DE2648635B1

DE2648635B1 - Messanordnung mit einem Analog-Digital-Wandler

Info

Publication number: DE2648635B1
Application number: DE2648635A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Girle; Rolf Reuber
Original assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1976-10-27
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2648635C2; FR2369569A1; NL7711631A; IT1087097B; AU3006077A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung mit einem Analog-Digital-Wandler, der eine an seinem Eingang befindliche elektrische Gleichspannung in ein die Höhe der Gleichspannung darstellendes digitales Signal für eine Dezimalzahl umwandelt, ferner mit einem Meßwandler, der den Meßwert einer zu messenden physikalischen Größe innerhalb eines mehrere Dekaden umfassenden Meßbereiches in eine Gleichspannung umwandelt, außerdem mit einer Bereichserkennungsan-Ordnung, die Abtastschaltungen, eine von den Abtastschaltungen beeinflußte Steuerschaltung und eine mittels der Steuerschaltung einstellbare Anpaßanordnung enthält und die ein die Einstellung der Anpaßanordnung kennzeichnendes digitales Bereichssignal erzeugt.

Der eingangsseitige Meßwandler einer derartigen Meßanordnung wandelt eine elektrische Größe, z. B.

einen Wechselstrom, oder eine physikalische Größe, z. B. einen Schalldruck oder die Dosisleistung einer ionisierenden Strahlung, in eine an einem Abschlußwiderstand auftretende, dieser Größe entsprechende Gleichspannung um. Der Zweck einer derartigen Meßanordnung ist es, den Meßwert dieser Größen nicht in einer analogen Form, einer vergleichbaren Menge anzugeben, sondern ihn zahlenmäßig in den dezimalen Ziffern des Meßwertes der der elektrischen oder physikalischen Größe zugehörigen Meßeinheit bereitzustellen.

Eine Meßanordnung der eingangs angegebenen Art für die Messung von Gleich- und Wechselströmen und -spannungen sowie von elektrischen Widerständen ist beispielsweise aus der Zeitschrift »Funk-Technik« 1972, Heft 3, Seiten 86 bis 88 bekannt.

Sie enthält einen Analog-Digital-Wandler, der aus einem Spannungs-Zeit-Wandler, einem 50 kHz Impulsoszillator, einem vierdekadigen Zähler und einem am Eingang des Zählers angeordneten, als Torschaltung ausgebildeten Gatter für die Impulse des 50-kHz-Generators besteht. Als Anpaßanordnung ist dem Analog-Digital-Wandler ein umschaltbarer Spannungsteiler und ein im Verstärkungsfaktor umschaltbarer Verstärker vorgesetzt. Die Anpaßanordnung wird von einem Vor-Rückwärtszähler eingestellt, der als Bereichsspeicher Bestandteil der Bereichserkennungsschaltung der bekannten Anordnung ist und der von einer Maximum- und einer Minimumschaltung jeweils einen Schritt vorwärts oder rückwärts gestellt wird. Die Maximum- und die Minimumschaltung erkennt bzw. erzeugt ein Signal, wenn der Meßwert im Anzeigespeicher der Anordnung einen Minimalwert unterschreitet oder einen Maximalwert überschreitet. In diesem Fall ist ein erneuter Meßzyklus erforderlich. Gleichzeitig kennzeichnet und steuert der Bereichsspeicher die Einstellung der Kommastelle in der Meßanzeige. Für die Meßgrößen, die keine Gleichspannung sind, enthält die bekannte Meßanordnung mehrere Meßwertwandler, die einen Gleich- oder einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung oder einen elektrischen Widerstandswert in eine entsprechende Gleichspannung umwandelt.

Ein Nachteil der bekannten Meßanordnung besteht darin, daß sie zum selbsttätigen Einstellen eines geeigneten Meßbereiches unter Umständen mehrere Meßperioden benötigt.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die bekannte Meßanordnung nur für Meßwandler mit einer linearen Kennlinie geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs angegebenen Art darzustellen, die in einfacher und schneller Weise eine physikalische Größe in einem weiten, mehrere Dekaden umfassenden Bereich mißt und für den Meßwert einen digitalen Zahlenwert erzeugt und in der ein Meßwandler mit einer nichtlineraren, insbesondere einer logarithmischen oder quasilogarithmischen Kennlinie verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Meßwandler eine logarithmische oder quasilogarithmische Kennlinie aufweist, daß die Abtastschaltungen Schwellwertschalter sind, die an den Ausgang des Meßwandlers angeschlossen sind und bei einer Eingangsspannung oberhalb des Schwellwertes ein Ausgangssignal erzeugen und deren Schwellwert je auf einen Wert der Ausgleichsspannung des Meßwandlers eingestellt ist, der dem Übergang zweier benachbarter Dekaden der Dekaden des Meßbereiches des

Meßwandlers zugeordnet ist, daß die Anpaßanordnung ein Kompensationsverstärker mit einem Signaleingang und einem Kompensationseingang ist, dessen Signaleingang an den Ausgang des Meßwandlers angeschlossen ist, daß die Steuerschaltung eine steuerbare Kompensationsspannungsquelle ist, deren Ausgang mit dem Kompensationseingang des Kompensationsverstärkers verbunden ist und deren Steuereingänge an die Ausgänge der Schwellwertschalter angeschlossen sind, daß die Kompensationsspannungsquelle eine Ausgangsspannung erzeugt, die gleich dem höchsten Schwellwert der erregten Schwellwertschalter ist, und daß zwischen dem Ausgang des Kompensationsverstärkers und den Eingang des Analog-Digital-Wandlers eine Delogarithmieranordnung geschaltet ist.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nicht die gesamte Ausgangsgleichspannung des Meßwertwandlers delogarithmiert werden muß, sondern nur der Teil, der der Dekade entspricht, in dem der gemessene Wert liegt. Trotz dieser Auswahl wird der digitale Zahlenwert der Messung immer in einer einzigen Meßperiode erzeugt und bereitgestellt.

