DE2808397B2 - Verfahren und Einrichtung zur digitalen Spannungsmessung - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur digitalen SpannungsmessungInfo
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- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
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Description
heraufzählendes Eingangssignal an einen zweiten Zähler, und der endgültige Zählwert im zweiten Zähler
gibt die Differenz zwischen dem /weiten größeren und dem ersten impulssignal an. Wenn der erste Zähler nur
teilweise auf Null heruntergezählt wird, was einem zweiten kleineren Impulssignal entspricht, wird eine
zusätzliche Impulse bereitstellende Quelle ausgelöst bzw. eingeschaltet, die ein Impulsausgangssignal zum
Herunterzählen des ersten Zählers auf Null und gleichzeitig zum Heraufzählen des zweiten Zählers
bereitstellt. Wenn der erste Zähler in diesem Falle den Zählerstand Null erreicht, schaltet die Null-Feststelleinrichtung
die zusätzliche Impulsquelle ab, und die zusätzliche Impulszahl im zweiten Zähler gibt die
Differenz zwischen dem zweiten kleineren und dem ersten Impulszählsignal wieder.
In beiden Fällen wird das erste und das zweite Impulszählsignal digital voneinander abgezogen und die
Impulszähldifferenz wird im zweiten Zähler gespeichert. Ein digitaler Vergleicher vergleicht die Impulszähldifferenz
im zweiten Zähler mit einer voreingestellten Differenz und erzeugt ein Anzeigehaltesignal, das
den angezeigten Wert des analogen Signals festhält, wenn die Impulszähldifferenz auf den vorgegebenen
Wert abfällt.
Die Messung zwischen aufeinander folgenden Impulszählsignalen wird solange wiederholt, bis die
vorgegebene Impuiszähldifferenz erreicht ist. Zu diesem Zwecke ist eine Schaltungsstufe vorgesehen, die das
zweite Impulszählsignal speichert, und im Zusammenhang damit ist eine Schaltungseinrichtung vorhanden,
die das zweite Signal an den ersten Zähler überträgt, wenn die vorgegebene Impulszähldifferenz zwischen
dem ersten und zweiten Signal nicht erreicht wurde. Ein drittes digitales Impulszählsignal wird dann dem ersten
Zähler als herunterzählendes Eingangssignal bereitgestellt, so daß eine Impulszähldifferenz zwischen dem
zweiten und dritten Signal usw. für das dritte und vierte, das vierte und fünfte Signal usw. erhalten wird.
Es sind Schaltungsstufen vorgesehen, um das Intervall zwischen ausgewählten digitalen Impulszählsignalen,
die voneinander abgezogen werden, zu vergrößern oder zu verkleinern. Durch geeignete Einstellung dieses
vorgegebenen Zeitintervalls und durch Einstellen der vorgegebenen Impulszähldifferenz auf Null, ist das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung auch für die Feststellung von analogen
Signalspitzen bzw. Maxima und analogen Signaltälern bzw. Minima anwendbar.
Die vorliegende Erfindung schafft also ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Größe eines sich
verändernden analogen Signals und zum Anzeigen einer guten Approximation eines endgültigen stabilisierten
Wertes, bevor das Signal eine Stabilisation erreicht hat Ein Analog-Digital-Umsetzer setzt das analoge Signal
in entsprechende digitale Impulssignale um, und die digitalen Impulssignale werden dem Benutzer angezeigt. Eine automatische Anzeige-Halteschaltung stellt
die Impulszähldifferenz zwischen aufeinanderfolgenden, voneinander mit einem vorgegebenen Zeitintervall
zeitlich beabstandeten Impulszählsignalen fest, vergleicht die Differenz mit einem vorgegebenen Wert und
erzeugt dann, wenn der vorgegebene Wert erreicht ist,
ein Steuersignal, das den angezeigten Wert festhält und
verhindert, daß die Anzeige auf den neuesten Stand gebracht bzw. aktualisiert wird, wenn sich das analoge
Signal weiter ändert Die Differenz zwischen den Impulssignalen wird durch Speichern des ersten Signals
in einem Aufwärts-ZAbwärts-Zähler und durch Herunterzählen des Zählers in Abhängigkeit des zweiten
Signals ermittelt. Die Anzeige-Halteschaltung stellt die Impulszähldifferenz und das Vorzeichen der Differenz
zwischen den beiden Signalen entweder dadurch fest, daß (I) die Anzahl der verbleibenden Impulse im
zweiten Signal nach dem Herunterzählen des Zählers auf Null oder (2) die Anzahl der zusätzlichen I nDu'se
gezählt wird, die erforderlich sind, um den Zähler nach
to Abschluß des zweiten Signals auf Null herunterz jzählen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild, das eine potentiometrische Meßeinrichtung mit einem Digital-Voltmeter zeigt, um den pH-Wert einer Lösung zu messen und anzuzeigen, wobei eine automatische Anzeige-Halteschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
F i g. 2 eine graphische Darstellung eines analogen Signals, das von den pH-Wert-Meßelektroden gemäß F i g. 1 erzeugt wird, wobei die Spannung über der Zeit aufgetragen ist,
F i g. 1 ein Blockschaltbild, das eine potentiometrische Meßeinrichtung mit einem Digital-Voltmeter zeigt, um den pH-Wert einer Lösung zu messen und anzuzeigen, wobei eine automatische Anzeige-Halteschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
F i g. 2 eine graphische Darstellung eines analogen Signals, das von den pH-Wert-Meßelektroden gemäß F i g. 1 erzeugt wird, wobei die Spannung über der Zeit aufgetragen ist,
F i g. 3 ein teilweises Blockschaltbild des in F i g. 1 dargestellten Digital-Voltmeters,
Fig.4 eine graphische Darstellung verschiedener
Zeittakt-Zeitsteuer- und Steuersignale, die über der Zeit aufgetragen sind und die Arbeitsweise des Digital-Voltmeters
sowie der in F i g. 1 dargestellten Anzeige-Halteschaltung steuert, und
Fig.5 ein schematisches Diagramm und ein Blockdiagramm
der erfindungsgemäßen Anzeige-Halteschaltung in Kombination.
Wie die Zeichnungen, und insbesondere F i g. 1 wiedergibt, wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang
mit einer potentiometrischen pH-Wert-Meßeinrichtung erläutert, die eine Meßelektrode 10 und eine
Bezugselektrode 12 aufweist, welche in einer Testlösung 14 eingetaucht und mit einem Digital-Voltmeter 16
elektrisch verbunden sind. Die zwischen den Elektroden 10 und 12 auftretende Spannungsdifferenz, die den
pH-Wert der Lösung 14 wiedergibt wird dem Digital-Voltmeter bereitgestellt welches das pH-Wert-Anzeigesignal
in lesbarer Form für den Benutzer anzeigt. Das Digital-Voltmeter 16 ist bei dem hier
gewählten Ausführungsbeispiel ein herkömmliches Voltmeter, das nach dem Zweitschritt-Verfahren, im
angelsächsischen Sprachgebrauch auch »Dual-Slope«- Integrationsverfahren genannt arbeitet Obgleich die
vorliegende Erfindung lediglich im Zusammenhang mit
so einem Zweitschritt-Voltmeter beispielsweise beschrieben wird, kann die vorliegende Erfindung natürlich auch
im Zusammenhang mit anderen Analog-Digital-Signalumsetzer-Systemen
benutzt werden.
