DE2842665A1

DE2842665A1 - Analog-digital-umsetzer fuer eine automatische bereichseinstellung

Info

Publication number: DE2842665A1
Application number: DE19782842665
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Arthur Luckhurst; Stephen Henry Outram
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1977-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1979-04-12
Also published as: FR2404959B1; US4271392A; NL7809453A; GB1600853A; FR2404959A1

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma The Solartron Electronic Group Limited, Farnborough Hampshire / England

betreffend;

"Analog-Digital-Umsetzer für eine automatische Bereichsein- '

stellung"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Umsetzer für eine automatische Bereichseinstellung bzw. eine Bereichsumschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , und bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich auf derartige Umsetzer, die als Vielfachmeßgeräte verwendet werden, d.h. als Meßgeräte, die wahlweise zumindest Strom und Spannung messen können.

Es ist bekannt, einen von Hand betätigbaren Schalter für eine Bereichsumschaltung eines Analog-Digital-Umsetzers (eines A/D-Umsetzers) vorzusehen; der Schalter steuert dann für den Fall, daß ein A/D-Umsetzer als Voltmeter verwendet wird ,einen umschaltbar en. Spannungsteiler und steuert für den Fall, daß ein A/D-Umsetzer als Ampere- oder Strommesser verwendet wird, einen schaltbaren Nebenschlußwiderstand. Es ist auch bekannt,

809815/0874

statt yon Hand zu betätigender Schalter Relais zu verwenden und die Relais automatisch entsprechend dem digitalen Ausgang zu steuern, so daß der digitale Ausgang immer in einem vorbestimmten Bereich, z.B. in dem Bereich N/10 bis N liegt, wobei N der maximale digitale Ausgang ist. Dies ist auch unter der Bezeichnung automatische Bereichseinstellung, d.h. automatische Bereichswahl, bekannt. Die Relais nehmen jedoch einen beträchtlichen Strom auf, was zu Schwierigkeiten bei .einem batteriebetrieben A/D-Umsetzer führt.

Die Erfindung soll daher einen Analog-Digital-Umsetzer für eine automatische Bereichseinstellung bzw. -umschaltung schaffen, in welchem Sperr- bzw. Verriegelungsrelais verwendet werden. Ferner soll die Erfindung eine Schaltung für mindestens ein Sperr- oder Verriegelungsrelais schaffen, das durch einen Betriebs- oder Erregerimpuls in dem einen von zwei Zuständen eingestellt werden kann und welchesin dem anderen Zustand sperrt bzw. verriegelt. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Analog-Digital-Umsetzer für eine automatische Bereichseinstellung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Sperr- oder Verriegelungsrelais geschaffen mit einem Anker, welcher in einer ersten und einer zweiten Lage stabil ist, mit einer Erregerwicklung, welche,wenn sie durch einen Strom in der einen Richtung erregt ist, den Anker in die erste Lage bringt und wenn sie durch den Strom in der anderen Richtung erregt wird, den Anker in die zweite Lage bewegt, mit ersten und zweiten Anschlüssen zum Erregen der Wicklung,mit einem Umschaltkontakt, welcher ein Ende der Wicklung in der ersten bzw. zweiten Lage des Ankers mit den ersten oder zweiten Anschlüssen verbindet, und mit zwei Schalteinrichtungen, die zwischen das andere Ende der Wicklung und die ersten bzw. zweiten Anschlüsse geschaltet und durch ein Steuersignal betätigbar sind, um eine Strombahn für den Strom durch die Wicklung in einer durch die Stellung des Umschaltkontakts festgelegten Richtung zu schließen.