In verhältnismäßig einfacher Weise kann durch die Maßnahme, daß nur der Anteil der Ausgangsgleichspannung des Meßwandlers für die Dekade mit dem Meßwert delogarithmiert werden muß, die Delogarithmierkennlinie den einzelnen Dekadenabschnitten der Kennlinie des Meßwandlers angepaßt werden. In einer vorteilhaften Ausbildung enthält die Delogarithmieranordnung der Meßanordnung hierfür mehrere DeIogarithmierkennlinien und eine dementsprechende Anzahl Steuereinänge zur Auswahl der Delogarithmierkennlinien. Diese Steuereingänge sind entweder direkt oder über eine Matrixanordnung mit den Ausgängen verbunden.

Die Bereichserkennungsanordnung der Meßanordnung kann beispielsweise eine Codewandleranordnung enthalten, deren Ausgangscode in einer zweckmäßigen Ausbildung der Meßanordnung ein l-aus-73-Code ist, von dem jede Codestelle eine Dekade des Meßbereiches des Meßwandlers kennzeichnet. Die Codewandleranordnung ist in diesem Fall so ausgebildet, daß sie an der Codestelle der Dekade, in der der Meßwert der auf den Meßwandler einwirkenden physikalischen Größe liegt, ein Ausgangssignal erzeugt. Zur Anzeige des Kommas der von der Meßanordnung bereitgestellten dekadischen Maßzahl sind beispielsweise die Ausgänge der Codewandleranordnung mit den Komma-Eingängen eines an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossenen Zählers oder Zählspeichers verbunden.

Eine andere Ausbildung einer erfindungsgemäßen Meßanordnung, bei der die der Maßzahl zugeordnete Dezimaldekade durch die Ziffer des Logarithmus gekennzeichnet werden soll, besteht darin, daß die Ausgänge des Codewandlers mit den Zifferneingängen für die Exponentenstellen eines an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossenen Zählers oder Zahlenwertspeichers verbunden sind.

Im allgemeinen wird das Ausgangssignal derartiger Meßanordnungen in einer dekadischen Ziffernanzeige dargestellt. In vielen Fällen jedoch ist neben der Ziffernanzeige oder anstelle dieser an die Meßanordnung ein Drucker angeschlossen, der die gemessenen Werte in dezimalen Zahlen ausdruckt. Insbesondere bei einem Ausdrucken dieser Zahlen in einer Kollone ist es der Übersichtlichkeit wegen erwünscht, daß die Komma dieser Zahlen in einer Senkrechten untereinander stehen, das Ausgabesignal derartiger Meßanordnungen also ein sogenanntes Festkomma aufweist.

Bei einer Meßanordnung nach der Erfindung, bei der in einer vorteilhaften Ausbildung das digitale Signal für eine Dezimalzahl am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers eine Impulsrate ist und bei der an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers ein in mehrere Dezimaldekaden gegliederter elektronischer Zähler angeschlossen ist, wird ein Festkomma beispielsweise dadurch erreicht, daß der digitale Dezimalzähler vor mehreren seiner Dezimaldekaden je einen einer Dekade der Kennlinie des Meßwandlers zugeordneten Zähleingang enthält, daß zwischen dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers und diesen Zähleingängen ein elektronischer Wähler angeordnet ist, der eine Sammelleitung, Wählerausgänge und eine Stellanordnung zur wahlweisen Verbindung der Wählerausgänge mit der Sammelleitung enthält und dessen Sammelleitung an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossen ist, daß ferner die Stellanrodnung Steuereingänge enthält, die mit den Ausgängen der Schwellwertschalter verbunden sind, und daß die Stellanordnung den Wählerausgang mit der Sammelleitung verbindet, der an den derjenigen Dekade zugeordneten Zähleingang angeschlossen ist, in der der gemessene Wert liegt.

Eine besonders einfache Ausbildung einer derartigen Meßanordnung ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in dem elektronischen Wähler für jeden Wählerkontakt eine Torschaltung vorgesehen ist, die aus einer Und-Schaltung mit drei Eingängen und einem Ausgang besteht, daß deren Ausgang ein Wählerausgang ist und mit einem Zähleingang verbunden ist, daß ferner der erste Eingang jeder Und-Schaltung an der Sammelleitung des elektronischen Wählers liegt, daß die Schwellwertschalter in der Reihenfolge zunehmender Schwellwerte ausgangsseitig je über einen Inverter mit dem zweiten Eingang je einer Und-Schaltung in der Reihenfolge zunehmender Wertigkeit der Dezimaldekaden des Dezimalzählers, an deren Zähleingänge die Und-Schaltungen angeschlossen sind, verbunden sind und daß die Schwellwertschalter außerdem ausgangsseitig mit dem dritten Eingang der jeweils benachbarten Und-Schaltung verbunden sind, die an den Zähleingang der benachbarten, in der Reihenfolge höherwertigen Dezimaldekade angeschlossen sind.