Bei einem pH-MeBsystem ist das pH-Wert-Signal, das
von den Elektroden 10 und 12 erzeugt wird, ein analoges SpannungssignaL das einen bestimmten Zeitraum
benötigt um sich auf einen Signalwert zu stabilisieren, der den pH-Wert der Lösung 14 wiedergibt Eine
derartige Änderung bzw. ein Auslaufen eines analogen Spannungssignals ist durch die ausgezogene Kurve in
Fig.2 dargestellt die wiedergibt wie dieses analoge
Spannungssignal sich im Laufe der Zeit einem stabilen Wert Vs annähert (d.h. es ist der positive Anstieg
dargestellt). Bei einigen Meßeinrichtungen oder Syste-
men kann das Signal auch auf einen stabilen Wert hin
mit der Zeit abnehmen (d.h. es liegt ein negativer
Anstieg bzw. ein Abfall vor), wie dies durch die gestrichelte Kurve in Fig.2 angedeutet ist Der
Stabilisierungszeilraum kann zwischen einigen Millisekunden
und einigen Minuten liegen. Wenn sich das analoge Signal auf einen stabilisierten Endwert zu
ändert, wird die vom Digital-Voltmeter 16 angezeigte Spannungsanzeige regelmäßig weitergezählt und folgt
der Änderung des Signals. Infolgedessen muß der Benutzer des Voltmeters, der das Voltmeter
abliest und den Endwert des pH-Wertes ablesen möchte, warten, bis sich das angezeigte Signal
stabilisiert hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erhält eine Anzeige-Halte- bzw. -Fangschaltung 18 ständig die
gemessene Spannungssignalinformation (zusammen mit verschiedenen Zeitsicuer- und Steuer- bzw. Regelsignalen)
über das Kabel 20 vom Voltmeter 16 zugeleitet. Die Änzeige-Haiteschahung 18 analysiert die vom Voltmeter
16 kommende Spannungsinformation, während sich das analoge pH-Wert-Signal auf einen stabilisierten
Wert hin verändert. Wenn die Spannungsinformation ein bestimmtes Kriterium befriedigt, das im weiteren
noch beschrieben werden wird, erzeugt die Schaltung 18 ein Anzeige-Haltesignal, das über eine Leitung 22 an das
Voltmeter 16 gelangt und dann den angezeigten Spannungswert des Voltmeters 16 festhält. Auf diese
Weise kann eine gute Näherung der endgültigen pH-Werl-Ablesung automatisch gemessen bzw. festgestellt
und auf der Anzeige festgehalten werden, bevor das analoge Signal den endgültigen stabilisierten Wert
erreicht.
Bevor die vorliegende Erfindung beschrieben wird, ist es für das Verständnis derselben hilfreich, kurz die
Arbeitsweise des Zweitschritt-Voltmeters 16 in groben Zügen zu erläutern. Fig. 3 zeigt einige hier interessierende
Schaltungsteilc in einem derartigen Voltmeter und Fig. 4 gibt einige Steuer- b?w. Regel- und
Zeitsteuersignale wieder. In Fig.4 sind sieben Impulssignale
mit »DVM-UMSETZSIGNAL«, »ZWEIT SCHRITT-SIGNAL« bzw. »DUAL SLOPE«, »Α«, »β«,
»C »STROBE-SIGNAL«, bzw. »ABTAST-SIGNAL«
und »PC« bezeichnet. All diese Signale werden in herkömmlicher Weise im Voltmeter erzeugt.
Das »DV7Vf-L/7WS£TZ«-impulssignal löst die Analog-Digital-Umsetzung
jedes abgegriffenen Amplitudenwerts des analogen Signals aus. Bei der bevorzugten
Ausführungsform führt das Voltmeter 16 alle 312 Millisekunden eine Umsetzung durch, und es tritt alle
312 Millisekunden einmal der DVM-UMSETZ-Impuls
mit positivem Impulswert auf, um diese Umsetzung auszulösen.
Die »ZWEITSCHR/77"«-Kurve gibt das Aufladen
eines Integrationskondensators durch das analoge Eingangssignal während eines Zeitintervalls 71 und das
nachfolgende Entladen des Kondensators mit einem Bezugssignal während des Zeitraumes Ti wieder. Am
Ende des Zeitraumes T2 ist der analoge Amplitudenwert
in einen digitalen Impulswert umgesetzt
Das »^«-Signal weist während des Zeitraums 71 + 72
einen hohen Wert auf. Das »ß«-Signal weist nur während des Zeitraumes 71 einen hohen Wert auf.
Das »G<-Signal ist der Ausgangsimpuls eines torgesteuerten (»gated«) Oszillators während des
Zeitraumes 7! + 7i
Der »577?Oߣ«-Impuls weist während eines kurzen
Zeitraumes am Ende des Zeitraumes T2 einen hohen
Wert auf und löst zeitweilig den Pufferspeicher und die Anzeige des digitalen Impulssignals aus, das dem
Amplitudenwert des analogen Signals entspricht
Signal, das während der Zeiträume 71 und T2 und
während der S77?OߣT-Intervalle einen niederen Signalwert aufweist, geht am Ende des 577?Oߣ-lmpulses in
einen hohen Signalwert über, um anzuzeigen, daß die Analog-Digital-Umsetzung abgeschlossen und das digitale
Impulssignal in den Pufferspeicher gebracht und angezeigt worden ist.
Drei weitere Steuer- bzw. Regelsignale »GO«, »RCB« und »EINGABE« werden von der Anzeige-Halteschaltung
18 der vorliegenden Erfindung erzeugt und werden nachfolgend noch beschrieben.
Nachfolgend wird auf das teilweise Blockschaltbild gemäß Fig.3 und die Signale gemäß Fig.4 Bezug
genommen. Das Zweischritt-Voltmeter 16 besitzt einen torgesteuerten Oszillator 24 (600 KHz), einen Zähler 28,
einen Pufferspeicher 30 und eine Anzeige 32. Der Ausgangsimpuls »C« des Oszillators 24 gelangt an den
Eingang des Zählers 28. Der Zähler 28 ist mit dem Pufferspeicher 30 verbunden, und die Zählerstände des
Zählers 28 werden bei Auftreten des »S77?Oߣ«-Impulses
am Speicher in den Speicher eingegeben. Die Inhalte des Pufferspeichers werden mit der Anzeige 32
angezeigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform zeigt die Anzeige 32 vier Dezimalziffern an, und der Zähler 28
sowie der Speicher 30 sind daher Vier-Dekaden-Schaltungen.
