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Analoge Meßeinrichtung mit Momentanwert-Speicherung
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Die Erfindung betrifft eine analoge Meßeinrichtung mit einem Analognßinstrument
zur Anzeige eines gespeicherten Momentanwertes.
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Meßeinrichtungen dieser Art sind bekannt. Ihre Funktion beruht auf
einer Schleppzeiger-Ausbildung mit Fallbügel-Arretierung, d. h., in de. Zeitpunkt,
in dem der Momentanwert des am Analogmeßinstru.ent angezeigten Meßwertes interessiert,
wird die FallbUgeiJiechanik ausgelöst, um die momentane Zeigerstellung vorUbergehend
zu arretieren.
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Dadurch wird gewöhrleistet, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt beispielsweise
die momentanen Meßwerte, die auf einer Mehrzahl von Instrumenten angezeigt werden,
vorUbergehend gespeichert bleiben, um sie etwa vom Schaltwarten-Persanal ablesen
und in Kontrollprotokolle eintragen zu können. Ein anderes Anwendungsgebiet solcher
analoger Meßeinrichtungen mit Mofmentanwert-speicherung stellt die Untersuchung
nichtperiodischer, rasch ablaufender Vorgönae dar, beispielsweise das Verhalten
bestimmter Schaltungsteile unter einmaliger Kurzschlußbelastung.
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In diese. Falle interessiert der momentane Meßwert zu einem bestimmten,
vorbekannten Zeitpunkt nach Einsetzen der außergewöhnlichen Betriebegegebenheiten,
und durch entsprechende Ansteuerung der Fallbügelmechanik in Abhängigkeit vom Einsetzen
dieser außergewöhnlichen Betriebsgegebenheiten wird ein Momentanwert des Meßwertes
fixiert, der andernfalls aufgrund
der unstotiondren Vorgänge gar
nicht isoliert erfaßbar wäre.
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Bei digital anzeigenden Meßgeräten ist es schon bekannt, einen Digitalspeicher
vorzusehen, in den die momentane digitale Ergebnisdarstellung fUr eine gewisse Zeitspanne
übernommen wird, um sie auch bei schon wieder verändertem Meßwert noch einmal abrufen
und auf die Digitaldarstellung schalten zu können. Der Aufwand fUr solche zusätzliche
Digitalspeicherung ist aber recht erheblich und in der Regel nur zu rechtfertigen,
wenn ohnehin eine Digitalumsetzung des Analogmeßwertes fUr die Weiterverarbeitung
oder digitale Anzeige vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß fUr viele Meßaufgaben
eine herkömmliche Analoginstrument-Zeigerdarstellung des Momentanwertes übersichtlicher
und leichter optisch auffassbar ist, als eine mehrstelliae Digitalanzeige, zumal
häufig die begrenzte Funktionsgenauigkeit des fUr ein beste tees Meßproble. vorgegebenen
Meßaufnehmers gar nicht die hohe Genauigkeit bzw. Auflösung der Meßwert-Anzeige
rechtfertigt, dio digitalanzeigenden Meßgeräten zu eigen ist. Andererseits sind
herkömmliche analoge Meßeinrichtungen mit Fallbügel-Schleppzeiger-mechanik zur gesteuerten
Momentanwertspeicherung konstruktiv aufwendig und störungsanfällig, zumal bei Einsatz
unter Umgebungsbedingungen rit aggressiver oder staubiger Atmosphäre oder it der
Gefahr mechanischer Beanspruchungen des Meßwerks durch Fremdeinvirkung. Aufbauend
auf dieser Erkenntnis liegt di Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine analoge Meßeinrichtung
eingangs genannter Art dahingehend weiterzubilden, daß sie unter Vermeidung von
Zusatzaufwand Uber das analoge Zeigermeßwerk hinaus in *mechanischem
preisgünstiger
und funktionssicherer Weise eine gesteuerte Momentanwertspeicherung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß dem Analogmeßinstrument eine Abtast-Halte-Schaltung vorgeschaltet ist, an die
ein steuerbarer Impulsgeber angeschlossen ist.