Zur Sicherung, daß die Zählimpulse nur über den gewählten Zählereingang in den Zähler gelangen, ist in einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung in der Übertragleitung zweier benachbarter Dezimaldekaden des Dezimalwählers je eine Torschaltung angeordnet, deren Sperreingang jeweils derart an die Stellanordnung des elektronischen Wählers angeschlossen ist, daß die Torschaltungen in den Übertragungsleitungen,, die zu dem angewählten Zähleingang hinführen, gesperrt sind und die anderen Torschaltungen durchlässig geschaltet sind. Insbesondere kann der Sperreingang der Torschaltungen über einen Inverter mit dem Ausgang jeweils des Schwellwertschalters verbunden sein, der die Zähleingänge der beiden Dezimaldekaden des Dezimalzählers steuert, zwischen denen die Torschaltung durchlässig gesteuert ist.

Die Erfindung und insbesondere vorteilhafte Ausbildungen von in der Erfindung enthaltenen Anordnungen werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Meßanordnung in einem elektrischen Meßgerät mit einer Dezimalziffernanzeige in einem vereinfachten Blockschaltbild,

Fig.2a die Kennlinie eines Meßwandlers des in F i g. 1 dargestellten Meßgerätes,

F i g. 2b die Ausgangssignale der Schwellwertschalter des in F i g. 1 dargestellten Meßgerätes in Verbindung mit der in F i g. 2a dargestellten Kennlinie,

F i g. 2c die Treppenkurve der Kompensationsspannung in dem in F i g. 1 dargestellten Meßgerät,

Fig.2d die Teilkennlinien der in Fig.2a dargestellten Kennlinie,

Fig.3 die Delogarithmierkennlinien zu dem in F i g. 2d dargestellten Teilkennlinien,

Fig.4 eine Codetabelle zum Codewandler des in F i g. 1 dargestellten Meßgerätes,

Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Meßanordnung in einem Kernstrahlungsmeßgerät mit einem Drucker.

Ein in F i g. 1 in einem vereinfachten elektrischen Blockschaltbild dargestelltes Meßgerät enthält in dieser Darstellung oberhalb der strichpunktierten Linie 1 ein Ausführungsbeispiel einer Meßanordnung 2. Die Meßanordnung besteht im wesentlichen aus einem Analog-Digital-Wandler 3, einer Bereichserkennungsanordnung 4, einer Delogarithmieranordnung 20, einem Kompensationsverstärker 18 und einem Meßwandler 5, der die Wirkungsgröße y eines auf ihn einwirkenden physikalischen Feldes 6 in eine der Wirkungsgröße entsprechende Gleichspannung Um umwandelt. Außerdem enthält die Meßanordnung 2 einen elektronischen Zähler 7 mit vier Dezimaldekaden 8 I bis 8 IV.

Das dargestellte Meßgerät umfaßt neben der Meßanordnung 2 einen Zahlenwertspeicher 10 zur Speicherung von sechs Dezimaldekaden 111 bis 11 VI, einen Kommaspeicher 12 zur Speicherung der Kommastelle des Meßwertes, eine sechsstellige Dezimalziffernanzeigevorrichtung 13 mit sechs Ziffernstellen 141 bis 14 VI, fünf einschaltbaren Kommas 15 I bis 15V und eine Steueranordnung 16 zur Steuerung der Meßperioden und der Funktion des Gesamtgerätes.

Die Bereichserkennungsanordnung 4 der Meßanordnung 2 umschließt fünf Schwellwertschalter 171 bis 17 V, eine gesteuerte Kompensationsspannungsquelle 19 und einen Codewandler 9 zur Ausgabe eines die eingestellte Dekade des Meßbereiches anzeigenden Signals.

Der Meßwandler 5 weist einen Meßbereich auf, der sich über sechs Dekaden I bis VI der Wirkungsgröße y erstreckt und beispielsweise die Zahlenwerte 0,001 bis 1000 der Einheit der Wirkungsgröße 7 umfaßt. Dieser Meßbereich ist in einem logarithmischen Maßstab auf der Ordinate 21 des in F i g. 2a dargestellten Diagramms für die Kennlinie 22 des Meßwandlers 5 abgebildet. Die Abszisse 23 des Diagramms enthält in einem lineraren Maßstab den zugehörigen Bereich der Ausgangsspannung Um des Meßwandlers 5. Die Kennlinie des Meßwandlers hat im dargestellten Beispiel quasilogarithmischen Verlauf. Sie folgt in dem in Fig.2a dargestellten Koordinatenfeld in den mittleren Dekaden II bis IV in der Gestalt einer Geraden dem logarithmischen Gesetz Um= a · Ig y und weicht am unteren und oberen Ende durch eine positive oder negative Krümmung von diesem Gesetz ab.