Wie bereits erwähnt, ist das nach dem Zweitschritl-Integrationsverfahren
arbeitende Voltmeter 16 in herkömmlicher Weise aufgebaut und ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Grundsätzlich tastet das
Voltmeter das analoge Spannungssignal in aufeinanderfolgenden, gleichmäßig voneinander beabstandeten
Zeitintervallen ab und erzeugt digitale Impulszählsignale, die der Amplitude des analogen Signals bei dem
jeweiligen abgetasteten interval! entsprechen. Im vorliegenden Fall wird jeder Umsetzvorgang durch den
»DVM-UMSETZ«-lmpu\s ausgelöst, der alle 312
Millisekunden in einen hohen Signalwcrt übergeht. Zu Beginn des Zeitraumes 71 während jedes Umsetzvorganges
gelangt das analoge Eingangssignal an einen (nicht dargestellten) Integrationskondensator, und der
Ausgangsimpuls »Ü« des lorgesteuenen Oszillators 24
wird dem Zähler 28 zugeleitet. Der Kondensator wird, wie dies durch die ZWEITSCHRITT-Kurve dargestellt
ist, während eines festen Zeitintervalls Ti aufgeladen,
das durch eine vorgegebene Impulszählung, die im Zähler durchgeführt wird, festgelegt ist. Am Ende des
Zeitraumes 71 wird eine vorgegebene (nicht dargestellte) Bezugsspannung, die ein entgegengesetztes Vorzeichen
zur Eingangsspannung aufweist, an den Kondensator angelegt, um diesen während des Zeitintervalls T2 zu
entladen. Gleichzeitig wird der Zähler 28 rückgesetzt und setzt die Zählung in Abhängigkeit des vom
Oszillator 24 bereitgestellten Impulssignals »C« fort. Der Kondensator wird mit dem Bezugssignal auf Null
entladen und der erforderliche Entladezeitraum legt die Länge des Zeitraumes 7} fest. Der Zeitraum Ti ist also
proportional dem momentanen Amplitudenwert des Eingangssignals. Durch Anhalten des Zählers 28 am
Ende des Zeitraumes T2 ergibt sich, daß die Anzahl der
während des Zeitraumes T2 erzeugten und im Zähler
gespeicherten Impulse den momentanen Amplitudenwert des analogen Eingangssignals wiedergibt Das
digitale Impulszählsignal im Zähler wird dann mittels des »S77?OflßK-lmpulses in den Speicher 30 übertragen
und auf der Anzeige 32 angezeigt
Gemäß der vorliegenden Erfindung gelangen die Inhalte des Pufferspeichers 30 und das Impulssignal »O<
beide als Eingangssignale zur Anzeige-Halteschaltung 18 (vgl. Fig. 3). Die Schaltung 18 stellt ihrerseits ein
»A/AL7"E«-Signal unter bestimmten Voraussetzungen
bereit, das das »STROBE«-S\gna\ überlagert oder
unwirksam macht, um die Übertragung der Zählerstände des Zählers 28 in den Speicher auszulösen. Auf diese
Weise wird verhindert, daß der Speicher 30 und damit die Anzeige 32 auf den neuesten Stand gebracht wird
bzw. weiterzählt und der dann angezeigte Impulssignalwert wird dadurch auch dann als endgültig angezeigter
Wert festgehalten, wenn sich das analoge Signal noch ändert. Um dies zu erreichen, gelangen die »STROBE«-
und »W/4Z.7jE"«-Signale als Eingangssignale an ein
UND-Glied 33, wobei das »S77?OSE«-Signal zuvor durch einen Inverter 35 zugeschickt wird. Der Ausgang
des UND-Gliedes 33 ist mit dem »STROBE«-Eingang des Speichers 30 verbunden. Wenn das »HALTE«-Signal
bei dieser Schaltungsanordnung einen niederen Wert aufweist, besitzt das Ausgangssignal des Inverters
35 einen hohen Signalwert und bringt das UND-Glied 33 in einen Zustand, in dem es irgendeinen hohen
»STROBE«-\mpu\s durchläßt, der am anderen Eingang
des UND-Gliedes 33 auftritt. Ein durch das UND-Glied 33 hindurchgegangener und an den Speicher 30
gelangender »STROBE«-\mpu\s bewirkt, daß die
Zählerstände des Zählers 28 in den Speicher eingegeben werden. Wenn das »HALTE«-Signa\ dagegen einen
hohen Signalwert aufweist, liegt am Ausgang des Inverters 35 ein niederer Signalwert an, so daß das
UND-Glied 33 gesperrt ist und ein »STROBE«-Impuls nicht hindurchläßt, so daß dadurch verhindert wird, daß
die Zählerstände des Zählers 28 in den Speicher 30 eingegeben werden. Infolgedessen wird verhindert, daß
der Speicher und damit die Anzeige auf den neuesten Stand gebracht wird, so daß der Impulszählwert dann im
Speicher festgehalten wird und auf der Anzeige festgehalten bleibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die Anzeige-Halteschaltung 18 die aufeinanderfolgenden
digitalen Impulszähisignale fest, die durch einen vorgegebenen Zeitraum voneinander zeitlich beabstandet
sind und jeweils einen entsprechenden momentanen Amplitudenwert des sich ändernden analogen Eingangssignals
darstellen, und substrahiert die aufeinanderfolgenden Impulszählsignale, um zwischen ihnen die
Impulszähldifferenz zu ermitteln. Fig. 2 zeigt beispielsweise
die Spannungs-(Amplituden-)Werie Vi. V3. Vi
usw., die an den aufeinanderfolgenden Zehn-Sekunden-Zeitintervallen
JT abgegriffen werden, um eine Impulszähldifferenz AV zwischen jedem Spannungswert Vi und V2, V2 und Vj, V1 und V4 usw. festzustellen.
Die Impulszähldifferenz entspricht in Wirklichkeit der
Änderungsrate des analogen Signals über die Zeit hinweg (d.h. dieie Impulszähldiffcrenz ist die erste
Ableitung oder der Anstieg des analogen Signals), die Impulszähldifferenz* wird mit einem vorgegebenen
Impulszählwert verglichen. Wenn die Impulszähldifferenz bis auf den vorgegebenen Wert abfällt, wird das
»HALTfw-Signal erzeugt und die Anzeige 32 wird auf
dem gerade angezeigten Signalswert festgehalten. Wenn die Änderungsrate des sich ändernden Eingangssignals auf den vorgegebenen Wert abfällt, so stellt die
Anzeige-Halteschaltung 18 auf diese Weise automatisch diese Tatsache fest and hält die Anzeige fest um zu
verhindern, daß die Anzeige eine nachfolgende weitere Änderung des Eingangssignals anzeigt
Wie Fi g. 5 zeigt weist die dargestellte Ausführungsform der Anzeige-Halteschaltung 18 einen vierstelligen
Aufwärts-/Abwärts-Zähler 34 dar, in den der digitale Impulszählerstand vom Pufferspeicher 30 parallel
eingegeben wird, wobei dieser digitale Impulszählerstand den augenblicklichen Amplitudenwert an einem
Punkt auf den analogen Eingangssignal wiedergibt. Der Zähler 34 zählt von dem gespeicherten Impulszählwert
an mittels eines krementierenden Serienimpulszählsignals »CA« auf Null, das an einem Dekrementierungseingang
des Zählers auftritt. Ein Null-Feststell-Flip-Flop
ίο FFi stellt den Null- oder Nicht-Null-Zustand des Zählers
34 fest. Der herkömmlich aufgebaute Flip-Flop FFi
besitzt einen S£tz- und einen Rücksetzeingang sowie einen Q- und (^-Ausgang. Wenn am Setzeingang ein
hoher Signalwert auftritt, liegt am (^-Ausgang ein hoher
Signalwert und am ^-Ausgang ein niederer Signalwert vor. Wenn am Rücksetzeingang ein hoher Signalwert
auftritt, Hegt am (/-Ausgang ein niederer und am
Q-Ausgang ein hoher Signalwert vor. Vier Entnahmebzw.
Ausleseleitungen des Zählers 34, jeweils eine für jede Stelle, sind über ein UND-Glied Ci mit dem
Setzeingang des Flip-Flops FFi verbunden. Wenn der Zähler 34 daher mittels des Signals »CA« auf Null
zurückgezählt wird, tritt an den Entnahme- bzw. Ausleseleitungen ein hoher Signalwert an, so daß auch
am Setzeingang des Flip-Flops FFi ein hoher Signalwert auftritt. Dies hat zur Folge, daß am Q-Ausgang des
Flip-Flops FFi ein hohes, mit »O« bezeichnetes
Ausgangssignal und am (^-Ausgang ein niederes, mit »Ό« bezeichnetes Ausgangssignal auftritt.
Ein zweites Zählsignal für einen zweiten Punkt auf der analogen Kurve, das mit dem zuvor im Zähler 34
gespeicherten Signal verglichen werden soll, ist der Teil des Ausgangssignals »C« (vgl. Fig.4), das vom
Oszillator 24 (vgl. Fig. 3) während des Zeitraumes 71
i-j erzeugt wird. Ein UND-Glied C.. erhält ein zweites
Eingangssignal »B« zugelührt (nämlich das invertierte Signal »B«. das bei Durchgang des Signals »ß« durch
einen Inverter erzeugt wird), wobei dann das zweite Eingangssignal »ß« verhindert, daß das UND-Glied Gi
Impulse des Ausgangssignals »C« während des Aufladeintervalls
T] durchläßt und nur die Impulse während des Zeitraumes 7~2 durch das UND-Glied C2 hindurchläßt.
Das UND-Glied C2 läßt also nur während des
Zeitraumes T2das zweite Impulszählsignal hindurch, das
4-3 mit dem ersten Signal im Zähler 34 verglichen werden
soll. Das zweite Impulszählsignal gelangt vom UND-Glied C2 über ein ODER-Glied Ci und ein UND-Glied
Gi als das dekrementierende Serienimpuls-Zähleingangssignal
»CA« an den Zähler 34. Während der Zeiträume 7Ί und F2 liegt am UND-Glied C4 weiterhin
ein zweites mit »GO« bezeichnetes Eingangssignal an, das nachfolgend beschrieben wird.
