DE2917762A1

DE2917762A1 - Stufenschalter fuer ein elektrisches messgeraet

Info

Publication number: DE2917762A1
Application number: DE19792917762
Authority: DE
Inventors: Akira Morita; Isamu Watanabe
Original assignee: Riken Denshi Co Ltd
Current assignee: Riken Denshi Co Ltd
Priority date: 1978-10-12
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1980-04-17
Also published as: JPS5551361A; JPS6019459B2; US4433287A; FR2438846A1; FR2438846B1; DE2917762C2

Description

Anmelder:.

RIKEN DENSHI CO. LTD. 2801-3, Arima Aza Higashikohchi, Takatsu-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Japan

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen des Anmelders: P 23 627

Vertreter:

Dr. Hans Karl HACH Patentanwalt Tarunstraße D-6950 Mosbach-Waldstadt

Bezeichnung:

Stufenschalter für ein elektrisches Meßgerät

030016/0584

P 23 627

STUFSNSCHALTBR FÜR BIN ELEKTRISCHES MESSGERÄT

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter für ein elektrisches Meßgerät.

Es ist bekannt, zur Einstellung der Empfindlichkeit der Anzeige eines Spannungsmeßgerätes, eines SpannungsSchreibers
oder dergleichen ein Potentiometer vorzuschalten, über dessen Gesamtwiderstand die äußere Meßspannung abfällt, von der dann nach Maßgabe der Stellung des Potentiometerabgriffes ein Teil abgegriffen wird, der dem Meßgerät zugeführt wird. Diese
Empfindlichkeitseinstellung führt zu Problemen, weil die jeweils eingestellte Empfindlichkeit sich nur sehr schlecht der räumlichen Einstellung des Potentiometerabgriffes zuordnen
läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß damit die Empfindlichkeit der Anzeige sehr fein in Stufen einstellbar ist und daß^die
jeweilige Einstellung des Schalters einfach und fehlerfrei
überprüfbar ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein variabler
Widerstand, ein fester Widerstand und ein einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand aufweisender Operationsverstärker in Reihe zwischen zwei Eingangsanschlüsse für das Einspeisen der Meßspannung geschaltet sind, daß das

030016/0584

- Jf - P 23 627

Meßgerät mit einem hohen Eingangswiderstand ausgestattet ist und parallel zum festen Widerstand geschaltet ist, daß der variable Widerstand aus mehreren Gruppen von in Reihe geschalteten Einzelwiderständen besteht, wobei die Einzelwiderstände einer jeden Gruppe den gleichen Widerstandswert haben und die Widerstandswerte der Widerstände von Gruppe zu Gruppe steigende Potenzen zu einer gemeinsamen Basis sind und daß der Widerstandswert des festen Widerstandes so groß ist wie der eines der größten Einzelwiderstände, daß die Widerstände der einzelnen Gruppen in Reihe geschaltet und an den Verbindungsstellen leontaktiert sind und an ihren Kontakten durch Wahlkontakte abfragbar sind, die an den jeweils letzten· Widerstand der nächsten Gruppe angeschlossen sind, und daß der letzte Widerstand der ersten Gruppe an den Operationsverstär—■ ker und der Wahlkontakt für die letzte Gruppe an den festen Widerstand angeschlossen ist.

Wenn die Basiszahl 10 beträgt, dann arbeitet der Stufenschalter dekadisch, bei drei Widerstands gruppen ist der Widerstandswert in 900 Stufen verstellbar und es ist anhand der digitalen Einstellung der drei Wahlkontakte eindeutig ablesbar, welche der 900 Stufen gerade eingestellt ist.

Entsprechendes gilt auch wenn eine andere Basiszahl als 10 und eine andere Anzahl von Widerstandsgruppen als drei gewählt ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

030016/0584

- /Γ - P 23 627

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 die Schaltung eines bevorzugten Aucführungs-

beispiels eines Stufenschalters nach aer Erfindung, bei der das Meßgerät und ein zugehöriger Operationsverstärker durch eine gestrichelte Linie umgeben sind, und

Figur 2 diejenigen Teile der Schaltung aus Figur 1,

die außerhalb der gestrichelten Linie gezeichnet sind, mit v/eiteren Details,

In den Figuren sind mit E₁ und S₀ Eingangsanschlüsse für die Meßspannung, mit V₁ und V_Q Ausgangsanschlüsse, mit M ein Meßgerät, mit B der Instrumententeil des Meßgerätes und mit A. und A₀ Operationsverstärker bezeichnet.