909815/0874

ORIGINAL INSPECTED

Hierbei ist die Polarität des ersten Anschlusses so gewählt, daß der Strong welcher fließt, wenn sich das Relais in der ersten Lage befindet, das Relais in die zweite Lage umschaltet; und umgekehrt. Wie unten noch ausgeführt wird, kann ein Kondensator zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen zum Speichern von Ladung vorgesehen sein, damit ein ausreichend hoher Strom fließen kann, wenn dieSchalteinrichtungen betätigt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform derErfindung ist ein A/D-Umsetzer für eine automatische Bereichenseinschaltung vorgesehen, der eine Eingangsschaltung für eine Bereichs- ' umschaltung mit einem oder mehreren Sperr- oder Verriegelungsrelais zum Auswählen des Einangsbereichs, wobei das oder die Relais in jeder von zwei Lagen stabil sind, und eine Steuerschaltung aufweist, die auf den digitalen Ausgang des Umsetzers anspricht, um ein Steuersignal oder -signale an das oder die Relais anzulegen, um deren Zustände so auszuwählen, daß der digitale Ausgang in einen vorbestimmten Bereich gebracht wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ein erheblich verbessertes Leistungsvermögen, wenn niedrige Eingangs spannungen in der Größenordnung von Mikrovolt zii messen sind. Herkömmliche Relais erzeugen beträchtliche Wärme, wenn sie erregt werden; die Relaiskontakte werden erhitzt und die thermische EMK wird in-Reihe zu der niedrigen, zu messenden Eingangsspannung erzeugt. Durch die Verwendung von Sperr- und Verriegelungsrelais ist diese Schwierigkeit überwunden und es hat sich herausgestellt, daß niedrige Eingangsspannungen genau gemessen werden können, ohne daß ein Fehler aufgrund der thermischen EMK nennenswert eingeht.

Ein digitales Vielfachmeßgerät kann Spannungseingangsanschlüsse ,die mit einem Bereichsumschalt-Spannungsteiler verbunden sind, gesonderte Stromeingangsanschlüsse, die mit einem Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstard verbunden sind und einen Betriebsartschalter aufweisen, über welchen wahlweise der Aus-

909816/0874

ORfGINAt, INSPECTED-

gang des Spannungsteilers oder die Stromeingangsanschlüsse mit einem A/D-Umsetzer verbunden werden. Während des Betriebs kann es vorteilhaft sein, die mit einer zu untersuchenden Schaltung verbundenen Stromeingangsanschlüsse übrig bzw. freizulassen, solange eine Spannungsmessung durchzuführen ist. Wenn jedoch der Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstand unter diesen Bedingungen geschaltet werden kann,kann die sich ändernde Impedanz an den Stromeingangsanschlüssen die zu untersuchende Schaltung stören. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann daher ein digitales Vielfachmeßgerät vorgesehen sein, mit einem A/D-ümsetzer mit Spannungseingangsanschlüssen, die mit einem Bereichsumschalt-Spannungsteiler verbunden sind, mit Stromeingangsanschlüssen, die mit einem Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstand verbunden sind, mit einem Betriebsartschalter, der wahlweise betätigbar, ist, um den Ausgang des Spannungsteilers bei einer Spannungsmessung oder die Stromeingangsanschlüsse bei einer Strommessung mit dem Umsetzer zu verbinden, mit einem oder mehreren Relais mit Kontakten zu sowohl dem Bereichsumschalt-Spannungsteiler als auch zu dem Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstand ,und mit einer Steuerschaltung, die auf den digitalen Ausgang des Umsetzers anspricht, um die (Schalt-)Zustände des oder der Relais zu steuern, so daß der digitale Ausgang in einen vorbestimmten Bereich unabhängig von der Stellung des Betriebsartschalters gebracht wird, und wobei der Betriebsartschalter Kontakte aufweist, welche bei einer Spannungsmessung die Relaiskontakte an dem Relaisumschalt-Nebenschlußwiderstand überbrücken und eine feste Impedanz parallel zu den Stromeingangsanschlüssen schalten.

Die feste Impedanz ist vorzugsweise ein Teil des Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstandes, z.B. der Widerstand mit dem niedrigsten Wert einer Reihe von Widerständen, die den Nebenschlußwiderstand bilden. Die Änderungen der Relaiszustände, welche bei einer Spannungsmessung vorkommen, Wenn eine automatische Bereichseinstellung stattfindet, beeinflussen infolgedessen nicht die Impedanz an den Stromeingangsanschlüssen.

909815/0874

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben- Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild eines digitalen Vielfach-

meßgeräts mit einer automatischen Bereichseinstellung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die Schaltung eines Sperr- oder Verriegelungsrelais;

Fig.3 eine verbesserte Sperr-Relaisschaltung;

Fig.4 eine praktische Ausführungsform einer Sperr-Ralaisschaltung mit FET'en; und

Fig.5 die Schaltung für eine automatische Bereichseinstellung des Mehrfachmeßgerätes.

Das Mehrfachmeßgerät wird nur in Verbindung mit Strom- und Spannungsmessungen beschrieben. Ein herkömmliche Stromquelle kann zum Messen eines Widerstandswerts vorgesehen sein, wobei die Spannung an einem Widerstand gemessen wird, über welchen ein Bezugsstrom von der Quelle fließt.

