DE2830140C2 - Schaltungsanordnung für Meßwerte digitalisierende Steuerbausteine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieh! sich auf einr Schaltungsanordnung für Meßwerte digitalisierende Sieuerbaustcine, die zum Abgriff eines unteren und oberen Wertes einer zu digitalisierenden Spannungsdifferenz in Kaskadenschaltung an einer in Reihe hintereinander geschaltete Widerstände aufweisenden Spannungsteilerkcttc angeschlossen sind.

Steuerbausteine dieser Art dienen insbesondere zur Umwandlung analoger Meßwerte in digitale Signale, die am Ausgang der Steuerbausteine abgreifbar sind. Den Steuerbausteinen lassen sich .Speichereinheiten oder Rechenwerke nachschallen, die die Meßwerte aufzeichnen oder beispielsweise zur Regelung einer Anlage verarbeiten. An die Steuerbausteine sind auch Geräte mit digitaler Anzeige anschlicßbar. z. B. ein Anzeigegerät mit Leichtdiodenband.

Werden zur Digitalisicrung der Meßwerte mehrere Steuerbausteine erforderlich, um den Meßwertbereich mit gewünschter Genauigkeit zu erfassen, ist es bekannt, die Steuerbausteine an einer Spannungsteilerkcttc in Kaskadenschaltung anzuschließen, wobei für jeden Steucrbatistcin die den Digitalisicrungsbcrcich entsprechende Spannungsdifferenz von der Spannungsteilerkcttc abgegriffen wird. Bei Aufschaltung des den Meßwerten analogen .Spannungswertes geben die Steuerbausteine der Höhe des Meßwertes entsprechende digitale Signale ab. Sind beispielsweise mit den Steuerbausteinen Leuchtdioden verbunden, so sprechen diese Leuchtdioden, vom ersten Stcuerbaustein der Kaskade beginnend, nacheinander bis zum lirreichen des höchsten Meßwertes an. Ls hat sich jedoch gezeigt, daß die digitalen Signale von in Kaskadenschaltung an einer Spannungsteilerkcttc angeschlossenen Steuerbausleinen nicht linear zu den analogen Meßwerten abgegeben werden und daß die linearen Abweichungen um so größer sind, je mehr Steuerbausteine in Kaskadenschaltung hintereinander geschaltet sind. Diese Übertragungsfehler verhindern in nachteiliger Weise die an sich wünschenswerte Verwendung von Steuerbausteinen bei digital anzeigenden Meßgeräten, an deren Genauigkeit beispielsweise Anforderungen gestellt werden, die der Betriebsinstrumentenklasse mit einem Anzeigefehler von maximal 2% des Voilausschlageszu stellen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung für in Kaskadenschaltung hintereinander angeordnete Steuerbausteine anzugeben, bei der eine den analogen Meßwerten entsprechende lineare digitale Anzeige erreicht wird. Der Anzeigefehler soll soweit Ti-duzierbar sein, daß die Steuerbausteine auch für Meßgeräte verwendbar sind, an die höhere Ansprüche hinsichtlich der Anzeigengenauigkeit zu stellen sind. Darüber hinaus soll eine einfache Schaltung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird bei der Schaltungsanordnung der oben genannten Art gernäß der Erfindung durch im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Merkmale gelöst. Danach werden die Steuerbausteine an der Spannungsteilerkettc in der Weise angeschlossen, daß sie sich gegenseitig um den Schwcllwert ihrer Ansprechspannung überlappen. Der Eingangswort jedes Sicuerbausteins wird infolgedessen noch innerhalb des Digitalisierungsbereichcs des jeweils vorgeschalteten Stcuerbausteins soweit angehoben, daß eine Meüwertanzcige unmittelbar nach Überschreiten des Digitalisicrungsbcreiches des vorgeschalteten Steuerbausteins erfolgt. Auch beim ersten Stcuerbaustein der Kaskade läßt sich der untere Wert der zu digitalisierenden Spannungsdifferenz um den Wert der Ansprechspannung heraufgesetzt und /war durch Vorschalten eines entsprechend dimensionierten Widerstandes, Patentanspruch 2.