Ein variabler Widerstand R und ein fester Widerstand Rp sind in Reihe an einen Operationsverstärker A₁ angeschlossen, der eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz hat. Über die Ausgangsanschlüsse V₁, V_Q ist das Meßgerät M, bei dem es sich zum Beispiel um ein Voltmeter, einen Spannungsauf zeichner oder dergleichen handeln kann, geschaltet. Die beiden Ausgangsanschlüsse V₁, V_Q liegen über dem festen Widerstand E„. Das Meßgerät M hat eine genügend hohe Singangsimpedanz aufgrund des vorgeschalteten Operationsverstärkers A_Q, der mit dem Instrumententeil B in Reihe geschaltet ist.

Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Widerstände R und Rp aus Figur 1. Der variable Widerstand R besteht aus mehreren Gruppen von einzelnen Widerständen. Die Widerstandswerte aufeinanderfolgender Gruppen entsprechen Vielfachen zunehmender Ordnung zu einer gemeinsamen Basiszahl, die auch Basiszahl des Widerstandswertes des festen Widerstandes R^ ist.

030016/0584

2917782

- V - ■ P 23 627

-ti-

Vorzugsweise ist die Basiszahl 10, so daß die Umschaltung der Widerstands-werte nach dem Dezimalsystem erfolgen kann» Man kann aber auch andere Basiszahlen zugrundeIegen.

Im Falle der Basiszahl 10 besteht jede Widerstandsgruppe, abgesehen von einer bevorzugten Ausnahme, aus neun einzelnen Widerständen, die in Reihe geschaltet sind und an allen Verbindungsstellen kontaktiert sind. Die Widerstandswerte einer jeden Widerstands gruppe sind zehn mal so groß wie die Widerstandswerte der jeweils vorhergehenden Gruppe. Die Gruppe K dient als Einheitsdekade. Die nächstfolgende Gruppe R dient als Zehnerdekade, während die dritte, folgende Gruppe R als Hunderterdekade dient und weitere Dekaden durch entsprechend weitere, in der Zeichnung nicht vorgesehene Gruppen repräsentiert sein können. Logarithmisch ausgedrückt ist für die Einzelwiderstände der Gruppe R₁ der Widerstandswert = 10 E», ' für die Widerstände der Gruppe R₉ ist der Widerstandswert = 10 Rp und für die Widerstände der Gruppe R ist der Widerstandswert =10 Rp. Für wextere Widerstandsgruppen höherer Dekaden ist der Widerstandswert 10~^xRp, wobei χ der zugehörige Multiplikator für die Dekade ist.

Wenn man zum Beispiel den Widerstandswert des festen Widerstandes Rp mit 10Or ansetzt, dann beträgt der Widerstandswert' der einzelnen Widerstände der Gruppe R₁ 10Or, für die einzelnen Widerstände der Gruppe R₂ beträgt der Widerstandswert 1Or und für die einzelnen Widerstände der Gruppe R„ beträgt der widerstandswert ir.

Für jede der Widerstandsgruppen R₁, R₂, R_ ist ein Wahlkontakt vorgesehen, mit dem wahlweise einer der Kontakte der betreffenden Gruppe angewählt werden kann. Die Kontakte der einzelnen Gruppen sind der Einfachheit halber mit 0 bis 9 bezeichnet. Die Wahlkontakte sind außerdem jeweils an das eine Ende der nächsten Widers^andsgruppe angeschlossen, vorzugsweise an dasjenige Ende, das dem Null-Kontakt entspricht.

030016/0584

P 23 627

Nachfolgend wird dargelegt, -warum es wünschenswert ist, da£ die Einheitsgruppe aus acht statt aus neun einzelnen Widerständen besteht, mit neun statt zehn Kontakten. Aus diesem Grunde ist die niedrigste Nummer des Kontaktes der Einheitsgruppe eine 1 statt einer 0. Auf diese Weise wird dem festen Widerstand Rp Rechnung getragen, der das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des Stufenschalters bestimmt. Man kann natürlich auch auf andere Weise dem Widerstand R„ Rechnung tragen.

Wenn an die Singangsanschlüsse E und E_Q eine Spannung angelegt wird, die den Wert e. hat, dann liegt an den Ausgangsanschlüssen V und V₀ eine Ausgangsspannung e , für welche folgende Beziehung gilt:

R_£
Gleichung .1 e_o = *_±——

Wenn dem vollen Skalenausschlag des Meßgerätes M die Spannung ep entspricht, dann ergibt sich für die entsprechende Eingangsspannung e.p gemäß Gleichung 2

Rp + R

Gleichung 2 e._£ = e _f —

oder Gleichung 3

Rp + R + R + R ^eif - ^eo£ -£ L S- 3 .

