DE2734841A1

DE2734841A1 - Enhanced sensitivity multi-range meter - has second selector switch and differential amplifier to increase deflection for low voltages

Info

Publication number: DE2734841A1
Application number: DE19772734841
Authority: DE
Inventors: Alberto Dipl Ing Formica; Lutz Lehmann
Original assignee: NEUBERGER MESSINSTRUMENTE
Current assignee: NEUBERGER MESSINSTRUMENTE
Priority date: 1977-08-02
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1979-02-15

Abstract

A mutlirange meter has two input terminals (11) one of which is connected to earth and the other of which is connected to a potential divider (20). Tappings on the potential divider are selected by a range selector switch (12) to provide desired full scale deflection for a given input voltage level. The output from the selector switch passes to an amplifier (17) and by way of a resistor (21) to the inverting input of a differential amplifier, the other input of which is fed from a reference voltage source (18). Tappings of a potential divider across the latter are selected by one pole of a three-way switch, the other pole of which sets the feedback resistance to this inverting input of the differential amplifier so that the ranges of the meter may be further subdivided to provide greater reading accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Mehrbereichsmeß-The invention relates to an electrical multi-range measuring

gerät mit wenigstens zwei Eingangsklemmen für eine elektrische Meßgröße, wenigstens einem Bereichsumschalter und einem eine Anzeigeskala aufweisenden Analog-Anzeigeinstrument.device with at least two input terminals for an electrical measured variable, at least one range switch and an analog display instrument having a display scale.

Analoge Anzeigeinstrumente unterliegen bekanntlich der Klassengenauigkeit. Diese erlaubt eine Fehlanzeige des Instrumentes innerhalb eines bestimmten prozentualen Anteils der Skalenlänge bzw. des Skalenbogens, bezogen auf den Skalenendwert, an jeder Stelle der Skala. Das bedeutet, daß der absolute auf den Anzeigewert bezogene Fehler wächst, je kleiner der Zeigerausschlag ist. Hat z.B. ein Instrument der Klasse 1 (= Genauigkeit 1 O/o) einen Meßbereich von 100 V, so muß es bei 100 V Meßspannung mindestens 99 V und höchstens 101 Volt anzeigen; der Anzeigefehler liegt also innerhalb + 1 V.As is well known, analog display instruments are subject to class accuracy. This allows the instrument to fail within a certain percentage Proportion of the scale length or the scale arc, based on the full scale value every point on the scale. This means that the absolute value related to the display value The smaller the pointer deflection, the greater the error. E.g. has an instrument of the class 1 (= accuracy 1 O / o) has a measuring range of 100 V, it must be at 100 V measuring voltage display at least 99 V and at most 101 volts; the display error is therefore within + 1 V.

Z.B. soll mit einem 3 1/2-stelligen Digitalinstrument die Spannung von 19,90 V gemessen werden. Die letzte Stelle kann um + 1 schwanken, entsprechend + 0,01 V. Der durch das Auflösungsvermögen verursachte Fehler beträgt also + 0,01 V von ca. 20 V, entsprechend 0,05 %. Nun soll die Spannung 20,10 V gemessen werden. Dazu muß der Bereich 200,0 eingestellt werden mit einem Anzeigefehler der letzten Stelle von + 0,1 V. 0,1 V von ca. 20 V entspricht aber ca. 0,5 % Fehler.E.g. the voltage should be measured with a 3 1/2-digit digital instrument of 19.90 V. The last digit can fluctuate by +1, accordingly + 0.01 V. The error caused by the resolution is therefore + 0.01 V of approx. 20 V, corresponding to 0.05%. Now the voltage should be measured 20.10 V. To do this, the range 200.0 must be set with a display error in the last one Digit of + 0.1 V. 0.1 V of approx. 20 V corresponds to approx. 0.5% error.

Es ist schon bekannt, in die Skala des Analoginstrumentes eine Digitalanzeige einzufügen. Diese Lösung ist jedoch aufwendig und kostspielig, zudem ungenügend, weil für die Digitalanzeige der Zwang zur dekadischen Bereichsumschaltung nicht entfällt.It is already known to have a digital display in the scale of the analog instrument to insert. However, this solution is complex and expensive, and in addition insufficient, because for the digital display there is no need to switch between decade ranges not applicable.

Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, den Vorteil besserer Grundgenauigkeit und höherer Auflösung der digitalen Vielfach-Meßgeräte gegenüber den Analoginstrumenten weitgehend einzuholen und die Vorteile der Analoganzeige beizubehalten.The aim of the invention is thus to have the advantage of better basic accuracy and higher resolution of the digital multimeters compared to the analog instruments to a large extent and retain the advantages of the analog display.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß zwischen den Bereichsumschalter und das Anzeigeinstrument eine Bereichsunterteilungsschaltung mit einem Stufenschalter geschaltet ist, mittels der vorbestimmte Teilbereiche eines jeden Bereichs auswählbar und auf die volle Skalenlänge spreizbar sind. Dabei ist der Gesamtbereich vorzugsweise in mehrere unmittelbar aneinandergrenzende Teilbereiche unterteilt, welche vorteilhafterweise gleich lang sind. Besonders vorteilhaft ist , wenn der Gesamtbereich in drei Teilbereiche unterteilt ist, weil dadurch zusammen mit der 1-3-Unterteilung der Meßbereich und unter Zugrundelegung eines Neßwerkfehlers von maximal 1 % der Skalenlänge eine Grundgenauigkeit von 0,5 '%o (Klasse 0,5) und eine Auflösung von ca. 0,1 °%erreicht wird, denn durch die Spreizung der einzelnen Teilbereiche auf die volle Skalenlänge erfolgt praktisch eine elektrische Vergrößerung, welche eine entsprechend erhöhte Ablesegenauigkeit mit sich bringt. Bei einer Dreifach-Spreizung ist lediglich ein Dreifachumschalter mit zwei Ebenen zusätzlich erforderlich.To solve this problem, the invention provides that between the Range switch and the display instrument a range division circuit is switched with a step switch, by means of the predetermined sub-areas of a Each range can be selected and spread over the full scale length. It is the total area preferably into several directly adjoining partial areas divided, which are advantageously of equal length. Is particularly advantageous if the total area is divided into three parts, because they are combined with the 1-3 subdivision of the measuring range and on the basis of a measurement error of a maximum of 1% of the scale length a basic accuracy of 0.5% o (class 0.5) and a resolution of approx. 0.1 °% is achieved because of the spreading of the individual Sub-areas to the full scale length are practically an electrical enlargement, which brings a correspondingly increased reading accuracy with it. With a triple spread all that is required is a triple changeover switch with two levels.

Eine bevorzugte praktische Verwirklichung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Bereichsunterteilungsschaltung einen Differenzverstärker mit umschaltbarer Verstärkung umfaßt, dessen Ausgang am Anzeigeinstrument liegt, an dessen einen Eingang der gegebenenfalls über einen Verstärker geführte Ausgang des Bereichsumschalters angelegt ist und an dessen anderem Eingang ein durch den Stufenschalter veränderbares Bezugspotential liegt. Der Stufenschalter ist zweckmäßigerweise ein Zweiebenen-Stufenschalter, mit dem gleichzeitig die Verstärkung des Differenzverstärkere und das Bezugssignal schaltbar sind. Vorzugsweise ist eine Grundschaltposition vorgesehen, bei der der Differenzverstärker eine vorbestimmte Grundverstärkung hat und das Bezugspotential Null ist. Der Differenzverstärker weist in allen anderen Schaltpositionen zweckmäßig eine mehrfache, vorzugsweise dreifache Verstärkung auf. Dieser zusätzliche Verstärkungsfaktor entspricht der Anzahl der Teilbereiche, in die der Gesamtbereich unterteilt ist. Die schon vorhandene Verstärkung wird also erhöht um den Faktor 3.Characterizes a preferred practical implementation of the invention in that the range division circuit has a differential amplifier includes switchable gain, the output of which is on the display instrument one input of which is the output of the, possibly routed via an amplifier Range switch is applied and at its other input a through the step switch changeable reference potential is. The step switch is expediently a Two-level step switch, with which the amplification of the differential amplifier is simultaneously and the reference signal can be switched. A basic switching position is preferred provided, in which the differential amplifier has a predetermined basic gain and the reference potential is zero. The differential amplifier exhibits in all others Switching positions expediently on a multiple, preferably triple gain. This additional gain factor corresponds to the number of sub-areas in which the total area is subdivided. So the already existing reinforcement will increased by a factor of 3.

In den anderen Schaltpositionen sind bevorzugt vorbestimmte Bruchteile einer festen Spannung, welche den Bruchteilen von Uo entspricht, an den Bezugssignaleingang gelegt. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß in den anderen Schaltpositionen vorbestimmte Bruchteile einer festen Spannung an den Bezugssignaleingang gelegt werden, die den Bruchteilen der normierten Ausgangsspannung des Eingangsverstärkers entsprechen.In the other switching positions, predetermined fractions are preferred a fixed voltage, which corresponds to the fractions of Uo, to the reference signal input placed. It is preferably provided that predetermined in the other switching positions Fractions of a fixed voltage can be applied to the reference signal input, which the Correspond to fractions of the standardized output voltage of the input amplifier.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur eine bevorzugte Prinzipschaltung eines erfindungsgemäßen Mehrbereichsmeßgerätes zeigt.The invention is illustrated below, for example, with reference to the drawing described, the only figure of which shows a preferred basic circuit of an inventive Multi-range meter shows.