An den Ausgang des Meßwandlers 5 sind die Schwellwertschalter 171 bis 17 V und der Signaleingang

24 des Kompensationsverstärkers 18 angeschlossen. Der Schwellwertschalter 171 ist so eingestellt, daß er bei einem Meßwert 7 oberhalb der Dekade I ein Signal

25 I an seinem Ausgang erzeugt. Der Schwellwertschalter 17II erzeugt bei einem Meßwert y oberhalb der Dekade II ein Signal 25 II. Entsprechend bilden die Schwellwertschalter 17III bis 17 V ein Signal 25 III bis 25 V. Die Ausgangssignale 25 I bis 25 V der Schwellwertschalter, die im Diagramm 2b dargestellt sind, steuern die Kompensationsspannungsquelle 19, deren Steuereingänge 26 mit den Ausgängen der Schwellwertschalter verbunden sind. Am Ausgang der Kompensationsspannungsquelle wird dadurch eine treppenförmige Ausgangsgleichspannung Uk erzeugt, deren Kurve

to 27 im Diagramm 2c dargestellt ist. Die Spannung an den Stufen ist jeweils gleich der Schwellwertspannung des Schwellwertschalters mit der höchsten Schwellwertspannung der gerade eingeschalteten Schwellwertschalter, während die unmittelbare Stufenhöhe 281 bis 28 V der einzelnen Stufen dieser Treppenkurve 27 gleich der Spannungsdifferenz des Teilbereiches 291 bis 29 V der Ausgangsspannung Um des Meßwandlers 5 ist, der unmittelbar vor dieser Stufe liegt.

Diese von den Schwellwertschaltern gesteuerte treppenförmige Ausgangsgleichspannung Uk ist in der Meßanordnung 2 an den Kompensationseingang 30 des Kompensationsverstärkers 19 gelegt und kompensiert dementsprechend die am Signaleingang dieses Verstärkers liegende Meßspannung Um- Dadurch entsteht für jede der Dekaden I bis VI des Meßbereiches des Meßwandlers eine von einem Anfangswert U_a bis zu einem Endwert U_e ansteigende Spannungskurve 311 bzw. 31II usw. bis 31 VI, die ein genaues Abbild des zugehörigen Teiles der Kennlinie 22 des Meßwandlers ist. Von diesen den einzelnen Dekaden I bis VI des Eingangs-Meßbereiches des Meßwandlers zugeordneten Teilkennlinien 311 bis 31 VI, die in Diagramm 2d dargestellt sind und in die die Kennlinie 22 des Meßwandlers durch die beschriebenen Maßnahmen aufgespalten ist, wird im weiteren Meßverfahren nur die Teilkennlinie weiter benutzt, in deren Dekade der Meßwert der gemessenen physikalischen Größe y augenblicklich liegt. In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel liegt dieser Meßwert y_x in der Dekade VI.

Das zugehörige Kennlinienteil der Kennlinie 22 und die Teilkennlinie 31IV ist in den Diagramm der F i g. 2 dick ausgezogen dargestellt.

An den Signaleingang der Delogarithmieranordnung 20 gelangen somit nur noch die Teilkennlinien 311 bis 31 VI, im dargestellten Beispiel der Teilkennlinie 31IV. Die Delogarithmierkennlinie der Delogarithmieranordnung ist so ausgebildet, daß die Dekade (z. B. IV), in der der Meßwert y_x der zu messenden Wirkungsgröße liegt und deren zugeordneter Teilkennlinie (z. B. 31 IV) der am Ausgang des Kompensationsverstärkers 18 anstehende Spannungswert U_x durchlaufen kann, von einer mit dem Meßwert y_x linear ansteigenden Spannung Ud dargestellt ist. Für die logarithmischen Teilkennlinien 31II bis 31IV ist die Delogarithmierkennlinie eine e-Kurve, die im Diagramm der Fig.3 durch die Delogarithmierkennlinie 32 dargestellt ist. Die Ordinate 33 in diesem Diagramm ist die auf einen gemeinsamen Endwert U_e normierte Ausgangsspannung des Kompensationsverstärkers 18, die Abszisse 34 eine zu den Meßwerten yin den einzelnen Dekaden I bis VI jeweils proportionale Ausgangsspannung Ud der Delogarithmieranordnung in linearer Darstellung. Auf einer zweiten Ordinate 35 ist der logarithmische Verlauf der Dekaden I bis VI dargestellt. Für die Dekaden I, V und VI sind von der e-Funktion abweichende Delogarithmierkennlinien 36 bis 38 erforderlich, die durch Signale an den Steuereingängen 39 bis 41 der Delogarithmieranordnung eingestellt werden.

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Die Ausgangssignale 25 I bis 29 V der Schwellwertschalter 171 bis 17 V bilden am Eingang des Codewandlers 9 einen Zählcode, der aus dem Diagramm Fig.2b direkt ablesbar ist und der in Fig.4 in der Codetabelle durch die mit »*« gekennzeichneten Felder dargestellt ist. Der Codewandler wandelt diesen Zählcode in einen l-aus-6-Code um und erzeugt an einem seiner Ausgänge 42 I bis 42 VI ein Ausgangssignal, entsprechend der in der Codetabelle (F i g. 4) in der zugehörigen Spalte angegebenen Signalkombination am Eingang des Codewandlers. Die Steuereingänge 39, 40 und 41 der Delogarithmieranordnung 20 sind mit den Ausgängen 421, 42 V und 42 VI des Codewandlers verbunden, so daß die Ausgangssignale an diesen Ausgängen die Delogarithmierkennlinien 36, 37 und 38 in der Delogarithmieranordnung einstellen.