Ein torgesteuerter Oszillator 36 (200 KHz), der als eine Quelle für zusätzliche Impulse dient, stellt ein
Impulsausgangssignal bereit, das über die Verknüpfutigsglieder G, und G* als zusätzliches dekrementierendes Impulszähleingangssignal an den Zähler 34 gelangt
nachdem der Zähler durch das über das Verknüpfungsglied Gi kommende zweite Impulssignal dekrementiert
worden ist Der zusätzliche Oszillator 36 wird durch das Ausgangssignal eines UND-Gliedes G? in Funktion
gesetzt das als Eingangssignal das »(X<-Ausgangssignal
des Null-Feststell-Flip-Flops FFi und das »PC«-Signa!
(vgl. F i g. 4) zugeführt erhält Der Oszillator 36 wird nur dann in Funktion gesetzt wenn das »PC«-Signal einen
hohen Signalwert aufweist und wenn der Zähler 34 sich nicht in Null-Stellung befindet Der Oszillator 36 wird
also derart in Funktion gesetzt daß er zusätzliche
Impulse während des Zeitraumes bereitstellt, während dem der torgesteuerte Oszillator 24 (vgl. F i g. 3) außer
Funktion bzw. abgeschaltet ist. Der Oszillator 24 kann daher, wie gewünscht, also in geeigneter Weise
gesteuert werden, um als Quelle für zusätzliche Impulse während der normalen »Ausschaltzeit« anstelle des
Oszillators 36 zu wirken.
Der Eingang des Zählers 34 für das dekrementierende Impulszählsignal ist weiterhin über die Leitung 38 und
über ein UND-Glied G& mit dem Inkrementierungsein- to
gang eines zweiten Zählers 40 verbunden. Der zweite Eingang des UND-Gliedes Ge ist mit dem Ausgang
eines ODER-Gliedes Gi verbunden. An einem Eingang
des ODER-Gliedes G7 liegt das »PC«-Signal an. Der
andere Eingang des ODER-Gliedes Gi steht mit dem
Ausgang eines UND-Gliedes Gs in Verbindung. Das UND-Glied Gg erhält das »Ow-Signal und das »^"«-Signal
(d. h. das invertierte »PCw-Signal) zugeleitet. Mit
dieser Schaltungsanordnung gelangt also ein Impulszähldifferenzsignal
über die Leitung 38 seriell an den zweiten Zähler 40, wobei dieses Impulszähldifferenzsignal
die Impulszähldifferenz zwischen der ersten, zunächst infAufwärts/Abwärls-Zähler 34 gespeicherten
Impulszählerrate und der zweiten Impulszählrate des danach gemessenen Amplitudenwerts des analogen
Eingangssignals wiedergibt. Die im zweiten Zähler 40 gespeicherte Impulszähldifferenz stellt also die Impulszähldifferenz
zwischen aufeinanderfolgend gemessenen Amplitudenwerten des analogen Eingangssignals, d. h.
die erste Ableitung oder Änderungsrate oder Steigung des analogen Eingangssignals dar.
Ein digitaler Vergleichcr 42 ist mit dem zweiten Zähler 40 verbunden, um die Impulszähldifferenz im
Zähler festzustellen. Ein vorgegebener Impulszählwert wird im digitalen Vergleiche!· 42 mit Bedienungs-Steuerschaltern
N eingestellt. Wenn der lmpulszähldifferenzsignalwert im Zähler 40 größer als der voreingestellte
Wert des Vergleichers 42 wird, stellt der Vergleicher 42 über die Ausgangsleitung 44 ein Steuersignal mit
niederem Signalwert bereit. Wenn der Impulszählwert 4« unter den voreingestcllten Vergleicherwert abfällt, stellt
der Vergleicher an der Ausgangsleitung ein Steuersignal mit hohem Signalwert bereit.
Die Ausgangsleitung 44 des Vergleichers 42 ist ihrerseits über ein UND-Giied G·, mit dem Setzeingang 4S
eines zweiten Flip-Flops FF2 verbunden. Der ^Ausgang
des zweiten Flip-Flops FF2 ist so verbunden, daß er
das »H/1Z.rE«-Signal über einen Inverter 35 und das
UND-Glied 33 (vgl. Fig.3) für das Festhalten der Anzeige 32 in der zuvor beschriebenen Weise so
bereitstellt. Wenn das Impulszähldifferenzsignal zwischen aufeinanderfolgend gemessenen Punkten des
analogen Eingangssignals auf einen vorgegebenen Wert
abfällt, stellt der Vergleicher 42 auf diese Weise ein Steuersignal mit hohem Signalwert bereit, das den
zweiten Flip-Flop FF2 setzt, so daß dieser am
(^-Ausgang ein Signal mit hohem Signalpegel bereitstellt
und das »/MZ.TF«-Signal zum Festhalten der
Anzeige 32 erzeugt
Der Rücksetzanschluß des zweiten Flip-Flops FF2
steht mit einer Impulsquelle (+) über einen Schalter Sin Verbindung, der von der Bedienungsperson geschaltet
werden kann. Durch Schliessen des Schalters S wird der zweite Flip-Flop FF2 rückgesetzt, so daß an dessen
(J-Ausgang ein niederer Signalpegel auftritt und das
»///4Z.T£«-SignaI unterbunden wird. Auf diese Weise
wird die Anzeige 32 auf Grund des Durchschalten des UND-Gliedes 33 nicht festgehalten, so daß »STROBE«-
Impulse zum Speicher 30 durchgelassen werden, und den Speicher auf den neuesten Stand damit auch die
Anzeige auf den neuesten Stand bringen.
Gewünschtenfalls kann das Impulszähldifferenzsignal im Zähler 40, das den Anstieg des analogen Signals
wiedergibt, über eine Decoder- und Treiberstufe 48 an eine Hilfsanzeigeeinrichtung 50 gelegt werden, um einer
Bedienungsperson die momentane Impulszähldifferenz
anzuzeigen. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Zähler 40 nur eine Ziffer auf, so daß die
Impulszähldifferenz zwischen den Punkten auf dem analogen Signal wahrscheinlich die Kapazität des
Zählers 40 überschreiten wird, bis das analoge Signal nahe an seinem stabilisierten Wert herangekommen ist.
Aus diesem Grunde ist der Trägerausgang des Zählers 40 mit dem Setzeingang eines dritten herkömmlichen
Fiip-Flops FF1 verbunden. Der ^/-Ausgang des dritten
Flip-Flops FF3 steht als Abschalteingang mit der Decoder- und Treiberstufe 48 und der (^-Ausgang des
dritten Flip-Flops FF3 steht mit einem Abschalteingang des Vergleichers 42 in Verbindung. Die Ausgangssignale
des dritten Flip-Flops FF3 schalten also den Vergleicher
ab und verhindern, daß die Impulszähldifferenz angezeigt wird, wenn die Differenz die Kapazität der
einen Dekade bzw. Ziffer des Zählers 40 übersteigt. Gewünschtenfalls kann die Kapazität des Zählers 40
auch über eine Ziffer oder eine Stelle hinaus vergrößert werden, um alle Steigungswerte anzeigen zu können.
Die Steuerung und die Zeits'.euerung für die Anzeige-Halteschaltung 18 wird mittels eines weiteren
herkömmlichen Flip-Flops FF4 vorgenommen bzw. ausgelöst, der über seinen (^-Ausgang das »GCk<-Steuersignal
bereitstellt. Der Setzeingang des Flip-Flops FF4 ist mit dem Ausgang einer Frequenzteiler-Zeitstcuerstufe
52 verbunden, die über einen Eingang das periodisch wiederkehrende Voltmeter-Signal »PC«
(vgl. Fig. 4) zugeführt erhält. Die Stufe 52 ist negativ
getriggert, zählt eine vorgegebene Anzahl, beispielsweise 32 »PC«-lmpulse und stellt ein Ausgangssignal bereit.
Es sei nochmals erwähnt, daß das Digital-Voltmeter 16 bei dieser bevorzugten Ausführungsform alle 312
Millisekunden eine Umsetzung durchführt, und daß die »PC«-lmpulse mit derselben Frequenz auftreten. Wenn
32 »PC«-lmpulse gezählt werden, stellt die Frequenzteiler-Zeitsteuerstufe
52 also am Ende eines Zeitraumes von etwa 10 Sekunden einen Ausgangsimpuls bereit.