Ein sehr einfacher Aufbau der Spannungslcilerkclte ergibt sich bei alternierender Anordnung der Widerstände gemäß Patentanspruch 3.

Die Erfindung wird anhand eine·, in der Zeichnung schemalisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hs zeigt

Fig. I Schaltungsanordnung mit fünf Stcuerbaustcincn für ein Anzeigegerät mit Leuchtdiodenband

Kig. 2 angezeigte Spannung U-an/. in Abhängigkeit von der abgeschalteten Meßspannung U-incss für eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1 im Vergleich mit einer bisher bekannten Kaskadenschaltung, schematisch.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind in Kaskadenschaltung an einer Spannungstcilcrkcltc I mit in Reihe hintereinander geschalteten Widerständen 2, 3 aufeinander folgende Steuerbausteine 4 bis 8 angeschlossen. Die Steuerbausteine liegen mit ihren Klemmen 9, 10 jeweils zwischen Anschlußpunkten 4 a. 4b bis 8,;, Sb an der Spannungsteilerkeitc 1 an, wobei jeweils die mit Index a bezeichneten AnschltiHpunklc den unteren Wert, die mit Index b bezeichneten Anschlüsse den oberen Wert der abgegriffenen Spannungsdifferenz charakterisieren. Von jedem der im Atisführungsbeispiel eingesetzten Stcuerbausieinc 4 bis 8 wird die maximale Spannungsdifferenz in 12 digitale Einheiten aufgeteilt und der Meßwert mittels eines l.euchtdiodenbandes mit zwölf l.cuchtdioden Π angezeigt. |cdc Leuchtdiode entspricht also einer digitalen l.mlicil.

Die Vcrsorgiingsspannung für die Steuerbausteine liegt an Klemmen 12, 13 an, die zu messende Spannung

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ll-nwss, deren Wert von den Leuchtdioden angezeigt wird, wird zunächst mittels eines Potentiometers 14 der auf die Steuerbausieine übertragbaren Meßspannung angepaßt und an Klemmen 15 den Steuerbausteinen aufgeschaltet.

Die Widerstände 2, 3 der Spannungsteilerkeite sind alternierend in Reihe hintereinander geschaltet. Die Widerstände 2 weisen einen Widerstandswert auf, der der Schwellwert'.pannung eines Steuerbausteins 4 bis 8 äquivalent ist. Der Widerstandswert der Widerstände 3 entspricht der maximalen Spannungsdifferenz des Digitalisierungsbereiches jedes Steuerbausteins vermindert um den Widerstandswert eines Widerstandes 2. Für die im Ausführungsbeispiel verwendeten Steuerbausteine mit einer Versorgungsspannung von 15 V und einer an Klemme 15 aufschaltbaren Meßspannung von 5 V ist als Digitalisierungsbereich eine Spannungsdifferenz von 1.2 V vorgesehen, jede Leuchtdiode 11 zeigt also eine Spannungsänderung von 0,1 V an. Diesen Steuerbausteinen angepaßt beträgt der Widerstandswert für den Widerstand 3 = 10 KOhm, der Widerstandswert finden Widerstand 2 = 510 Ohm.

Die Stcuerbaustcine 4 bis 8 sind nun an der .Spannungsteilerkette in der Weise angeschlossen, daß sich jeweils der mit Index .7 bezeichnete Anschlußpunkt eines .Steuerbausteins an der Spannungsteilcrkeite, beispielsweise Anschlußpunkt 5.7 des Steuerbausteins 5, und der mit Index b bezeichnete Anschlußpunkt des jeweils vorgeschalteten Steuerbausteins, beispielsweise Anschlußpunkt 4b des Slcucrbausteins 4, um den Widerstand 2 überlappen. Hierdurch wird erreicht, daß der an der Klemme 9 anliegende Spannungswert eines jeden nachfolgenden Steucrbausteins noch innerhalb des Digiialisicrungsbereiches des vorangeschalteten .Steuerbausteins um den Schwellwert der Ansprechspannung angehoben wird. Nach Überschreiten des Digitalisierungsbereiches des vorangeschalteten Steilerbausteins erfolgt daher unmittelbar eine Meßwertan/.eigc durch den nächstfolgenden Steiierbaustein. Meßwert und digitales Signal entsprechen sich so linear. Die Genauigkeit der Anzeige hangt dann nur noch von der gewählten Anzahl der digitalen Anzcigcolcmentc pro maximal anzuzeigendem Wert ab, im Ausführungsbeispiel also von der gewählten Anzahl der Leucbtdioclen pro maximal zl messendem Spannungswert.