In Fig.1 sind Anschlüsse 10 für einen Spannungseingang V (oder für eine Widerstandsmessung, weshalb er mit k^2 bezeichnet ist) und Anschlüsse 11 für einen Stromeingang I vorgesehen. Die Betriebsart wird durch einen fünfpoligen Umschalter (MS) mit mechanisch gekuppelten Gleichlaufkontakten MS/1 bis MS/4 (Fig.1) und MS/5 (Fig»5) ausgewählt. Der Schalter ist in der Spannungsbetriebsart dargestellt, in welcher die Anschlüsse 10 mit dem Eingang eines A/D-Umsetzers 12 über einen. jöcKältbaren Spannungsteiler 13 verbunden sind, der durch eine Spannungsteilerkette aus Widerständen R1 bis R3 gebildet ist. Folglich sind durch die Kontakte MS/1 und MS/2 die Anschlüsse 10 parallel zu dem Spannungsteiler geschaltet, und durch den Kontakt MS/3 ist

909815/0874

der Ausgang des Spannungsteilers mit dem A/D-Umsetzer verbunden. Der A/D-ümsetzer kann eine herkömmliche Ausführungsform aufweisen, beispielsweise kann er ein Dual-Slope-Umsetzer sein, wie er in der GB-PS 1 090 047 beschrieben ist, oder er kann ein Impulsverhältnis-Umsetzer sein, wie er in der GB-PS 1 434 414 beschrieben ist.

Die in Fig.1 wiedergegebenen Widerstandswerte geben Bereiche an, die sich um einen Faktor 100 und nicht um einen Faktor 10 unterscheiden. Der A/D-Umsetzer 12 kann einen Eingangsverstärker aufweisen, dessen Verstärkung umeinen Faktor 10 (durch weitere nicht dargestellte Kontakte von Relais RL1 und RL2) in der Weise geschaltet werden, daß sich dieBereiche jeweils um einen Faktor 10 unterscheiden, und der digitale Ausgang in dem Bereich N/10 (annähernd) bis N gehalten wird. Das ist jedoch nicht notwendig, da die Widerstandswerte R1 bis R3 entsprechend gewählt werden können, um der folgenden Gleichung zu geniigen:

R1 + R2 + R3 ■ 10(R1 + R2) = 100R1

Ähnliche Feststellungen gelten für die Widerstände R5 bis R7 (mutatis mutandis).

Ein Schutzwiderstand R4 von 1QOkJt ist in Reihe zu dem Spannungsanschluß HI geschaltet, um ein überschlagen an den Relaiskontak'ten zu verhindern (was noch beschrieben wird) , wenn eine sehr hohe Eingangsspannung angelegt wird. Dies führt zu einem Fehler von 1% in der herabgesetzten Eingangs spannung, ein Fehler, der durch eine entsprechende Untersetzung in dem A/D-Umsetzer Ϊ2 beseitigt wird, d.h. der A/D-Urasetzer wird entsprechend eingestellt, um 1% zu hoch anzuzeigen. Der Widerstand kann, wie dargestellt, vorgesehen sein, liegt vorteilhafterweise aber zwischen den Kontakten MS/1 und dem oberen Ende des Spannungsteilers 13,(W in der Strombetriebsart sowie in der

ü'i eln&n Schutz zu schaffen).

Eine &utoma.Z'läsli'M Se^eielissinstallong -wLz:ü ^urch ei" β Steuer-

S0981S/0874

logik 14 und zwei Sperr- oder Verriegelvingsrelais RL1 und RL2 gesteuert, von denen die mit RL1/1 usw. bezeichneten Kontakte getrennt dargestellt sind. Die Spannungseingangsbereiche sind so, wie in der unten wiedergegebenen Tabelle angegeben ist, wobei die Zustände der Relais entsprechend Kontaktstellungen in Fig.1 mit oben und unten oder mit X bezeichnet sind, wobei X bedeutet, daß sie "nicht zu beachten sind".