Der Analog-Digital-Wandler 3 erzeugt in jeder Meßperiode, die beispielsweise über eine Leitung 43 durch die Steueranordnung 16 ausgelöst wird, eine Impulsrate 44, deren Anzahl Impulse proportional der am Ausgang der Delogarithmieranordnung erzeugten Ausgangsspannung i/o ist. Im dargestellten Beispiel sind dies z.B. 1000 Impulse/Volt bei einem maximalen Endwert der Ausgangsspannung von Upe= 10 V. Diese Impulse werden über die Leitung 45 in den vierstelligen Zähler 7 eingezählt Am Ende der Impulsrate übernimmt der Zahlenwertspeicher 10 den in den Zähler 7 eingezählten vierstelligen dezimalen Zahlwert und speist damit die ersten vier Stellen 141 bis 14IV der digitalen Dezimalziffernanzeigevorrichtung 13. Gleichzeitig übernimmt der Kommaspeicher 12 das am Ausgang des Codewandlers 9 erzeugte Signal und stellt damit das entsprechende Komma (im dargestellten Beispiel das Komma 15 IV) ein. Die Ziffer »Null« für die Ziffernstelle 14 V und 14 VI der Dezimalziffernanzeigevorrichtung ist im Zahlenwertspeicher 10 in dessen Dekaden 11V und 11 VI fest programmiert und kann mittels Kommasignale für die Kommas 15 I bis 15 III über die NOR-Glieder 46 und 47 hellgeschaltet werden. Die Steuerschaltung 16 regelt während einer Meßperiode die Umspeicherung der Speicher 10 und 12 und die nachfolgende Löschung des Zählers 7.

In F i g. 5 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Meßanordnung 50 ein Kernstrahlungsmeßgerät dargestellt. Es enthält einen Meßwandler 51 zur Messung der Dosisleistung y eines nuklearen Feldes 52. Der Meßwandler weist eine über sechs Dekaden seines Meßbereiches logarithmisch verlaufende Kennlinie auf und ist mit seinen Ausgang über einen Trennwiderstand 53 an den Signaleingang 54 eines als Differenzverstärker ausgebildeten Kompensationsverstärkers 55 angeschlossen. Am Kompensationseingang 56 des Kompensationsverstärkers liegt die Ausgangsgleichspannung einer steuerbaren Kompensationsspannungsquelle 57. Der Ausgang des Kompensationsverstärkers ist über eine Delogarithmieranordnung 58 mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 59 verbunden, dessen Ausgang mit der Sammelleitung 60 eines elektronischen Wählers 61 verknüpft ist. Die Ausgänge der in dem elektronischen Wähler enthaltenen Und-Schaltungen 621 bis 62 VI sind an die Zähleingänge 63 I bis 63 VI eines achtstelligen digitalen Dezimalzählers 64 angeschlossen. An den Ausgang des digitalen Dezimalzählers, d. h. an den Ausgang der Meßanordnung 50 ist ein Drucker 65 für sechs Dezimalstellen angeschlossen.

Die logarithmische Ausgangsspannung Um des Meßwandlers 51 gelangt an den Signaleingang 54 des Kompensationsverstärkers und an fünf Schwellwertschalter, die als Spannungskomparatoren 66 I bis 66 V ausgebildet sind und an deren Vergleichseingängen je eine Vergleichsspannungsquelle 671 bis 67 V zur Bildung der entsprechenden Schwellwertspannung liegt. Die Schwellwertspannungen der Vergleichsspannungsquellen sind so eingestellt, daß der Spannungskomparator 661 mit der kleinsten Schwellwertspannung nach der ersten Dekade I der logarithmischen Ausgangsspannung Um des Meßwandlers ein Ausgangssignal 25 I (siehe Fig.2, Diagramm 2c) erzeugt, der Spannungskomparator I nach der zweiten Dekade II und so fort.

Die Kompensationsspannungsquelle 57 enthält in einem Komparationszweig fünf schaltbare Gleichstromquellen 68 I bis 68 V, die von den Ausgangssignalen der Spannungskomparatoren 66 I bis 66 V eingeschaltet werden. Die Gleichströme der eingeschalteten Gleichstromquellen durchfließen einen Summenwiderstand 69 und erzeugen durch ihren Summenstrom an diesem eine Spannung, die als Kompensationsspannung Uk an den Kompensationseingang 56 des Kompensationsverstärkers gelangt. Ein weiterer Stromsummenzweig mit einem Summenwiderstand 70 und einer Gleichstromquelle 71 der Kompensationsspannungsquelle 57 ist an den Signalzweig 72 zum Kompensationsverstärker angeschlossen.

In dem in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Spannungsumfang jeder Dekade der logarithmischen Ausgangsspannung Um des Meßwandlers Δ Um = 2 Volt; der Strom jeder Gleichstromquelle 66 I bis 66 V bzw. 71 erzeugt einzeln an den zugehörigen Summenwiderstand 69 bzw. 70 eine Spannung von 2 Volt. In einer der Darstellung von Fig.2a bis 2d entsprechenden Wirkungsweise tritt bei jeder Dekade am Differenenzeingang des Kompensationsverstärkers eine Differenzspannung zwischen Null und zwei Volt auf, wobei die Spannung sowohl am Kompensationseingang 56 als auch am Signaleingang 54 des Kompensationsverstärkers nicht kleiner als 2 Volt ist. Das hat den Vorteil, daß die Signalspannung für die Teilkennlinien durch den Nullbereich des Kompensationsverstärkers nicht verzerrt wird.