Der Flip-Flop FF4 wird vom Aiisgangsimpuls dieser
Stufe 52 gesetzt und erzeugt also einmal pro 10 Sekunden das »GOw-Signal, das am (^-Ausgang auftritt.
Fig. 2 zeigt dieses 10-Sekunden-Zeitintervall AT
zwischen den aufeinanderfolgenden Spannungsamplitudenwerten. In diesem 10-Sekunden-lntervall führt das
Digital-Voltmeter 16 Umsetzungen durch und zeigt die augenblicklichen Amplitudenwerte des analogen Signals
32mal an.
Der Rücksetzeingang des Flip-Flops FF4 ist mit dem Ausgang eines UND-Gliedes Gw verbunden, an dessen
Eingängen das »PC«- und das »O«-Signal anliegt
Der Q-Ausgang des Flip-Flops FF4 ist mit einem
Eingang des UND-Gliedes G4 und mit dem Steuereingang
eines herkömmlichen, negativ getriggerten monostabiler. Multivibrators MVi verbunden. Der impulsausgang
des Multivibrators AfVi ist mit dem Aufwärts-/Abwärts-Zähler
34 verbunden und liefert ein »EINGABE«- SignaLum den Zähler 34 die Inhalte des Pufferspeichers
30 (vgl. FJ g. 3) einzugeben.
Der (^-Ausgang des Flip-Flops FF^ ist mit einem
Eingang des UND-Gliedes Gq und mit dem Steuerein-
gang eines zweiten, negativ getriggerten, monoslabilen Multivibrators MV2 verbunden. Der Impulsausgang des
■»weiten Multivibrators MV2 steht mit den Rücksetzeingängen
der Flip-Flops FFi und FFj sowie des Zählers 40
in Verbindung.
Der Ausgang des zweiten Multivibrators MV2 ist
weiterhin mit dem Rücksetzeingang des fünften Flip-Flops FFi verbunden, dessen Setzeingang mit dem
Ausgang des UND-Gliedes G5 in Verbindung steht. Das Ausgangssignal des Flip-Flops FF5 gibt das Vorzeichen
der Steigung des analogen Eingangssignals an (d. h. es gibt an, ob die Steigung positiv oder negativ ist). Wenn
der Flip-Flop FF5 gesetzt ist, so tritt am Q-Ausgang ein
hoher Signalpegel auf, der einen negativen Anstieg bzw. einen Abfall anzeigt. Wenn der_ Flip-Flop FF5 rückgesetzt
ist, so weist das am Q-Ausgang auftretende Ausgangssignal einen hohen Signalpegel auf, der einen
positiven Anstieg anzeigt.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Anzeige-Halteschaltung 18 beschrieben. Es sei angenommen, daß ein
sich änderndes analoges Eingangssignal auftritt, und daß der Aufwärts-ZAbwärts-Zähler 34 mit einem Impulszählsignal
beaufschlagt wurde, das den momentanen Amplitudenwert eines ersten Punkts auf der Kurve des
analogen Signals entspricht. Die Differenz zwischen dem gespeicherten Impulszählwert am ersten Punkt auf
der Kurve und dem Impulszählwert an einem zweiten, in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand vom ersten
Punkt liegenden Punkt auf der Kurve soll bestimmt werden. Es sei nochmals wiederholt, daß das Digitai-Voltmeter
16 alle 312 Millisekunden eine Umsetzung vornimmt, und für jede Umsetzung ein neuer Impulszählwert erhalten wird. Bei dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel soll der ersie Impulszählwert im
Zähler 34 mit einem zweiten Impulszählwert verglichen werden, der etwa 10 Sekunden später erhalten wird. Zu
diesem Zweck zählt die Frequenzteiler-Zeitsteuerstufe 52 32 »PCw-lmpulse, also einen pro 312 Millisekunden,
und erzeugt am Ende der 10 Sekunden einen Ausgangsimpuls. Der Ausgangsimpuls setzt den Flip-Flop
FF4, so daß am Q-Ausgang dieses Flip-Flops FF4 ein Ausgangssignal mit hohem Signalpegel auftritt und
ein »GO«-Signal mit hohem Signalpegel an einem Eingang des UND-Gliedes G<
anliegt. Das positive »GO<-Signal übt auf den Multivibrator MVi keinen
Einfluß aus, da er von einem negativen Signal getriggert wird.
Gleichzeitig tritt am Q-Ausgang des Flip-Flops FFi
ein Signal mit niedrigem Signalpegel auf, und dieses negative Signal triggert den Multivibrator MV2, der ein
Ausgangsimpulssignal »RCB« bereitstellt, welches den
Flip-Flop FFu den Dekadenzähler 40, den Flip-Flop FF3
und den Flip-Flop FF5 rücksetzt.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Schaltung bereit, dem Impulszählsignal vom Digital-Voltmeter 16 entsprechend
dem zweiten Punkt auf der Kurve des analogen Signals zu empfangen. Es sei nochmals das Dual-Slope-
bzw. Zweischritt-Zeitsteuerdiagramm von Fig.4 ins Gedächtnis gerufen, bei der Teil des »Ck-Impulszählersignals
während des Zeitintervalls T2 den momentanen Amplitudenwert des analogen Signals wiedergibt. Wie
Fig.5 zeigt, gelangt der Impulszähler »C« an einen Eingang des UND-Gliedes G2, das während des
Zeitintervalls T2 durch das andere an ihm anliegende
Eingangssignal Sdurchgeschaltet wird.
Das UND-Glied G2 läßt also das zweite Impulszählsignal
während des Zeitintervalls T2 durch. Das zweite Irnnulszählsignal gelangt über das ODER-Glied Gi und
das UND-Glied G, (das durch den Flip-Flop FFa durchgeschaltet wird) als dekrementierendes Impulszählsigna]
»CA« zum Aufwäns-/Abwärts-Zähler 34. Auf diese Weise wird der vorhergehende Impulszählwert im
Aufwärts-ZAbwärts-Zähler 34 abwärtsgezähll, so daß
ein neuer Impulszählwert auftritt
Es sei nun zunächst angenommen, daß der neue Impulszählwert größer als der vorausgeganger e Impulszählwert
ist. In diesem Falle wird der Zähler 3* ν jr
Ablauf des Zeitintervalls T2 auf Null herunterge ählt,
wobei noch Impulse im dekrementierenden bzw. Herunterzählsignal übrigbleiben. Der sich ergebende
Null-Zustand des Zählers 34 setzt den Flip-Flop FFi, an
dessen (^-Ausgang ein hoher Signalpegel auftritt, der
das eine Null anzeigende »Οκ-Signal wiedergibt und
zusammen mit dem Signal PC das UND-Glied G1 durchschaltet. Das UND-Glied G8 macht das UND
Glied G6 über das ODER-Glied G7 durchlässig, so daß
die verbleibenden Zählwerte im dekremen tierenden Impulszählsignal »CA« über die Leitung 38 in der
Dekadenzähler 40 gelangen. Die Anzahl der verbleibenden und auf diese Weise im Zähler 40 gespeicherten
Zählwerte ist die Anzahl der Zählwerte, um die der neue Impulszählwert über dem vorausgegangenen, im Zählet
34 gespeicherten Impulszählwert liegt, d. h. die Anzah!
der verbleibenden Zählwerte oder Zählrate stellt die
Differenz zwischen dem neuen und dem alter Impulszählwert dar.