Spannungsbereiche

Bereich

RL1	RL2	Eingang	an dem A/D-
		Umsetzer	abgenonunen
		an
oben	X	R1 + R2	+ R3
unten	oben	Rt + R2
unten	unten	Rl

mittel

Aus Fig.1 ist zu ersehen, daß der Spannungsbereich auf diese Weise durch RL1/1 und RL2/1 gewählt wird. Die Steuerlogik 14 hat einen sehr einfachen Aufbau und wirkt entsprechend der "Kenntnis" der vorhandenen Signale von dem A/D-Umsetzer "Bereich, über dem Bereich, unter dem Bereich" (was unten noch, erläutert wird) wie folgt:

Bereichsumschaltung

Bestehender Bereich	Außerhalb des Be- . reichssignals	Wirkung
tief	über dem Bereich	RL1 (nach unten) um schalten
tief	unter dem Bereich	keine Wirkung
mittel	über dem Bereich	RL2 (nach unten) um schalten
mittel	unter dem Bereich	RL1 (nach oben} um schalten
Iirjch	fömr a&üs. EsreieSi	Signalfehler
hoch	unter dem Bereich	RL2 fnach ober.? üb»- schaltern -

909815/0874

ΛΑ

In dieser Aufstellung ist der Zustand des Relais RL2 "nicht beachten" in Wirklichkeit oben.

In der Strombetriebsart verbinden die Schalterkontakte MS/1 und MS/2 die Stromeingangsanschlüsse 11 mit dem Eingang des A/D-Umsetzers 12. In der dargestellten Ausführungsform ist dies dadurch bewirkt, daß die Anschlüsse 11 parallel zu dem Spannungsteiler R1 bis R3 geschaltet sind, während der Schalterkontakt MS/3 die Relaiskontakte RL1/1 und RL2/1 überbrückt, so daß der Eingang an dem A/D-ümsetzef die Spannung an den Widerständen R1 + R2 + R3 ist. Eine Bereichsumschaltung wird nunmehr dadurch bewirkt, daß ein Stromnebenschlußwiderstand 15 parallel zu R1 + R2 + R3 geschaltet wird. Der Nebenschlußwiderstand 15 weist Widerstände R5 bis R7 auf, die durch die Relaiskontakte RL1/2 und RL2/" entsprechend der folgenden Aufstellung ausgewählt sind:

Strombereiche

Bereich

RL1 RL2

Wert des Nebenschluß-Widerstandes

tief mittel hoch

oben χ
unten oben
unten unten

R5+R6+R7 = 1000Ä R5+R6 = 10Ä r5 = 0

Die Relais RL1 und RL2 wählen infolgedessen den Bereich auf genau dieselbe Weise anhand des digitalen Ausgangs des A/D-Umsetzers aus, jenachdem, ob das Meßgerät auf Spannungsmessung oder auf Strommessung geschaltet ist. Wenn in der Strombetriebsart, d.h. zur Strommessung die Relaiskontakte RL1/2 und RL2/2 für eine automatische Bereichseinstellung umschalten, schalten die RelaiskontakteRL1/1,RL2/1 mit um, was jedoch ohne Einfluß bleibt, da sie durch den Schalterkontakt MS/3 überbrückt sind.

Der Schalterkontakt MS/3 könnte weggelassen werden, wenn der . schaltbare Spannungsteiler 13 vor den Kontakten MS/1 und MS/2, d.h. zwischen den Anschlüssen 10 und denXontakten MS/1 und MS/2 angeordnet würde.

909815/087A

Wenn in der Spannungsbetriebsart d.h. bei einer Spannungsmessung die Relaiskontakte RL1/1 und RL2/1 auf automatische Betriebseinstellung umschalten/ werden die Relaiskontakte RL1/2 und RL2/2 mit umgeschaltet. Dies ist wichtig, damit es zu keinen Änderungen in der Impedanz kommt, die den Anschlüssen 11 parallel geschaltet ist, da diese mit der zu untersuchenden Schaltung verbunden bleiben können, welche durch die Impedanzänderungen beeinträchtigt werden könnte. Aus diesem Grund weist der Betriebsartschalter Kontakte MS/4 auf, welche bei der Spannungsmessung die Relaiskontakte RL1/2 und RL2/2 überbrücken und gerade den Widerstand R5 parallel zu den Anschlüssen 11 schalten. Die Stromschaltung weist eine Schutz sicherung auf.

Die Sperr- oder Verriegelungsrelais RL1 und RL2 sind gleich. Nachfolgend wird infolgedesen nur ein Relais (RL1) beschrieben. In Fig.2 ist eine einfache Schaltung mit der Wicklung 17 der Relaissteuerkontakte RL1/3 dargestellt; die Kontakte RL1/1 und RL2/2 sind nicht dargestellt. Das Relais weist einen Dauermagnet-Anker 18 auf, welcher infolgedessen entsprechend der Polarität des durch die Wicklung 17 fließenden Stroms (der zu einem Anziehen oder Abstoßen des Ankers führt) in die Relaisstellung oben oder unten gebracht werden kann. Der Anker ist unter der Wirkung einer Einrichtung, die schematisch als eine Feder 19 dargestellt ist, in jeder Lage stabil.

