bereichsgrenzen gearbeitet werden kann. Da das Maßergebnis dimensionslos ist, hat eine prozentual gleiche Änderung der Eingangsgrößen keinen Einfluß auf das Ergebnis. Bei Verwendung geeigneter Meßwertumformer lassen sich auch Widerstände, Ströme, Temperaturen, Lichtintensitäten usw. miteinander vergleichen.

Claims (12)

Ansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen und digitalen Anzeigen der prozentualen Abweichung einer Meßgröße von einer Bezugsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße ausgehend von einem Integrationsnullwert über eine erste Zeitspanne integriert wird, innerhalb deren mit vorbestimmter Zählgeschwindigkeit von einem Zählnullwert auf einen einem negativen Anzeigewert entsprechenden ersten Zählwert gezählt wird, daß bei Erreichen des ersten Zählendwertes die Zähl-und die Integrationsrichtung umgekehrt werden und während einer zweiten Zeitspanne unter Zählen vom ersten Zählendwert in Richtung auf einen einem positiven Anzeigewert entsprechenden zweiten Zählendwert die Bezugsgröße integriert wird, bis der Integrationsnullwert wieder erreicht ist, sowie daß der beim Wiedererreichen des Integrationsnullwertes erhaltene Zählwert angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zweiten Zeitspanne nach Erreichen des Zählnullwertes die Zählrichtung erneut umgekehrt wird und eine Vorzeichenanzeige in Abhängigkeit davon erfolgt, ob der Integrationsnullwert vor oder nach Erreichen des Zählnullwertes ermittelt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (15, 30 bis 32), der über eine Gatteranordnung (13; 68 bis 71) mit einer Zähleinrichtung (16; 33 bis 35) verbunden ist, und einen Integrator (10; 25 bis 28) mit nachgeschaltetem Nullkomparator (12; 29), der, nachdem die Meßgröße über eine Eingangsstufe (11; 38 bis 40) an den Integrator angeschlossen ist und der Ausgang des Integrators den Integrationsnullwert erreicht hat, die Gatteranordnung entsperrt und die Zähleinrichtung vom Zählnullwert aus in der einen Zählrichtung anlaufen läßt, wobei die Eingangsstufe und die Gatteranordnung bei Erreichen des ersten Zählendwertes derart umschaltbar sind, daß der Integratoreingang mit der Bezugsgröße beaufschlagt und die Zählrichtung umgekehrt wird, und wobei der Nullkomparator den Zähler anhält, sobald der Integratorausgang wieder den Integrationsnullwert erreicht hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählrichtung nach Wiedererreichen des Zähl-Nullwertes ein zweites Mal umkehrbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Vorzeichenanzeiger (81 bis 84), der beim Anhalten der Zähleinrichtung (33 bis 35) nach der ersten Zählrichtungsumkehr negatives und beim Anhalten des Zählers nach der zweiten Zählrichtungsumkehr positives Vorzeichen anzeigt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Startimpulsgeber (19; 41), der eine Wiederholung des Meßvorgangs in vorbestimmten Abständen auslöst.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung (58, 59), die in den Pausen zwischen den einzelnen Meßvorgängen den Integrator (25 bis 28) kurzschließt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen Meßbereichkomparator (42) zum Markieren eines Überschreitens des Meßspannungsbereichs.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung Zählstufen (33, 34, 35) aufweist, die ohne Zwischenspeicher an eine Anzeigeeinheit (37) angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung BCD-Zählstufen (33, 34, 35) aufweist, die über einen BCD-Dezimal-Decodierer (36) unmittelbar mit der Anzeigeeinheit (37) verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch eine Steuerlogik (18), die derart umschaltbar ist, daß unter Ausnutzung nur der einen Zählrichtung wahlweise auch eine Bestimmung der Meßgröße ausgedrückt in Prozenten der Bezugsgröße erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (37) eine Anzeigestufe (84, 116, 117) aufweist, die bei der Bestimmung der prozentualen Abweichung der Meßgröße von der Bezugsgröße als Vorzeichenanzeiger und bei der Bestimmung der Meßgröße ausgedrückt in Prozenten der Bezugsgröße als höchstwertige Ziffernanzeige ausgenutzt ist.