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Durch diese erfindungsgemöße Lösung ist gewährleistet, daß herkömmliche
Analogmeßinstrumente mit Zeigeranzeige ohne die Erfordernis des Zusatzes mechanischer
Einrichtungen hinsichtlich ihrer Anzeige vorubergehend auf den Momentanwert der
zu messenden Größe fixiert werden, nämlich so lange, bis beispielsweise eine Mehrzahl
an Meßinstrumenten abgelesen ist. Denn die Abtost-Halte-Scholtung wirkt auf Ansteuerung
durch den Impulsgeber - sei es periodisch, sei es einmalig - als Analogspeicher
zur Isolierung und Speicherung des Momentonwerts des Meßwertes zum Zeitpunkte der
Ansteuerung durch den Impulsgeber; und dieser Impulsgeber kann zugleich dafür ausgelegt
sein, das Ende der Speicherzeit fUr den erfaßten Momentan-Meßwert zu bestimmen,
woraufhin dos Analogmeßinstrument wieder in herkömmlicher Weise arbeitet, also unmittelbar
die Schwankungen der Meßgröße wieder gibt. Mechanische Zusatzeinrichtungen am Analogmeßinstrument
und damit die entsprechenden Werkzeug- und Justagekosten sowie Störanfölligkeiten
sind völlig vermieden; andererseits stellt der Einsatz des Analogspeichers gegenüber
einer Analog-Digital-Wandlung der Meßgröße und deren Abspeicherung einen vernachlössigbar
kleinen Zusatzaufwand an herkömmlichen Analogmeßinstrumenten dar.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels
zur erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. Es zeigt die einzige Figur der Zeichnung in
vereinfachter Darstellung ein Blockschaltbild
fUr eine universell
einsetzbare erfindungsgemäße analoge Meßeinrichtung mit gesteuerter Momentanwertspeicherung
und Anzeige an einem Zeiger-Analogmeßinstrument.
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Ein an sich beliebiges, herkömmliches Zeiger-Analogmeßinstrument 1
ist zweckmäßigerweise einer Wandlerschaltung 2 nachgeschaltet, die das Analogmeßinstrument
1 noch Maßgabe der von einem Meß-Aufnehmer 3 erfaßten, zu messenden physikalischen
Größe mit einem konstanten Strom speist. Um das maximale Ausgangssignal der Wandlerschaltung
2 einem konkret vorregebenen Analogmeßinstiument 1 anpassen zu können, ist die Wandlerschaltung
2 mit einer Abgleicheinrichtung 4 ausgestattet.
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Zwischen dem Aufnehmer 3 und dem Analogmeinstrument 1 ist als Analogspeicher
eine Abtast-Halte-Schaltung 5 vorgesehen. Diese ist als solche als Bausatz in integrierter
Technik kommerziell erhältlich, und sie besteht im wesentlichen aus einem Ladungsspeicher
in Form eines kapazitiv gegengekoppelten Operationsverstärkers mit einem gesteuerten
Schalter in Forr eines Feldeffekttransistors. Da die konkrete Ausgestaltung einer
solchen Abtast-Halte-Schaltung 5 nicht mehr zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung
gehört, ist deren Funktion in der Zeichnung lediglich als vereinfachtes Funktions-Blockschaltbild
berücksichtigt.
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Zwischen dem Aufnehmer 3 und der Abtast-Holte-Schaltung 5 ist zweckmtißigerweise
eine Anpoßschaltung 6 vorgesehen, die den Eingang der Abtast-Halte-Schaltung 5 unabhängig
vom konkreten Meßproblem und vom aktuell eingesetzten Aufnehmer 3 mit normierten,
die aktuelle Meßgröße reprösentierenden
Signalen speist.
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An einen Steuereingang 7 zur Ansteuerung der Abtast-Halte-Schaltung
5 ist ein steuerbarer I.pulsgeber 8 angeschlossen, dessen Ausgangssignal seinerseits
Uber eine Triggerschaltung 9 bestimmt wird. Zweckmaßigerweise ist zwischen der Triggerschaltung
9 und dem I.pulsgeber 8 eine Entkopplungsschaltung 10 vorgesehen, die bevorzugt
als Optokoppler 11 realisiert ist, um als Triggerschaltung 9 im Interesse universellen
Einsatzes der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung auch Impulsgeber aus Teilen von Leistungsschaltungen
oder Hochspannungsschaltungen verwenden zu können, ohne im Ubrigen die Bemessung
des Impulsgebers 8 variieren zu mUssen.