Das Relais kann durch einen Dauermagneten, der mit einem Teil des Ankers zusammenwirkt, in jeder Lage stabil gemacht werden» Derartige Relais sind vorhanden, z. B. Varley Typ VR4/DM/CFB/3/ Celanex, die von Oliver Pell Control Limited, Woolwich, London, S.E.18 hergestellt werden.

Die Wicklung 17 weist Enden A und B auf. Das Ende A ist mif dem beweglichen Kontakt RL1/3 verbunden, dessen feststehende Kon-' takte mit dem positiven Pol (+) und dem negativen Pol (-) einer (nicht dargestellten) Batterie verbunden sind. Das Ende B ist mit den Emittern eines npn-Transistors und eines pnp-Transistors

909815/0874

21 verbunden. Die Transistoren sind in Reihe zwischen die Batteriepole (+,-) geschaltet, und ihre Basen sind mit einem gemeinsamen Steueranschluß 22 verbunden, wie auch in Fig.1 dargestellt ist.

Das Signal an dem Anschluß 22 ist entsprechend den Relaisstellungen oben und unten logisch hoch oder niedrig.In der wiedergegebenen Stellung oben ist, solange das Steuersignal hoch bleibt, der Transistor 21 gesperrt, und es fließt kein Strom. Wenn das Signal niedrig wird, wird der Transistor 21 leitend und es fließt ein Strom durch die Wicklung 1? von A nach B. Dadurch schaltet dann das Relais in die Stellung unten, in welcher das Relais ohne Strom in der Wicklung verriegelt wird. Wenn das Signal wieder hoch wird, wird der Transistor 20 leitend und es fließt Strom durch die Wicklung von B nach A. Hierdurch schaltet das Relais in die Stellung oben, in welcher das Relais verriegelt wird, ohne daß Strom in der Wicklung vorhanden ist.

Das Relais folgt infolgedessen dem Steuersignal ,aber durch die Wicklung wird nur kurz Strom gezogen, wenn das Relais tatsächlich umschaltet. Infolgedessen bleibt die Batterieenergie erhalten. Trotzdem kann sich eine Schwierigkeit mit dieser einfachen Schaltung ergeben, daß nämlich, obwohl der Strom (.stoß) kurz ist, er stark sein muß; der Widerstand der Wicklung 17 ist nämlich sehr niedrig. Dadurch kann nämlich die Batteriespannung zusammenbrechen, bevor das Relais umschaltet.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, kann die verbesserte Schaltung in Fig.3 verwendet werden, in welcher die mechanischen Teile nicht dargestellt sind. Die Speisung der Wicklung erfolgt nunmehr nicht unmittelbar von der Batterie, sondern von einem Kondensator 23 aus, welcher ständig über einen Widerstand R8 von dem positiven Pol (+) der Batterie geladen wird. Ein Stromimpuls kann periodisch entnommen werden, um die. Wicklung 17 zu erregen, ohns daß die Batteriespannung zusammenbricht. Um dem Kondensator ausreichend Zeit zu geben, damit

909815/0874

sich seine Ladung erholt, wird die logische Steuerung durch Impulse betätigt, und hierzu ist ein dritter, inaktiver Zustand erforderlich, von welchem aus das Signal an den Basen der Transistoren entsprechend dem Signalpegel am Anschluß 22 hoch oder niedrig getastet wird. Hierzu wird in Fig.3 das Steuersignal an einen nichtinvertierenden TTL-Pufferverstärker 25 des Typs 74126 angelegt, welcher durch einen kurzen (periodisch). wiederkehrenden Impuls an einem Anschluß 24 getastet wird, der beispielsweise von einer Taktimpulsschaltung in dem A/D-Umsetzer 12 abgeleitet wird.

Bei Zwischenimpulsen hat der Verstärker 25 eine hohe Ausgangsimpedanz, und ein Widerstand R9 stellt sicher, daß kein Strom in die Transistoren 20 und 21 fließt. Wenn ein Tastimpuls vorliegt, wird der Verstärkerausgang entsprechend dem Steuersignal von der Steuerlogik 14 am Anschluß 22 auf den hohen oder niedrigen Pegel gesteuert. Das Relais schaltet wie in Fig.2 um, wenn seine Stellung nicht dem logischen Pegel des Steuersignals entspricht. Dioden 26 (die nur in Fig.2 dargestellt sind) können in üblicher Weise verwendet werden, um induktive Spitzen zu unterdrücken, wenn di e Kontakte RL1/3 umschalten.