Nach der Zeichnung weist das Meßgerät zwei Eingangsklemmen 11 auf, an die eine Meßspannung UM angelegt werden kann. Ein nur beispielsweise mit vier Stufen dargestellter Spannungsteiler 20 setzt die angelegte Spannung auf vorbestimmte Bruchteile herab. Die Unterteilung ist zweckmäßigerweise so, daß Meßbereiche von 1, 3, 10, 30, 100, 300 usw. V erzielt werden.According to the drawing, the measuring device has two input terminals 11, to which a measurement voltage UM can be applied. One only with four, for example Voltage divider 20 shown in stages sets the applied voltage to a predetermined one Fractions down. The subdivision is expediently such that measuring ranges from 1, 3, 10, 30, 100, 300, etc. V can be obtained.

Mittels eines Bereichsumschalters 12 wird die in gewünschter Weise herabgesetzte Spannung abgegriffen und einem Verstärker 17 zugeführt. Das normierte Meßsignal wird weiter ruder einen Widerstand 21 an den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 16 angelegt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 16 ist über Widerstände 22, 23 an den betreffenden Eingang rückgekoppelt. Der Widerstand 23 ist durch einen dreistufigen Zweifach-Stufenschalter 15 in der Schaltstufe 1 überbrückbar. Die Widerstände 21, 22 haben den Wert R, der Widerstand 23 den Wert 2R. Außerdem ist der Ausgang des Differenzverstärkers 16 an das Anzeigeinstrument 13 angelegt.By means of a range switch 12, the The reduced voltage is tapped and fed to an amplifier 17. The standardized Measurement signal is further ruder a resistor 21 to the inverting input of one Differential amplifier 16 applied. The output of the differential amplifier 16 is fed back to the relevant input via resistors 22, 23. The resistance 23 is in switching stage 1 by means of a three-stage two-stage switch 15 bridgeable. The resistors 21, 22 have the value R, the resistor 23 the value 2R. In addition, the output of the differential amplifier 16 is to the display instrument 13 created.

An den "nichtinvertierenden" Eingang des Differenzverstärkers 16 ist der weitere Schaltarm des Zweifach-Stufenschalters 15 angelegt. Die Schaltstufe 1 dieses Schalters liegt auf Nullpotential, während die Schaltstufen 2, 3 an die beiden Zwischenabgriffe eines Spannungsteilers 19 angeschlossen sind, der aus drei Widerständen in Reihenschaltung besteht derart, daß U1 = 1/3 Uo, U2 = 2/3 Uo, gemessen gegen das Nullpotential. Das eine Ende des Spannungsteilers 19 ist auf Nullpotential, während an das andere Ende eine Referenzspannungsquelle 18 angeschlossen ist.To the "non-inverting" input of the differential amplifier 16 is the further switching arm of the two-way step switch 15 is applied. The switching step 1 of this switch is at zero potential, while the switching stages 2, 3 to the two intermediate taps of a voltage divider 19 are connected, which consists of three Resistors connected in series are such that U1 = 1/3 Uo, U2 = 2/3 Uo, measured against the zero potential. One end of the voltage divider 19 is at zero potential, while a reference voltage source 18 is connected to the other end.

Die innerhalb der gestrichelten Umrandung 14 zusammengefaßten Bauteile bilden eine Bereichsunterteilungsschaltung.The components summarized within the dashed border 14 constitute an area dividing circuit.

Es ist nicht erforderlich, daß die feste Spannung 18 genau gleich der normierten Ausgangsspannung Uo ist; es genügt, wenn U1 = 1/3 Uo, U2 = 2/3 Uo beträgt.It is not necessary that the fixed voltage 18 be exactly the same is the normalized output voltage Uo; it is sufficient if U1 = 1/3 Uo, U2 = 2/3 Uo amounts to.

Das beschriebene elektrische Mehrbereichsmeßgerät arbeitet wie folgt: Zunächst wird der Zweifach-Stufenschalter 15 in die Position 1 gebracht. Alsdann wird der gewünschte bzw. erforderliche Meßbereich z.B. 0 bis 3 V am Bereichsumschalter 12 eingestellt.The described electrical multi-range measuring device works as follows: First, the two-way step switch 15 is set to position 1. Then the desired or required measuring range e.g. 0 to 3 V on the range switch 12 set.