Wenn der neue Impulszählwert dagegen kleiner al; der vorausgegangene, im Zähler 34 gespeicherte
Impulszählwert ist, hat das Impulszählsignal »C«, das ah dekrementierende Zählung »C4« bereitgestellt wurde
den Zähler 34 am Ende des Zeitintervalls T2 nui
teilweise auf Null heruntergezählt. In diesem Falle trit
am φ-Ausgang des Null-anzeigenden Flip Flops FFi eir
hoher Signalpegel auf und gelangt an einen Eingang dei UND-Gliedes G5. Wenn das ebenfalls am UND-Gliec
Gs anliegende »/"Cw-Signal einen hohen Signalpege
aufweist (vgl. F i g. 4) triggert das Ausgangssignal de:
UND-Gliedes G5 daher den zusätzlichen bzw. Hilfs-Os
zillator 36, der dem Zähler 34 zusätzliche bzw Hilfsausgangsimpulse über das ODER-Glied Gs und da:
UND-Glied G4 als das herunterzählende Impulszählsi gnal»G4« bereitstellt. Gleichzeitig wird das UN D-Glie(
G6 vom »PC«-Signal über das ODER-Glied G durchgeschaltet, so daß die vom zusätzlichen bzw
Hilfs-Oszillator 36 erzeugten Impulse über die Leitung
38 und das UND-Glied G6 in den Dekadenzähler 4( gelangen. Wenn die zusätzlichen Impulse den Zähler 3'
auf Null herunterzählen, so bewirkt das Entnahme- bzw Auslesesignal des Zählers 34, daß der_Flip-Flop FF
gesetzt wird, wodurch an dessen (^-Ausgang eit niederer Signalpegel auftritt und ein »Ö«-Signal mi
niederem Signalpegel an das UND-Glied G5 gelang!
Dadurch wird der zusätzliche bzw. Hilfs-Oszillator 3( abgeschaltet und er stellt von diesem Zeitpunkt an keim
weiteren Ausgangsimpulse mehr bereit. Der zusätzlichi bzw. Hilfs-Impulszählwert, der auf diese Weise in
Zähler 40 auftritt, stellt die Anzahl der zusätzlichen, zun Herunterzählen des Zählers 40 auf Null erforderlichei
Impulse und damit die Anzahl der Impulse dar, um dii der vorausgegangene Impulszählwert, wie er im Zähle
34 gespeichert ist, den neuen Impulszählwert übersteig Wenn der neue Impulszählwert kleiner als de
vorausgegangene Impulszählwert ist, speichert de Zähler 40 also wiederum eine Impuhzähldifferen
zwischen den beiden Ablesungen.
Im zuletzt beschriebenen Falle, bei dem die neu
Im zuletzt beschriebenen Falle, bei dem die neu
Ablesung kleiner als die vorausgegangene Ablesung ist weist das analoge Signal einen negativen Anstieg bzw.
einen Abfall auf, und der durch das Ausgangssignal des Gliedes G5 gesetzte Flip-Flor» FF5 stellt am Q-Ausgang
ein Signal mit hohem Signalpegel bereit, der an einem Minus-Anstieg bzw. einem Abfall anzeigt Wenn die
neue Ablesung dagegen größer als die vorausgegangene Ablesung ist wird der Flip-Flop FF5 nicht durch das
Glied G5 gesetzt und der Flip-Flop FFS stellt am
(^-Ausgang ein Signal mit hohem Signalpegel bereit der
einen positiven Anstieg anzeigt
Die im Zahler 40 gespeicherte Impulszählwertdifferenz wird mit einem im digitalen Vergleicher 42 zuvor
eingestellten Impulszählwert verglichen. Wenn die Impulszählwertdifferenz unter einem, vorgegebenen
Wert abfällt stellt der Vergleicher 42 einem Eingang des UND-Gliedes Gs ein Steuersignal mit hohem Signalpegel über die Leitung 44 bereit Der andere Eingang des
UND-Gliedes Ga wird durch das (J-Ausgangssignal des
Füp-FIops Ff* beaufschlagt und das UND-Glied Gb
wird in den leitenden Zustand versetzt wenn der Flip-Flop FFi am Ende des »GO«-Zyklus rückgesetzt
wird. Der Flip-Flop FF4 wird über das Glied G10 (das mit
dem Rücksetzeingang des Flip-Flops FFi verbunden ist)
rückgesetzt wenn das »PC«-Signal (vgl. Fig.4) das
nächste Mal in den hohen Signalpegel übergeht Durch Rücksetzen des Flip-Flops FF* tritt am ζ^-Ausgang ein
Signal mit hohem Signalpegel auf, so daß das UND-Glied G9 durchgeschaltet, der Flip-Flop FF2
gesetzt und dieser am Q-Ausgang das »HAL7E«-Signal
mit hohem Signalepegel erzeugt. Das »H/4LrE«-Signal
tritt an der Leitung 22 (vgl. F i g. 3) auf und verhindert das Eingeben in den Pufferspeicher 30, so daß dadurch
verhindert wird, daß die Anzeige 32 auf den neuesten Stand gebracht wird, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Die Impulszähldifferenz im Zähler 40 gelangt über die Decodier- und Treiberstufe 58 auch zur zusätzlichen
Anzeige 50, die die Impulszähldifferenz anzeigt. Gewünschtenfalls kann das Ausgangssignal des den
Anstieg anzeigenden Flip-Flops FF5 an dieselbe Anzeige gelegt werden, um das positive oder negative
Vorzeichen des Anstieges anzuzeigen.
Wenn die im Zähler 40 erzeugte Impulszähldifferenz größer als der vorgegebene Wert im Vergleicher 40 ist,
wird das »/MLTE«-Signal nicht vom Vergleicher 42
und vom Flip-Flop FF2 bereitgestellt. Die »PC«· und
»O«-Signale schalten das UND-Glied Gio in derselben,
zuvor beschriebenen Weise durch, so daß der Flip-Flop FF4 rückgesetzt wird und an dessen Q-Ausgang ein
Signal mit niederem Signalwert und an dessen Q-Ausgang ein Signal mit hohem Signalwert auftritt.
Das negative Signal bzw. das Signal mit niederem Signalwert am Q-Ausgang gelangt als Trigger-Eingangssignal an den monostabilen Multivibrator MVi,
der seinerseits einen »£7A/G/4ÖE«-Impuls als Ausgangssignal bereitstellt (vgl. F i g. 4). Der »EWG/lßE«-Impuls
gelangt als Eingabe-Eingangssignal an den Zähler 34, und der Impulszählwert im Pufferspeicher 30 wird
entsprechend zweiten, gerade gemessenen Impulszählsignal in den Zähler 34 eingegeben. Danach löst die
Zeitsteuerschaltung 52 ein neues 10-Sekunden-Intervall
aus, nachdem ein neues, drittes Impulszählsignal für den Vergleich mit dem zweiten Impulszählsignal erzeugt
wird, wobei das zweite Impulszählsignal jetzt im Aufwärts-/Abwärts-Zähler 34 gespeichert ist. Dieser
Zyklus wiederholt sich in den aufeinanderfolgenden 10-Sekunden-lntervallen für das dritte und vierte Signal,
das vierte und fünfte Signal usw., bis zwei aufeinanderfolgende Impulszählwerte, die um 10 Sekunden zeitlich
voneinander getrennt sind, gefunden wurden, die sich
um den vorgegebenen Impulszählwert unterscheiden oder kleiner als dieser vorgegebene Impulszählwert
sind. Zu diesem Zeitpunkt wird der Impulszählwert in
der Anzeige 32 als zufriedenstellender Wert oder als ausreichend an den endgültigen stabilisierten Signalwert angenäherten Wert angesehen, der dann als
Endablesung auch dann in der Anzeige 32 festgehalten
wird, wenn das analoge Signal sich auch weiterh'n ändert
Das Feststellen des umgesetzten Amplitudenwertes mit einem 110-Sekunden-Zeitintervall id Γ ist natürlich
rein willkürlich gewählt Das Zeitintervall hängt von
dem in der Zeitsteuerschaltung 52 eingestellten
Frequenzteilerwert ab, der auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Wenn die Schaltung
anstelle einer Teilung durch 32, beispielsweise eine Teilung durch 16 durchführt kann das Zeitintervall also
auch 5 Sekunden betragen. Wenn eine Teilung durch eins gewählt wird, wird die Impulszählwertdifferenz
zwischen Impulszählsignalen bei jedem Umsetzvorgang des Digital-Voltmeters 16 berechnet d. h. das Zeitintervall ΔΤ'κΧ dann 312 Millisekunden lang.