Eine weitere Schaltung ist in Fig.4 dargestellt. Der TTL-Verstärker 25 ist durch eine MOS-Schaltung 27 ersetzt, welche in LSI-Schaltungen enthalten sein kann, die die Steuerlogik 14-bilden. In Fig.4 sind die Transistoren 20 und 21 durch in einer Darlington-Schaltung geschaltete Transistorpaare 2OA und 21A ersetzt.

Die sechs Transistoren 30 bis 36 der Schaltung 27 sind alles Enhancement-PMOS-Transistoren (die etwa PNP-Transistoren entsprechen) , deren jeweilige Quellenelektroden (die Emitter entsprechen) mit der positiven Versorgungsleitung und deren jeweiligen Quellenelektroden (die Kollektoren entsprechen) mit der negativen Versorgungsleitung verbunden sind.. Die zwei Transistoren 34 und 36 sind normalerweise nicht leitend, so daß der Anschluß 38 normalerweise offen ist. Wenn eine logische 1

009816/0874

ORIGINAL INSPECTED

(eine negative Spannung) an den Anschluß 22 angelegt ist, werden die Transistoren 31 und 35 leitend. Ein an den Anschluß 24 angelegter negativer Tastimpuls macht den Transistor 34 leitend, so daß Strom über die Transistoren 34 und 35 dem Darlington-Transistorpaar 2OA der Relaisbetätigungsschaltung zugeführt wird (wenn der Kontakt RL1/3 richtig eingestellt ist). Der Transistor 32 wird Über einen Inverter außer während des Tastimpulses leitend gehalten, aber solange einer der Transistoren 31 und 32 leitend ist, hält der Transistor 33 den Transistor nichtleitend.

Wenn jedoch eine logische 0 (eine Spannung von beinahe null) an den Anschluß 22 angelegt wird, werden die Transistoren 31 und 35 nichtleitend. Wenn folglich die invertierte" Ausführung des Tastimpulses den Transistor 32 nichtleitend macht, macht der Transistor 33 den Transistor 36 leitend. Es kann dann Strom von der Relaisbetätigungsschaltung aufgenommen werden (wenn wieder der Kontakt RL1/3 richtig eingestellt ist}, so daß dann auf diese Weise das Darlington-Transistorpaar 21A angeschaltet wird. Die oben verwendeten Ausdrücke "negativ und beinahe null¹* sind in Verbindung mit der oberen Speiseleitung 37 der LSI-Schaltung 27 benutzt. Die Schaltungsanordnung 27 ist für jedes Relais RL1 und RL2 verdoppelt bzw. doppelt vorgesehen; für jedes Relais ist nur ein Anschluß von der Steuer logik erforderlich/ d.h. der Anschluß 28 in Fig.4. Der Kondensator 23 (und derWiderstand RÖ) können gemeinsam für beide Relais vorgesehen sein, so daß die Tastimpulse an den Anschlüssen 24 zu verschiedenen Zeitpunkten für zwei Relais auftreten, was dadurch erreicht ist, daß diese Impulse abwechselnd an die zwei Anschlüsse 24 angelegt werden. Die Relaisstellungen werden infolgedessen jede Periode überprüft, obwohl keine Energie aufgenommen wird, wenn nicht eine Änderung erforderlich ist.

Obwohl Steuerschaltungen für eine automatische Bereichseinstellung an sich bekannt sind und entsprechend ausgelegt sind, um sie an den jeweiligen A/D-ümsetzer anzupassen, yelcher verwendet wird, ist in Fig.5 als Beispiel eine entsprechende Schal-

80981S/0874

tung dargestellt, wobei die Batterieanschlüsse der Fig.1 weggelassen sind.

Der Ausgang des A/D-Umsetzers 12 weist Impulse auf, welche einem binärkodierten Dezimalzähler (einem BCD-Zähler) 40 zugeführt werden, in welchem der digitale Ausgang des A/D-Umsetzers gebildet wird. Der (bit-parallele) Ausgang dieses Zählers wird in herkömmlicher Weise an einen Dekodierer und eine Anzeigeeinrichtung (die nicht dargestellt sind) angelegt, welche den digitalen Ausgang für den Benutzer anzeigt.