Wenn man die Position der Wahlkontakte in den einzelnen Widerstandsgruppen R₁, R_, R„ mit x, y und ζ bezeichnet und wenn gilt Rp = 10Or, dann kann man Gleichung 3 ausdrücken

030016/0584

2917782

P 23 627

Gleichung 4 e_±£ = e_o£ ^iRf ⁺ (^x~¹)^Rf ^{+ Q}-^1vRf + O»O

R_f

und es gilt

Gleichung 5 e^_£ = e_o£ (x + 0.1 y und 0.01 z) .

Wenn, wie in Figur 2 unterstellt, für x, y und ζ die Werte 3, 6 und 2 ausgewählt sind, dann gilt

Gleichung 6 e-„ = 3,62 e „ ·

Mit anderen Worten, diejenige Meßspannung, die über den Spannungsteiler einen vollen Skalenausschlag des Meßgerätes hervorruft, ist 3,62 mal so groß wie diejenige Spannung, die ohne den Spannungsteiler am Meßgerät den vollen Ausschlag verursachen würde. Wenn x, y und ζ den Maximalwert 9 aufweisen, dann gilt

Gleichung 7 e_±f = 9.99 e_Qf ,

wenn dagegen x, y und ζ die Minimalwerte 1 , 0 und 0 aufweisen, dann gilt

Gleichung 8 e_i£ = 1.00 e_Q£ .

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann also der volle Skalenausschlag des Meßgerätes beliebig umgeschaltet werden innerhalb eines Meßbereiches von 1,00 v_Q bis 9,99 v_Q mit Keßintervallen von 0,01 v_Q. Wenn man nun die Wahlkontakte entsprechend einstellt, also die x, y und ζ entsprechend wählt, so daß ein vorbestimmter Ausschlag des Meßgerätes hervorgerufen wird, dann entspricht die so gefundene Einstellung der Wahlkontakte einer digitalen Anzeige der Meßspannung. Da der Operationsverstärker A₁ eine hohe Impedanz zwischen den Anschlüssen E und E_Q verursacht und durch die Verstellung des Widerstandes R nicht beeinflußt wird und auch die Eingangsimpedanz des Meßgerätes hoch ist, kann auch keine diesbezügliche Fehlanzeige verursacht werden.

030016/0584

P 23 627

Man kann einen Stufenschalter nach der Erfindung mit Gruppen gleicher Widerstände, also mit wenigen verschiedenen Widerstandswerten, aufbauen, weil innerhalb jeder Widerstandsgruppe Widerstände mit gleichem Widerstandswert benötigt werden. 'denn man einen Digitalschalter einsetzt, um die Wahlkontakte zu betätigen, dann kann man die ganze Einrichtung nach der Erfindung sehr klein ausgestalten und leicht im Gehäuse eines Meßgerätes unterbringen.

Claims

2917782

_ y _ P 23 627

Patentansprüche:

(1 .J Stufenschalter für ein elektrisches Meßgerät, dadurch ge-Kennzeichnet, daß ein variabler Widerstand (R), ein fester Widerstand ( R_f ) und ein einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand aufweisender Operationsverstärker (A ) in Reihe zwischen zwei Eingangsanschlüsse ( E₁ , E₀ ) für das Einspeisen der Meßspannung geschaltet sind, daß das Meßgerät (M) mit einem hohen Eingangswiderstand ausgestattet ist und parallel zum festen Widerstand ( Rp ) geschaltet ist, daß der variable Widerstand (R ) aus mehreren Gruppen ( R , R„, R„ ) von in Reihe geschalteten Einzelwiderständen besteht, wobei die Einzelwiderstände einer jeden Gruppe den gleichen Widerstandswert haben und die Widerstandswerte der Widerstände von Gruppe zu Gruppe steigende Potenzen zu einer gemeinsamen Basis sind und daß der Widerstandswert des festen Widerstandes so groß ist wie der eines der größten Einzelwiderstände, daß die Widerstände der einzelnen Gruppen in Reihe geschaltet und an den Verbindungsstellen kontaktiert sind und an ihren Kontakten durch Wahlkontakte abfragbar sind, die an den jeweils letzten Widerstand der nächsten Gruppe angeschlossen sind, und daß der letzte Widerstand der ersten Gruppe ( R ) an den Operationsverstärker ( A₁ ) und der Wahlkontakt für die letzte Gruppe ( R~ ) an den festen Widerstand ( Rp ) angeschlossen ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Gruppe ( R- ) Einzelwiderstände in der Anzahl der Basiszahl vermindert um zwei vorgesehen sind und in den übrigen Gruppen Einzelwiderstände in der Anzahl der Basiszahl vermindert um eins vorgesehen sind.

030016/0584 ORIGINAL INSPECTEP

- 2 - P 23 627
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszahl 10 ist.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Widerstandsgruppen vorgesehen sind, deren Widerstandswerte r, 1Or und 10Or betragen und daß der Widerstandswert des festen Widerstandes 100r beträgt.

0300 16/0584