Liegt der angezeigte Meßwert zwischen Null und 1, so wird der nächst kleinere Meßbereich mit dem Bereichsschalter 12 eingestellt usw.. Liegt der am Anzeigeinstrument 13 angezeigte Meßwert zwischen 1 und 2 V, so wird der Stufenschalter 15 in die Schaltposition 2 gebracht. Hierdurch wird aufgrund der Werte der Widerstände 21, 22, 23 die Verstärkung des Differenzverstärkers 16 verdreifacht, während dem Bezugssignaleingang + statt des Nullpotentials eine Spannung zugeführt wird, die gleich 1/3 der normierten Meßspannung Uo bei Vollausschlag entspricht. Dies wird dadurch gewährleistet, daß in den anderen Schaltpositionen vorbestimmte Bruchteile einer festen Spannung 18 an den Bezugssignaleingang gelegt werden, die den Bruchteilen der normierten Ausgangsspannung Uo des Eingangsverstärkers 17 entsprechen. Auf diese Weise entspricht der Nullausschlag des Anzeigeinstruments 13 nunmehr der Meßspannung 1V, während der Vollausschlag der Meßspannung 2 V entspricht. Meßspannungen zwischen 0 und 1 V würden zu einem negativen Zeigerausschlag führen und müssen eine Umschaltung des Bereichsumschalters 12 auf den Bereich 0 bis 1 V nach sich ziehen.If the displayed measured value is between zero and 1, the next smaller measuring range with range switch 12 set etc. If the measured value displayed on the display instrument 13 is between 1 and 2 V, then the step switch 15 is brought into switching position 2. This is due to of the values of the resistors 21, 22, 23 the gain of the differential amplifier 16 tripled, during the reference signal input + instead of the zero potential a voltage which corresponds to 1/3 of the standardized measurement voltage Uo at full deflection. This is ensured by the fact that predetermined switching positions are used in the other switching positions Fractions of a fixed voltage 18 are applied to the reference signal input, the correspond to the fractions of the standardized output voltage Uo of the input amplifier 17. In this way, the zero deflection of the display instrument 13 now corresponds to Measuring voltage 1V, while the full scale corresponds to the measuring voltage 2V. Measuring voltages between 0 and 1 V would lead to a negative pointer deflection and must have a Switch over the range switch 12 to the range 0 to 1 V.

Sofern der bei der Schaltposition 1 festgestellte Meßwert zwischen 2 und 3 V liegt, wird der Stufenschalter 15 in die Position j gebracht. Die Verstärkung bleibt auf dem dreifachen Wert gegenüber der Position 1. Dem Bezugssignaleingang + wird jedoch nunmehr über den Schaltkontakt 3 eine Spannung zugeführt, die gleich 2/f der normierten Meßspannung Uo bei Vollausschlag ist. Auf diese Weise entspricht der Nullausschlag des Instruments 13 der Meßspannung 2 V.If the measured value determined at switching position 1 is between 2 and 3 V, the step switch 15 is brought into position j. The reinforcement remains at three times the value compared to position 1. The reference signal input +, however, a voltage is now supplied via the switch contact 3 which is the same 2 / f is the normalized measurement voltage Uo at full scale. This corresponds to the zero deflection of the instrument 13 of the measuring voltage 2 V.

Die Meßwerte zwischen 0 und 2 V werden unterdrückt bzw. führen zu einem negativen Ausschlag, welcher das Erfordernis eines Darunterschaltens auf die Schaltstufe 2 bzw. auf den nächstniedrigen Meßbereich mit dem Umschalter 12 hinweist.The measured values between 0 and 2 V are suppressed or lead to a negative rash, which would require a downshift to the Switching stage 2 or the next lower measuring range with switch 12 indicates.

Claims

Electrical multi-range measuring device Patent claims 1.) Electrical Multi-range measuring device with at least two input terminals for one electrical measured variable, at least one range switch and an analog display instrument having a display scale, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that between the range switch (12) and the display instrument (13) a range subdivision circuit (14) with a step switch (15) is switched by means of the predetermined partial areas of each area selectable and expandable to the full scale length.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t, that the total area is divided into several immediately adjacent sub-areas is.

3. Measuring device according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t, that each sub-area is of the same length.

4. Measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the total area is divided into three sub-areas.

5. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that g e k Note that the range dividing circuit (14) is a differential amplifier (16) with switchable gain, the output of which on the display instrument (13) is, at one input of which may be passed through an amplifier (17) Output of the range switch (12) is applied and at its other input there is a reference signal that can be changed by the step switch (15).

6. Measuring device according to claim 5, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that the tap changer is a two-way tap changer (15) with which at the same time the gain of the differential amplifier (16) and the reference signal can be switched.

7. Measuring device according to claim 5 or 6, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a basic switching position is provided in which the differential amplifier (16) has a predetermined basic gain and the reference signal input is at zero potential lies.

8. Measuring device according to claim 7, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t, that the differential amplifier (16) in all other switching positions a multiple, preferably has triple reinforcement.

9. Measuring device according to claim 7 or 8, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that in the other switching positions predetermined fractions of a fixed Voltage (18) to the reference signal input be laid that the Correspond to fractions of the standardized output voltage (Uo) of the input amplifier (17).