Die Steuerlogik 14 weist eine Zeitsteuerlogik 41 auf, welche mit dem A/D-Umsetzer zusammenarbeitet, um den Meßzyklus des Meßgeräts festzusetzen. Zu Beginn des Meßzyklus löscht die Logik 41 den Zähler 40 (über eine Leitung 42) , welcher dann den digitalen Ausgang, der dem analogen Eingang an dem A/D-Umsetzer entspricht, auf wärt s zählt. Die Zeitsteuerlogik gibt dann einen ersten Tast·^ impuls an eine Leitung 43 ab und gibt zwei Vergleicher 44 und 45 frei. Der Vergleicher 44 ist voreingestellt, um ,wenn er getastet wird, einen Impuls abzugeben, wenn die Zahl in dem Zähler 40 über dem Bereich liegt, d.h. eine obere voreingestellte Zahl übersteigt. Dies ist ein Impuls, der eine Bereichsverschiebung nach oben befiehlt. Der Vergleicher 45 ist voreingestellt, um, wenn er getastet wird_; einen Impuls abzugeben, wenn die Zahl in dem Zähler 40 unter dem Bereich liegt, d.h. kleiner ist als eine untere voreingestellte Zahl. Dies ist ein Impuls, der eine Bereichsverschiebung nach unten befiehlt. Die Werte der oberen und unteren voreingestellten Zahlen hängen von dem Auflösungsvermögen und dem Ablesebereich des Meßgeräts ab. Bei einem fünfstelligen Auflösungsvermögen sind die entsprechenden Werte 19999 bzw. 01800. Die untere vor eingestellte Zahl wird dann 01800 und nicht 02000 gemacht, um eine Schaltunempfindlichkeit einzuführen, welche ein wiederholtes Bereichumschalten verhindert, wenn der gemessene Wert sehr nahe bei einem Bereich sander ungs wert ist. Bei einem vierstelligen Auflösungsvermögen würden die Zahlen 9999und beispielsweise 0090 (und nicht 0100) sein.

Die Impulse oben und unten werden an einen zweiseitigen 2 Bit-

909815/0874

Bereichszähler 46 angelegt, dessen Zustände die verschiedenen Bereiche darstellen. Die Ausgänge des Zählers 46 werden an einen Bereichs/Betriebsartdekodierer 47 angelegt, welcher auch ein Betriebsartsignal von weiteren Kontakten MS/5 des Betriebsartschalters erhält. Der Betriebsartschalter ist in Abhängigkeit davon hoch oder niedrig, ob die gewählte Betriebsart Vol^jßk oder Strom ist. Um eine herkömmliche, den Bereich festlegende Information auf der Anzeige zu schaffen, gibt der Dekodierer logische Signale zum Steuern des Relais RL1 (über die Leitung 22) und zum Steuern des Relais RL2 (über die Leitung 22 ) ab. Infolgedessen wird das Signal auf der jeweiligen Leitung 22 oder 22 hoch oder niedrig, entsprechend den Stellungen oben oder unten des entsprechenden Relais.

Hieraus folgt, daß während des letzten Teils jedes Meßzyklus durch den ersten Tastimpuls auf der Leitung 43 die Vergleicher 44 und 45 überprüft werden, ob der bestehende Bereich richtig ist, und wenn nicht, um den Zähler 46 je nach dem nach oben oder unten durch Impulse weiter zuschal ten. Hierdurch werden die rich-

1 tigen logischen Pegel auf den Leitungen 22 und 22 erhalten.

Die Zeitsteuerlogik 41 gibt dann einen zweiten Tastimpuls an eine Leitung 48 ab, welcher durch einen Impulsverstärker 49 geformt wird, und an den Tastanschluß 24 für das Relais RL1 angelegt wird. Nach einer entsprechenden Verzögerung durch eine.VerzögerungssGhaltung 50 und nach einer entsprechenden Zeit, um den Kondensator 23 erforderlichenfalls wieder zu laden, wird der zweite Tastimpuls über einen Impulsverstärker 51 an den Tastanschluß 24 für das Relais RL2 angelegt.

Ende der Beschreibung

609815/0874

-Al-

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche zum Pa tent ge such der Firma The Solartron Electronic Group Limited, Farnborough Hampshire / England

1. Analog-Digital-Umsetzer für eine automatische Bereichseinstellung, mit einer Eingangsschaltung zum Bereichsumschalten, mit einem oder mehreren Relais zum Auswählen des Eingangsbereichs, wobei das oder die Relais zumindest zwei Schaltzustände aufweisen, und mit einer Steuerschaltung, die auf den digitalen Ausgang des Umsetzers anspricht, um ein Steuersignal oder -signale an das oder die Relais anzulegen, um deren Schaltzustände so zu wählen, daß der digitale Ausgang in einen vorbestimmten Bereich gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Relais ein Sperr- oder Verriegelungsrelais (RLI, RL2) sind, welches in jedem von zwei Schaltzuständen stabil ist,