Die zuvor beschriebene Schaltung gemäß F i g. 5 zeigt also den Fall, wie die Änderungsrate oder der Anstieg
eines analogen Signals digital gemessen und ein angezeigter Wert des analogen Signals festgehalten
wird, wenn der Anstieg auf einen vorgegebenen Wert
abnimmt Die Schaltung kann jedoch auch die Werte für
Spitzen und Täler in einem sich ändernden analogen Signal richtig feststellen und anzeigen. In diesem Falle
ist der im digitalen Vergleicher 42 eingestellte, vorgegebene Impulszählwert der Null-Zählwert so daß
die Schaltung Impulszähldifferenzen von Null, d. h. Null-Anstiege, feststellt. In diesem Falle hält das
»HALTEw-Signal die Anzeige 32 bei einem Spitzenoder Tai-Impulszählwert fest. Eine hohe Auflösung kann
weiterhin dadurch erzielt werden, daß der Teilfaktor der
Frequenzteiler-Zeitsteuerstufe 52 beispielsweise auf
eins verringert wird, so daß die verglichenen Impulszählwerte diejenigen sind, die bei jedem Umsetzungsvorgang des Digital-Voltmeters 16 erzeugt werden.
Die vorausgegangene Beschreibung der vorliegenden
Erfindung macht also deutlich, daß die Erfindung ein
Signalmeß- und Anzeigesteuerverfahren sowie eine Signalmeß- und Anzeigesteuereinrichtung liefert, die
eine nahe Annäherung bzw. Approximation eines endgültigen stabilisierten Signalwertes von der tatsäch
liehen Signalstabilisierung mißt und anzeigt. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtung muß der Benutzer also nicht mehr
abschätzen, ob das Signal zur Ablesung bereits ausreichend stabilisiert bzw. an seinem Endwert
angenähert ist. Die einstellbare Frequenzteiler-Zeitsteuerschaltung 52 erhöht die Anpaßbarkeit und
Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung, damit ihr das Zeitsteuerintervall ΔΤ so klein wie das
Umsetzungsintervall des Digital-Voltmeters 16 gemacht
werden kann. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Einrichtung der speziellen Art und Weise des
analogen Signals angepaßt werden. Die einstellbaren Steuerschalter N des Vergleiche« 42 ermöglichen
darüber hinaus eine Änderung der vorliegenden
Impulszähldifferenz, um dadurch die Genauigkeit
einstellen zu können, mit der das in der Anzeige 32 festgehaltene Signal sich dem endgültigen stabilisierten
Wert annähert. Wenn die erfindungsgemäße Einrich-
■tung als Spitzen- und Tal- bzw. als Maxima- und Minima-Detektor verwendet wird, wobei die Steuerschalter
N für eine Null-Impulszähldifferenz eingestellt
sind, kann die erfindungsgemäße Einrichtung den Spitzen- oder Tal- bzw. den Maxima- oder Minima-Wert
eines sich verändernden analogen Signals
feststellen und auf der Anzeige 32 festhalten.
Die Erfindung wurde anhand des dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert Dem
Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung möglich, ohne
daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Verfahren zum Messen eines interessierenden Parameters, bei welchem mittels einer auf den
Parameter ansprechenden Abfühleinrichtung der Parameter überwacht und ein die jeweilige Amplitude
des Parameters wiedergebendes elektrisches Analogsignal erzeugt, die Amplitude des Analog-Signals
in mehreren aufeinanderfolgenden vorgegebenen Zeitintervallen gemessen und in Abhängigkeit
hiervon entsprechende digitale Impulszählsignale erzeugt werden, welche den gemessenen ArnpHtudenwerten
des Analog-Signals entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils aufeinanderfolgende
digitale Impulszählsignale voneinander abgezogen werden und eine Impulszähldifferenz
zwischen den aufeinanderfolgenden digitalen Impulszählsignalen gebildet, die Impulszähldifferenz
mit einem vorgegebenen Impulszählwert verglichen und als Meßwert der Parametergröße der Amplitudenwert
des Analogsignals ausgegeben wird, der einer Messung entspricht, für die die Impulszähldifferenz
den vorgegebenen Wert annimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gelcennzeichnet, daß der vorgegebene Impulszählwert
näherungsweise Null ist, derart, daß die ausgegebene Größe ein Maximum oder Minimum im Analog-Signal
wiedergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Amplitude des Analog-Signals über einen
Zeitraum hinweg einem stabilisierten, den Parameter wiedergebenden Wert annähert, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Impulszählwert die Ausgabe eines Wertes des Analog-Signals vor
der Stabilisierung des Analog-Signals als Parametergröße auslöst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenwert des Analog-Signals
in lesbarer Form angezeigt und der angezeigte Amplitudenwert im Verlauf der Annäherung des
Analog-Signals an den stabilisierten Wert jeweils auf den neuesten Stand nachgestellt wird, und daß beim
Ausgabevorgang die Nachstellung des jeweiligen Anzeigewerts unterbunden wird, sobald die Impuls-Zähldifferenz
den vorgegebenen Wert annimmt.
5. Einrichtung zum Messen eines interessierenden Parameters nach dem Verfahren gemäß einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine auf den Parameter ansprechende
Abfühleinrichtung zur Überwachung des Parameters und Erzeugung eines die jeweilige Amplitude
des Parameters wiedergebenden elektrischen Analog-Signals, einen Digital-Analog-Wandler mit
einem Impulsgenerator und einem Impulszähler zur Erzeugung entsprechender digitaler Impulszählsignale,
welche den Amplitudenwerten des Analog-Signals in aufeinanderfolgenden vorgegebenen Zeitintervallen
entsprechen, Schaltungsmittel (18; 34, FFi, G5,36, G2, Gj1 G4, Gt G7, G8), zur Subtraktion jeweils
aufeinanderfolgender Impulszählsignale voneinander und Erzeugung einer Impulszähldifferenz zwischen
diesen aufeinanderfolgenden digitalen Impulszählsignalen, sowie Schaltmittel (42) zum Vergleich
der jeweiligen Impulszähldifferenz mit einem vorgegebenen Impulszählwert und Erzeugung eines
Ausgangs- bzw. Anzeigesteuersignals, sobald die Irnpulszähldifferenz den vorgegebenen Impulszähl
wert annimmt
6. Einrichtung nach Anspruch 5, mit einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige der jeweiligen
digitalen Impulszählsignale, gekennzeichnet durch Schaltmittel (G9, FF2), welche auf das Ausgangsbzw.