llei der dargestellten Schaltungsanordnung stehen für die Meßwertanzeige insgesamt 60 Dioden der Steuerbausteine 4 bis 8 zur Verfügung. Von diesen 60 Dioden werden jedoch zur Anzeige des maximalen Spannungswertes nur 50 Dioden eingesetzt, was einer Genauigkeit der Anzeige von 2% des Maximalwertes entspricht. Das im Ausführungsbeispiel gezeigte Gerät weist daher die Qualität eines Anzeigegerätes der Betriebsinstrumentenklasse auf. Die nicht für die Meßwertanzeige verwerteten zehn Dioden 16 des Steuerbausteins 8 sind als nichtleuchtende Germaniumdioden ausgebildet. Die Linearität der Anzeige des Gerätes ist in Fig. 2 entsprechend der Geraden A als Funktion L/_mt.„ = f (U.,ns) angegeben. Zum Vergleich hierzu ist in Fig. 2 schematisch die Überführung analoger Meßwerte in digitale Signale nach bisher bekannter Kaskadenschaltung als Linienzug ßschemaiisch charakterisiert.

Während /wischen den Klemmen ?. 10 der aufeinanderfolgenden Steuerbausteine jewei¹.!: 3 Widerstände, nämlich die Widerstände 2, 3, 2 angeordnet sind, macht hiervon der erste Sleuerbausiein der Kaskade, der Steuerbaustein 4. eine Ausnahme. Die Klemme Ϊ des StcuerbaMsteins 4 ist an der Spannungsteilerkette einem Widerstand 2 nachgeordnet, einem Widerstand also, der der Schwellwerlspannung des Sieuerbausteins entspricht Hierdurch wird der untere Wert der am .Steuerbaustein 4 anliegenden Spannungsdifferenz um den Schwellwcrl der Ansprechspannung angehoben. Dies dient der Linearisierung der den analogen Meßwerten entsprechenden digitalen Signalen auch im Anfangsbereich der Anzeige.

Im Ausführungsbeispiel werden in der Schaltungsanordnung gleichartige Stcuerbausteine verwendet. Hierauf ist die F.rfindung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr lassen sich auch Steuerbausteine aneinanderreihen, deren Schwellwerlspannung unterschiedlich is' In diesem Falle sind die Widerstände, um die sich jeweils aufeinanderfolgende Steuerbausteine an der Spannung'.leilcrkelte überlappen, jeweils der Schwellwertspannung des nachfolgenden Stcuerbausteins anzupas-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   |. Schaltungsanordnung für Meßwerte digitalisierende Steuerbausteine, die zum Abgriff eines unteren und oberen Wertes einer zu digitalisierenden Spannungsdifferenz in Kaskadenschaltung an einer in Reihe hintereinander geschaltete Widerstände aufweisenden Spannungsteilerkette angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Wert der zu digitalisierenden Spannungsdifferenz eines nachgeschalteten Steuerbausteins (5 bis 8) und der obere Wert der zu digitalisierenden Spannungsdifferenz des ihm vorgeschalteten Steuerbausteins (4 bis 7) an der Spannungsteilerkette (1) sich um einen Widerstand (2), dessen Widerstandswert der Schwellwertspannung des nachgeschalteten Steuerbausteins äquivalent ist, überlappend abgegriffen sind.
2. 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Steuerbaustein (4) der Kaskade an der Spannungsieiierketie (i) ein Widerstand (2) vorgeschaltet ist, dessen Widerstandswert seiner Schwellwenspannung entspricht.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (2), um die sich die Abgriffe aufeinanderfolgender Steuerbausteine (4 bis 8) überlappen, und die übrigen Widerstände (3) der Spannungsieilerkette (I) alternierend angeordnet sind.