Die in der Delogarithmieranordnung 58 linearisierte Meßspannung Ud (entsprechend F i g. 3) gelangt an den Signaleingang 73 einer Meßvergleicheranordnung 74 des Analog-Digital-Wandlers 59. Der Analog-Digital-Wandler enthält außerdem eine Nullvergleicheranordnung 75 mit einer Nullspannungsquelle 76 an dessen Vergleichereingang 77, einen Generator 78 für eine zeitlinear ansteigende Gleichspannung, der an den Vergleichereingang 79 der Meßvergleicheranordnung und dem Signaleingang 80 der Nullvergleicheranordnung angeschlossen ist, und eine als Dreifach-Und-Schaltung ausgebildete Torschaltung 81, an deren einen Eingang ein Impulsgenerator 82 angeschlossen ist. Beide Vergleicheranordnungen 74 und 75 sind ausgangsseitig mit den Steuereingängen 83 und 84 der Torschaltung 81 verbunden. In der Zeit, in der beide Vergleicheranordnungen ein Ausgangssignal abgeben, ist die Torschaltung für die Zählimpulse des Impulsgenerators durchlässig. Diese Zeit liegt zwischen dem Zeitpunkt, in dem die zeitlinear ansteigende Spannung des Generators 78 die Nullspannung der Nullspannungsquelle 76 überschreitet, und dem Zeitpunkt, in dem diese zeitlinear ansteigende Spannung den Wert der Ausgangsspannung der Delogarithmieranordnung erreicht. Diese Impulszahl entspricht im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer dreistelligen Dezimalzahl dem Zahlenwert des in der ausgewählten Dekade

liegenden Meßwertes in der physikalischen Einheit R/h der auf den Meßwandler einwirkenden Dosisleistung.

Die Ausgangssignale der Spannungskomparatoren 66 I bis 66 V steuern gleichzeitig die Dreifach-Und-Schaltungen 62 I bis 62 VI im elektronischen Wähler 61 zur Wahl des zugeordneten Zähleingangs 63 I bis 63 VI des Dezimalzählers 64. Jeder Dekade I bis VI der Kennlinie (entsprechend der Kennlinie 22 in Fig.2a) des Meßwandlers 51 ist ein Zähleingang zugeordnet, und zwar der niederwertigsten Dekade I der Zähleingang 631, der nächsthöherwertigen, benachbarten Dekade II der Zähleingang 63 II usw. Die Schwellwerte der Spannungskomparatoren 661 bis 66 V, oberhalb denen die Spannungskomparatoren ein Signal erzeugen, sind jeweils auf den Übergangswert zwischen zwei benachbarten Dekaden der logarithmischen Ausgangsspannung Uk des Meßwandlers 51 eingestellt, entsprechend den Diagrammen in den Fig.2a und b. Der Ausgang eines Spannungskomparators (z. B. 66II) ist mit einem Eingang (z. B. 85 II) der Dreifach-Und-Schaltung (z.B. 62II) über einen Inverter (z.B. 86II) verbunden, die den einer Dekade (z. B. II) der Dekaden I bis VI des Meßbereiches zugeordneten Zähleingang (z. B. 63 II) mit der Sammelleitung 60 verbindet, und direkt mit dem dritten Eingang (z. B. 87III) derjenigen Dreifach-Und-Schaltung (z. B. 62III) verbunden, die den der benachbarten höherwertigen Dekade (z.B. III) zugeordneten Zähleingang (z. B. 63 III) mit der Sammelleitung des elektronsichen Wählers verbindet Durch diese Maßnahmen ist immer nur eine der Dreifach-Und-Schaltungen 62 I bis 62 VI des elektronischen Wählers für die Zählimpulse durchlässig geschaltet Liegt der Meßwert y in der niederwertigsten Dekade I des Meßbereiches, bei der keiner der Spannungskomparatoren ein Ausgangssignal erzeugt, ist die Torschaltung 621 für die Zählimpulse auf der Sammelleitung 60 durchlässig geschaltet, und die Zählimpulse gelangen über den Zähleingang 631 in die iiiederwertigste Dezimaldekade 881 der Dezimaldekaden 881 bis 88 VIII des äigitalen Dezimalzählers 64 und von dort über die Übertragleitungen 891 bis 89 VII gegebenenfalls in die nächsthöheren Dezimaldekaden 88II, 88III und so fort des Dezimalzählers. Liegt der Meßwert y dagegen in der höchsten Dekade VI der Kennlinie des Meßwandlers, bei dem sämtliche Spannungskomparatoren 661 bis 66 V ein Ausgangssignal erzeugen, ist nur die Torschaltung 62VI für die Zählimpulse durchlässig geschaltet^v Die Zählimpulse gelangen dann über den Zähleingang 63 VI in die drei höchstwertigen Dezimaldekaden 88 VI bis 88 VIII des Dezimalzählers. In dem in der F i g. 5 dargestellten Fall liegt der Meßwert y in der drittuntersten Dekade III der logarithmischen Ausgangsspannung Uu des Meßwandlers, so daß die zwei Spannungskomparatoren 66 I und 66 II ein Ausgangssignal erzeugen. Die Leitungen, auf denen ein von den Spannungskomparatoren erzeugtes Steuersignal für die Torschaltungen des elektronischen Wählers und des Dezimalzählers liegt, sind dick ausgezeichnet. Aus der F i g. 5 ist erkennbar, daß nur an den beiden Steuereingängen 85 HI und 87 III der Torschaltung 62 IV des elektronischen Wählers 61 ein Steuersignal liegt und somit nur die Torschaltung 62 III für die Zählimpulse auf der Sammelleitung durchlässig geschaltet ist