Anzeigesteuersignal ansprechen und in Abhängigkeit hiervon eine weitere Nachstellung der
Anzeigevorrichtung (32) auf den jeweiligen neuesten Stand unterbinden, derart, daß als Parametergröße
das jeweilige digitale Impulszählsignal angezeigt wird, für das die vorgegebene Impulszähldifferenz
erreicht ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (18) zur
Subtraktion aufeinanderfolgender digitaler Impulszählsignale voneinander folgende Teile aufweisen:
einen Zähler (34) zur Speicherung des jeweils ersten der beiden aufeinanderfolgenden Signale, Schaltmittel
(G2, Gs, Ga) zur Zufuhr des jeweiligen zweiten der
beiden aufeinanderfolgenden Signale als herunterzählendes Eingangssignal an den Zähler (34), um den
im Zähler (34) gespeicherten Zählerstand herunterzuzählen, sowie Schaltmittel (FFi, G5, 36, G3, G4),
welche auf des Herunterzählen des Zählers (34) auf Null ansprechen und in Abhängigkeit hiervon
übriggebliebene Impulse im zweiten der aufeinanderfolgenden Signale feststellen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel (18) zur Subtraktion
jeweils aufeinanderfolgender digitaler Impulszählsignale voneinander zusätzlich folgende Schaltungsteile
umfassen: einen zweiten Zähler (40); Schaltmittel (FFU G3, G4, G8, G7, G6), welche auf das
Herunterzählen des ersten Zählers (34) auf den Zählwert Null ansprechen und in Abhängigkeit
hiervon übrigbleibende Impulse im zweiten der aufeinanderfolgenden Signale dem zweiten Zähler
(40) als ein heraufzählendes Eingangssignal zuführen, derart daß der zweite Zähler (40) die
Impulszähldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten der beiden jeweils aufeinanderfolgenden
Signale speichert, wenn das zweite der aufeinanderfolgenden Signale das größere der beiden Signale ist,
sowie einen zusätzlichen Impulsgenerator (36), wobei die auf das Herunterzählen des ersten Zählers
(34) auf Null ansprechenden Schaltmittel (FFi, Gj,
G4, G8, Gi, Gt,) Schaltungsteile umfassen, welche in
Abhängigkeit von einem Nicht-NuM-Zustand des ersten Zählers (34) nach dem Herunterzählen durch
das zweite der beiden aufeinanderfolgenden Signale das Impulsausgangssignal des zusätzlichen Impulsgenerators
(36) als herunterzählendes Eingangssignal dem ersten Zähler (34) und als heraufzählendes
Eingangssignal dem zweiten Zähler (40) zuführen, und wobei die auf das Herunterzählen des
ersten Zählers (34) auf Null ansprechenden Schaltmittel (FFi, Gs, Gt,, Gb, Gj, Gb) des weiteren
Schaltungsteile aufweisen, welche die Zufuhr des heraufzählenden Impulseingangssignals von dem
zusätzlichen Impulsgenerator (36) an den zweiten Zähler (40) beenden, sobald das Impulseingangssignal
den ersten Zähler (34) auf Null heruntergezählt hat, derart daß der zweite Zähler (40) die
Impulszähldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten der beiden aufeinanderfolgenden Signale
speichert, wenn das erste dieser Signale das größere der beiden Signale ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
gekennzeichnet durch Schaltmittel zur zeitweiligen Speicherung des jeweils zweiten der aufeinanderfolgenden
Signale sowie Schaltmittel zur Übertragung des zweiten Signals von den dieses zeitweilig
speichernden Schaltmitteln zum ersten Zähler (34), wenn die Impulszähldifferenz zwischen dem ersten
und zweiten aufeinanderfolgenden Signal den vorgegebenen Wert nicht erreicht hat, wobei die das
zweite Signal an den ersten Zähler (34) übertragenden Schaltmittel ein drittes der aufeinanderfolgenden
Signale als herunterzählendes Eingangssignal dem eisten Zähler (34) zuführen, um das zweite
Impulszählsignal im ersten Zähler (34) herunterzuzählen.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, in Ausbildung zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (42) für den Vergleich
der jeweiligen Impulszähldifferenz mit dem vorgegebenen Impulszählwert das Ausgangs- bzw. Anzeigesteuersignal
erzeugen, sobald sich die Impulszähldifferenz Null annähert, zur Anzeige eines Maximums
oder eines Minimums im Analog-Signal.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet
durch eine Anzeigeeinrichtung (32) für die digitalen Impulszählsignale und Schaltmittel (Gg, FFi), welche
auf das Ausgangs- bzw. Anzeigesteuersignal ansprechen und in Abhängigkeit hiervon die Anzeigeeinrichtung
(32) auf einem Impulszählsignal festhalten, welches das Maximum oder das Minimum wiedergibt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines interessierenden Parameters gemäß dem
Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung betrifft allgemein die Messung von sich zeitlich ändernden analogen Signalen und insbesondere
ein Verfahren und eine Einrichtung, das bzw. die eine gute Annäherung des endgültigen stabilisierten Wertes
des analogen Signals feststellt und anzeigt, bevor das Signal stabilisiert ist.
Bei Meßeinrichtungen, die analytische Messungen vornehmen, wird normalerweise ein Sensor verwendet,
der einen interessierenden Parameter feststellt und ein analoges Ausgangssignal erzeugt, das eine Parametergröße
darstellt. Die Ansprechzeit derartiger Einrichtungen hängt von der Art des gemessenen Parameters,
insbesondere von der verwendeten analytischen Methode und der Art des Sensors ab. Bei elektrochemischen
Analyseeinrichtungen mit Sensoren, die die Charakteristika chemischer Reaktionen feststellen, schreitet die
Reaktion beispielsweise über einen bestimmten Zeitraum bis zum Ende der Reaktion fort, und die
Ansprechzeit des Systems is: hauptsächlich durch die Reaktionszeit selbst vorgegeoen. Bei anderen Meßverfahren,
beispielsweise bei potentiometrischen Messungen, bei denen elektrochemische Proben zur Messung
des pH-Wertes von Lösungen u. dgl. verwendet werden, erfordert die Probe oder der Sensor zur Stabilisierung
nach Einsetzen oder Eintauchen in die Lösung eine endliche Zeit, und die Ansprechzeit des Systems ist
hauDtsächlich durch das Sensor-Ansprechverhalten
festgelegt In beiden Fällen erzeugt der Sensor ein sich zeitlich änderndes analoges AusgaJigssignal, das sich auf
einen stabilisierten Endwert hin ändert
Üblicherweise wird das sich ändernde Ausgangssignai bei den zuvor erwähnten Einrichtungen dem Benutzer
angezeigt, und der Benutzer beobachtet die Anzeige und nimmt eine Ablesung vor, wenn es so aussieht, daß
sich das angezeigte Signal auf einen endgültigen Wert stabilisiert hat Bei einem analogen Anzeiger, beispielsweise
einer wandernden Nadel, wartet der Benutzer also so lange, bis sich die Nadel nicht mehr zu bewegen
scheint Bei digitalen Anzeigen wartet der Benutzer so lange, bis die angezeigte Zahl über einen bestimmten
Zeitraum hinweg denselben Wert beibehält Wenn sich der Benutzer irrt und die Ablesung zu früh vornimmt, ist
der aufgezeichnete oder abgelesene Wert natürlich fehlerhaft Andererseits geht viel wertvolle Zeit
verloren, wenn der Benutzer zu lange wartet, um die Stabilisation abzuwarten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu
schaffen, mit dem bzw. mit der die Messung und Anzeige einer guten Näherung des endgültigen, stabilisierten
Wertes eines sich ändernden analogen Signals vor der tatsächlichen, endgültigen Stabilisierung möglich ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Verfahrensschritten bzw. den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 gelöst.
Die Erfindung ist insbesondere für elektrochemische Meßeinrichtungen, beispielsweise für pH-Wert-Meßgeräte
und dergleichen gut geeignet, die ein sich änderndes analoges Signal erzeugen und bei denen sich das Signal
erst stabilisieren muß, bevor eine genaue Ablesung vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß ist also ein Analog-Digital-Umsetzer
vorgesehen, der entsprechende digitale Impulszählsignale erzeugt, die den Amplitudenwerten des analogen
Signals an zeitlich beanstandeten Zeitintervallen entsprechen. Eine Anzeigeeinrichtung zeigt die digitalen
Impulszählsignale an. Eine Schaltungsanordnung hält einen angezeigten Wert fest, wenn die Impulszähldifferenz
zwischen ausgewählten digitalen Impulszählsignalen, die in einem vorgegebenen Zeitintervall
voneinander zeitlich beabstandet sind, auf einen vorgegebenen Wert abnimmt. Die Differenz zwischen
ausgewählten aufeinanderfolgenden digitalen Impulszählsignalen liefert ein Maß für die Änderungsrate oder
die Steigung bzw. den Anstieg des sich zeitlich ändernden analogen Signals, und es wird eine endgültige
Messung durchgeführt und angezeigt, wenn diese Steigung bzw. der Anstieg auf einen vorgegebenen
Wert abnimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Schaltungsanordnung zur Feststellung
der Differenz zwischen ausgewählten digitalen Impulszählsignalen einen ersten Zähler, der »;in erstes
Impulszählsignal speichert, sowie Schaliungsteile, die diesem Zähler ein zweites Impulssignal als dekrementierendes
bzw. herunterzählendes Eingangssignal bereitstellen. Auf diese Weise wird der Zähler auf Null
heruntergezählt, wenn das zweite Signal größer als das erste ist, oder der Zähler wird nur teilweise auf Null
heruntergezählt, wenn das zweite Signal kleiner als das ei ..te Signal ist. Wenn der Zähler von einem größeren
Signal auf Null heruntergezählt wird, legt eine Null-Anzeigeeinrichtung die verbleibenden Impulszahlen
des größeren Signals als ein inkrementierendes bzw.
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