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Relais (RL1, RL2) aufweist einen Anker (18), welcher sowohl in der ersten als auch in der zweiten Lage stabil ist, eine Erregerwicklung (17), welche, wenn sie durch einen Strom in der einen Richtung erregt wird, den Anker in die erste Lage bewegt, und, wenn sie durch den Strom in der anderen Richtung erregt wird, den Anker in die zweite Lage bewegt, erste und zweite Anschlüsse ( + , -; Fig.2) zum Erregen der Wicklung, einen Umschaltkontakt (RL1/3 )_# welcher ein Ende der Wicklung (17) ndt den ersten und zweiten Anschlüssen in der ersten

90981S/0874

bwz. zweiten Lage des Ankers (18) verbindet, und zwei Schalteinrichtungen (20, 21), die zwischen das andere Ende der Wicklung (17) und die ersten bzw. zweiten Anschlüsse geschaltet sind und durch ein Steuersignal betätigbar sind, um über die Wicklung eine Strombahn für einen Strom der einen Richtung zu schließen, die durch die Stellung des Umschaltkontaktes festgelegt ist.

3. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Relais (RLl, RL2) ferner einen Kondensator (23) aufweisen, der zwischen die ersten und zweiten Anschlüsse (+, -; Fig.2) geschaltet ist.

4. Umsetzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zumindest das eine Relais einen Eingangsanschluß (22) für das Steuersignal, eine Verknüpfungseinrichtung (25 oder 27) , die zwischen den Eingangsanschluß (22) und die Schalteinrichtungen (20, 21) geschaltet ist, und eine Einrichtung (41; 48 bis 51) aufweist, um periodisch die Verknüpfungsschaltung freizugeben, um an den Schalteinrichtungen einen Impuls mit einem Pegel zu erzeugen, der durch den dann bestehenden Pegel des Steuersignals festgelegt ist, wobei die Verknüpfungsschaltung eine hohe Ausgangsimpedanz bei derartigen Zwischenimpulsen aufweist.

5. Umsetzer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Schalteinrichtungen,(20, 21) zumindest einen pnp-Transistor (21) und zumindest einen npn-Transistor (20) mit in Reihe geschalteten Emitter-Kollektor-Schaltungen aufweisen.

6. Analog-Digital-Umsetzer für ein digitales liehrfachmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Spannungseingangsanschlüsse (10), die mit einem Bereichsumschalt-Spannungsteiler (13) verbunden sind, durch gesonderte Stromeingangsanschlusse (11), die mit einem Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstand (15) verbunden sind, und durch einen Betriebsartschalter (MS), welcher wahlweise den Ausgang des Span-

90981S/0874

nungsteilers (13) oder die Stromeingangsanschlüsse (11) mit dem Analog-Digital-Umsetzer (12) verbindet.

7. Analog-Digital-Umsetzer für ein digitales Mehrfachmeßgerät mit einer automatischen Bereichsumstellung, insbesondere nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Spannungseingangsanschlüsse (10) , die mit einem Bereichsumschalt-Spannungsteiler (13) verbunden sind, durch Stromeingangsanschlüsse (11), die mit einem Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstand (15) "verbunden sind, durch einen Betriebsartschalter (MS), der wahlweise betätigbar ist, um den Ausgang des Spannungsteilers (13) bei einer Spannungsmessung oder die Stromeingangsanschlüsse (10) bei einer Strommessung zu dem Umsetzer (12) umzuschalten, durch ein oder mehrere Relais (RL1, RL2) mit Kontakten sowohl an dem Bereichsumschalt-Spannungsteiler (13) als auch an dem Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstand (15) , und durch eine Steuerschaltung, die auf den digitalen Ausgang des Umsetzers (12) anspricht, um die Zustände des oder der Relais zu steuern, so daß der digitale Ausgang in einen vorbestimmten Bereich unabhängig von dem Einstellen des Betriebsartschalters gebracht wird, und wobei der Betriebsartschalter Kontakte aufweist, welche bei der Spannungsmessung die Relaiskontakte an dem Relaisumschalt-Nebenschlußwiderstand überbrücken und eine feste Impedanz zu den Stromeingangsanschlüssen (11) schalten.

8. Umsetzer nach Anspruch 7, dadurch "gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Teil des Bereichsumschalt-Nebenschlußwiderstandes ist.

909815/0874