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Der Impulsgeber 8 ist bevorzugt als monostabile Kippstufe realisiert,
deren Ruckkippzeit (instabiler Schaltzustand) die Dauer der Ansteuerung des Steuereingangs
7 und damit der Speicherung des vom Aufnehmer 3 in den Analogspeicher Ubernommenen
Momentan-Meßwertes bestit. D. h., nach RUckkippen dieser monostabilen Kippstufe
in ihren stationören Zustand folgt das Ausgangssignal der Abtast-Halte-Schaltung
5 wieder dem Ausgangssignal der Anpaßschaltung 6, und am Analogmeßinstrument 1 erfolgt
wieder eine praktisch unverzögerte Anzeige der Schwankungen des vor Aufnehmer 3
erfaßten, zu messenden Zustandes. Uber ein Zeitglied 12 innerhalb des Impulsgebers
8, mittels dessen die Umlade-Vorgönge der monostabilen Kippstufe beeinflußt werden
können, läßt sich somit die Speicher-Dauer vorgeben, also diejenige Zeitupanne,
Uber die der Zeiger des Analogmeßinstrumentes 1 bei Anzeige desjenigen Meßwertes
verharrt, der durch Ansteueruna des Steuereingangs 7 in die Abtast-Halte-Schaltung
5 Ubernommen wurde.
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Durch einfaches Umschalten des Steuereingangs 7 auf den inversen Ausgang
des Impulsgebers 8 läßt sich mit diesem aber auch eine definierte Verzögerung der
übernahme eines Momentanmeßwertes in die Abtast-Halte-Schaltung 5, bezogen auf die
Ansteuerung von der Triggerschaltung 9 her, erreichen. Das ist insbesondere dann
von praktischer Bedeutung, wenn bei instationären, einmal ablaufenden Vorgängen
der Momentanmeßwert zu einem bestimmten Zeitpunkt in Bezug auf einen Referenzzeitpunkt
interessiert. Dann werden die physikalischen Erscheinungen am Orte des Aufnehmers
3 gleichzeitig mit Wirksamwerden der Triggerschaltung 9 ausgelöst, und erst nach
Ablauf einer gewissen Zeitspanne, die wiederum durch die vorgegebene Kippzeit des
Impulsgebers 8 bestimmt ist, wird der dann erreichte Momentan-Meßwert infolge Ansteuerung
des Stsuereingangs 7 in die Abtast-Halte-Schaltung 5 Ubernommen.
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Wie in der Zeichnung gestrichelt berUcksichtigt, kann die Ansteuerung
des Impulsgebers 8 aber auch Uber eine Triggerschaltung in Form eines Differentiators
13 erfolaen, um bei einer Zeitvariablen Meßgröße 3eweils des Auftreten eines Extremwertes
vorubergehend in der Abtast-Halte-Schaltung 5 zu speichern und am Analogmeßinstrument
1 durch die entsprechende Zeigerstellung anzugeben. Der gesonderte Differentiator
13 ist lediglich im Interesse der Übersichtlichkeit in der Zeichnung gesondert eingetragen.
In der Praxis konn bereits die zuvor erläuterte, an das aktuelle Meßproblem angepaßte
Trrschaltung 9 als Extre.wertermittler ausgebildet sein.
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Sehr zweckmäßig ist es, an dem Impulsgeber 8 einen Kontrollsignalaus
gang 14 vorzusehen, Uber den ein Signol 15 ansteuerbar ist, um beispielsweise
durch
optische Signalangabe anzuzeigen, daß die momentane Zeigerstellung eine aufgrund
Wirksamwerdens des Analogspeichers fixierte Zeigerstellung zwecks vorübergehender
Speicherung eines Momentanmeßwertes ist. Denn insbesondere bei sohr unregelmäßigen
oder sehr langsamen Zeigerbewegungen und bei ni ht-periodischez Ansteuerung des
Steuereingangs 7 könnten sonst Zweifel auftreten, ob die momentane Anzeige am Analogmßinstrument
1 die Anzeige des Speicherinhalts oder die unmittelbare Anzeige des vom Aufnehmer
3 momentan bestimmten Signals darstellt. Wenn es sich bei dem Signol 15 um eine
optische Signalgabevorrichtung handelt, beispielsweise eine Luminiszenzdiode, dann
ergibt sich die weitere zweckmößige Möglichkeit, eine optische Kopplung zur Entkopplungsschaltung
10 mit Optokoppler 11 vorzusehen, mit der Folge, daß durch die Einstellung des Zeitgliedes
12 eine zyklische Ansteuerung der Abtast-Halte-Schaltung 5 und somit eine periodische
Meßwertabtastung und - speicheranzeige erfolgt. Anstelle dieser optischen RUckkopplung
konn aber auch eine unmittelbare elektrische RUckkopplung vom Kontrollsignalausgang
14 des Impulsgebers 8 auf seinen Eingang oder auf die Triggerschaltung 9 vorgesehen
sein.
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Die Erfindung ist also nicht auf die dargeslten und beschriebenen
Merkmale und Maßnahmen beschrdnkt, sie umfaßt vielmehr auch alb fachmönnischen Abwandlungen
und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen Merkmale
und Maßnahmen.
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