In die Übertragleitungen 89 I bis 89 V, zwischen den Dezimaldekaden des digitalen Zählers 64 sind als Zweifach-Und-Schaltungen ausgebildete Torschaltungen 90 I bis 90 V eingefügt, deren Steuereingang je mit einem der Inverter 86 II bis 86 VI für die Torschaltung des elektronischen Wählers für den Zähleingang der niederwertigeren Dezimaldekade verbunden ist. Dadurch wird verhindert, daß die niederwertigeren Dezimaldekaden des Dezimalzählers, in die keine Impulse eingezählt werden, den Zählvorgang durch Störimpulse verfälschen.

An die Ausgänge der Dezimaldekaden 88 III bis 88 VIII sind die Einstellschaltungen 911 bis 91 VI für die Einstellung der abzudruckenden Ziffern in der Tausenderstelle T, der Hunderterstelle H, der Zehnerstelle Z, der Einerstelle E sowie der Zehntelstelle 1/Zund der Hundertstelstelle MH des Druckers 65 angeschlossen. Durch die nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.5 vorgenommenen Wahl der Zähleingänge für den Einzählvorgang in den digitalen Dezimalzähler 61 wird ein Festkomma erreicht, das im dargestellten Ausführungsbeispiel immer zwischen der vierten und fünften Dezimaldekade (88 IV und 88 V) liegt. Im Drucker 65 wird das Komma 92 somit immer an der gleichen Stelle abgedruckt, ohne daß es von außerhalb des Druckers angesteuert wird.

Eine für die Ablaufsteuerung erforderliche Steuerschaltung ist in dem Ausführungsbeispiel in F i g. 5 nicht dargestellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßanordnung mit einem Analog-Digital-Wandler, der eine an seinem Eingang befindliche elektrische Gleichspannung in ein die Höhe der Gleichspannung darstellendes digitales Signal für eine Dezimalzahl umwandelt, ferner mit einem Meßwandler, der den Meßwert einer zu messenden physikalischen Größe innerhalb eines mehrere Dekaden umfassenden Meßbereiches in eine Gleichspannung umwandelt, außerdem mit einer Bereichserkennungsanordnung, die Abtastschaltungen, eine von den Abtastschaltungen beeinflußte Steuerschaltung und eine mittels der Steuerschaltung einstellbare Anpaßanordnung enthält und die ein die Einstellung der Anpaßanordnung kennzeichnendes digitales Bereichssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwandler (5) eine logarithmische oder quasilogarithmische Kennlinie (22) aufweist, daß die Abtastschaltungen Schwellwertschalter (171 bis 17 V) sind, die an den Ausgang des Meßwandlers angeschlossen sind und bei einer Eingangsspannung oberhalb des Schwellwertes ein Ausgangssignal (25 I bis 25V) erzeugen und deren Schwellwert je auf einen Wert der Ausgleichsspannung (Um) des Meßwandlers eingestellt ist, der dem Übergang zweier benachbarter Dekaden der Dekaden (I bis VI) des Meßbereiches des Meßwandlers zugeordnet ist, daß die Anpaßanordnung ein Kompensationsverstärker (18) mit einem Signaleingang (24) und einem Kompensationseingang (30) ist, dessen Signaleingang an den Ausgang des Meßwandlers angeschlossen ist, daß die Steuerschaltung eine steuerbare Kompensationsspannungsquelle (19) ist, deren Ausgang mit dem Kompensationseingang des Kompensationsverstärkers verbunden ist und deren Steuereingänge (26) an die Ausgänge der Schwellwertschalter angeschlossen sind, daß die Kompensationsspannungsquelle eine Ausgangsspannung (Uk) erzeugt, die gleich dem höchsten Schwellwert der erregten Schwellwertschalter ist, und daß zwischen den Ausgang des Kompensationsverstärkers und den Eingang des Analog-Digital-Wandlers (3) eine Delogarithmieranordnung (20) geschaltet ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Delogarithmieranordnung (20) mehrere Delogarithmierkennlinien (32, 36, ..., 38) enthält und Steuereingänge (39, 40, 41) zur Auswahl der Delogarithmierkennlinien aufweist und daß die Steuereingänge der Delogarithmieranordnung direkt oder über eine Codierschaltung mit den Ausgängen der Schwellwertschalter (17 I bis 17 V) verbunden sind.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Signal für eine Dezimalzahl am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (3,59) eine Impulsrate (44) ist und daß an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers ein in mehrere Dezimaldekaden (881 bis 88III) gegliederter elektronischer Zähler (64) angeschlossen ist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichserkennungsanordnung (4) einen Codewandler (9) zur Erzeugung des digitalen Bereichssignal enthält, dessen Eingänge an die Ausgänge der Schwellwertschalter (17 I bis 17 V) angeschlossen sind.

5. Meßanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangscode des Codewandlers (9) ein l-aus-fl-Code ist und jeder Ausgang des Codewandlers einer Dekade des Meßbereiches des Meßwandlers (5) zugeordnet ist.

6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Codewandlers (9) mit den Komma-Eingängen (15 I, 15 II,...) eines an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (3) angeschlossenen Zählers oder Zahlenwertspeichers (10) oder mit einem Kommaspeicher (12) verbunden sind.

7. Meßanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Codewandlers (9) mit den Zifferneingängen für die Exponentenstellen eines an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (3) angeschlossenen Zählers oder Zahlenwertspeichers (7) verbunden sind.

8. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Dezimalzähler (7, 64) vor mehreren seiner Dezimaldekaden (88 I bis 88 VI) je einen einer Dekade (I bis VI) der Kennlinie (22) des Meßwandlers (5,51) zugeordneten Zähleingang (63 I bis 63 VI) enthält, daß zwischen dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (3, 59) und diesen Zähleingängen ein elektronischer Wähler (61) angeordnet ist, der eine Sammelleitung (60), Wählerausgänge und eine Stellanordnung zur wahlweisen Verbindung der Wählerausgänge mit der Sammelleitung enthält und dessen Sammelleitung an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossen ist, daß ferner die Stellanordnung Steuereingänge enthält, die mit den Ausgängen der Schwellwertschalter (17 I bis 17 V) verbunden sind, und daß die Stellanordnung den Wählerausgang mit der Sammelleitung verbindet, der an den derjenigen Dekade zugeordneten Zähleingang angeschlossen ist, in der der gemessene Wert (Umx) liegt.

9. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem elektronischen Wähler (61) für jeden Wählerkontakt eine Torschaltung (62 I bis 62 VI) vorgesehen ist, die aus einer Und-Schaltung mit drei Eingängen und einem Ausgang besteht, daß deren Ausgang ein Wählerausgang ist und mit einem Zähleingang (63 I bis 63 VI) verbunden ist, daß ferner der erste Eingang jeder Und-Schaltung an der Sammelleitung (61) des elektronischen Wählers liegt, daß die Schwellwertschalter (17, ..., 66,...) in der Reihenfolge zunehmender Schwellwerte ausgangsseitig je über einen Inverter (861 bis 86 V) mit dem zweiten Eingang (85 I bis 85 V) je einer Und-Schaltung in der Reihenfolge zunehmender Wertigkeit der Dezimaldekaden (881 bis 88 VI) des Dezimalzählers (64), an deren Zähleingänge die Und-Schaltungen angeschlossen sind, verbunden sind und daß die Schwellwertschalter außerdem ausgangsseitig mit dem dritten Eingang (8711 bis 87VI) der jeweils benachbarten Und-Schaltung verbunden sind, die an den Zähleingang der benachbarten, in der Reihenfolge höherwertigen Dezimaldekade angeschlossen sind.

10. Meßanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Übertragleitung (891 bis 89 V) zweier benachbarter Dezimaldekaden (881 bis 88VI) des Dezimalzählers (64) je eine Torschaltung (901 bis 90V) angeordnet ist, deren Sperreingang jeweils derart an die Stellanordnung des elektronischen Wählers (61) angeschlossen ist,

daß die Torschaltungen in den Übertragungsleitungen, die zu dem angewählten Zähleingang hinführen, gesperrt sind und die anderen Torschaltungen durchlässig geschaltet sind.

11. Meßanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperreingang der Torschaltungen (90 I bis 90 V) über einen Inverter mit dem Ausgang jeweils des Schwellwertschalters (17 I bis 17 V) verbunden ist, der die Zähleingänge (63 I bis 63 VI) der beiden Dezimaldekaden (88 I bis 88 VI) des Dezimalzählers (64) steuert, zwischen denen die Torschaltung durchlässig gesteuert ist

12. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (17) ein Spannungskomparator (66) mit einer einstellbaren Vergleichsspannung (67) ist und daß der Spannungskomparator derart ausgebildet ist, daß er bei einer Eingangsspannung, die größer als die Vergleichsspannung ist, am Ausgang ein Signal erzeugt.

13. Meßanordnung nach einer der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsverstärker (18) ein Differenzverstärker ist.

14. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspannungsquelle (19, 57) mehrere parallelgeschaltete, von den Signalen an den Steuereingängen der Kompensationsspannungsquelle ein- und ausschaltbare Gleichstromquelle (681 bis 68 V) und einen gemeinsamen Widerstand (69) für die Stromsumme der eingeschalteten Gleichstromquellen enthält.

15. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler (3, 59) einen Impulsgenerator (82), eine Nullvergleicheranordnung (75), eine Meßvergleicheranordnung (74), einen Generator (78) für eine zeitlinear ansteigende Gleichspannung und eine Torschaltung (81) für die Impulse des Impulsgenerators enthält, daß der Ausgang des Generators für die zeitlinear ansteigende Gleichspannung mit den Meßeingang (80) der Nullvergleicheranordnung und mit dem Vergleichseingang (79) der Meßvergleicheranordnung verbunden ist und daß die Ausgänge der beiden Vergleicheranordnungen (74, 75) an die Steuereingänge (83, 84) der Torschaltung (81) angeschlossen sind.