DE3139359A1

DE3139359A1 - Mehrkanal-messwertumformer

Info

Publication number: DE3139359A1
Application number: DE19813139359
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 6741 Steinweiler Höhne
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1983-04-21
Also published as: JPS5895268A; FR2514177B1; FR2514177A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München - VPA 81 P 3539 DE

Mehrkanal-Meßwertumformer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrkanal-Meßwertumformer mit einem an Ausgänge von Spannungs-Frequenz-Wandlern für jeden der Kanäle angeschlossenen Multiplexer.

Derartige Umformer sind in dem Buch "Die Fernmessung III" von John-Bergmann, Verlag Braun, Karlsruhe, 1963* in dem auf Seite 102 beginnenden Kapitel über Zeitmultiplex-Fernmeßverfahren mit Frequenzvariation beschrieben.

Die bekannten Meßumformer bilden analoge Spannungswerte als Variationen der Frequenz einer Wechselspannung ab. Eine meßwertproportionale Frequenz stellt eine analoge Information dar. Sollen derartige analoge Signale in digitale Signale umgewandelt werden, so müssen die Impulse einer Impulsfolge, deren Folgefrequenz den Meßwerten proportional ist, über vorgegebene Zeitintervalle gezählt werden. Wird weiter gefordert, daß den Meßkanälen unterschiedliche Meßbereiche zugeteilt werden und auf der digitalen Seite jeder der Meßbereiche denselben Zahlenbereich umfassen soll, dann werden die Zeitintervalle für die Kanäle unterschiedlich lang.

Den Kanälen entsprechende Adressen des Multiplexers werden normalerweise von einem Adressenzähler in gleichmäßigen Zeitabständen angesteuert. Sind die Zählzeiten, wie oben vorausgesetzt, bei der Analog-Digital-Umwandlung verschieden lang, so müssen sich die vom Adressenzähler vorgegebenen Zeitabstände nach der längsten Zählzeit richten. Dies stellt eine durch die Erfindung zu behebende Zeitverschwendung dar.

Li 4 Bz / 29.09.1981

- Sf - VPA 81 P 3539 DE

Der Erfindung lag demnach die Aufgabe zugrunde, eine zeitsparende Lösung für die Analog-Digital-Umwandlung bei einem für unterschiedliche Meßbereiche vorgesehenen Mehrkanal-Meßwertumformer zu finden.

Die Lösung des Problems ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Danach werden die für die verschiedenen Meßbereiche notwendigen unterschiedlichen Zählzeiten schon als Öffnungszeiten der einzelnen Adressen des Multiplexers eingeführt. Die für einen alle Meßkanäle umfassenden Meßzyklus notwendige Zeit wird auf diese Weise erheblich verringert.

Die Anschaltzeitdauer einer Adresse des Multiplexers wird zweckmäßig von Lage und Umfang des Meßbereichs innerhalb eines Ausgangs-Frequenzbandes des Spannungs-Frequenz -Wandlers abhängig gemacht. Dabei wird vorteilhafterweise die AnschaltZeitdauer jeder Adresse durch Eingeben des Anfangs- und Endwertes des zugehörigen Meßbereiches vom Mikroprozessor automatisch ermittelt und gespeichert.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Anschaltzeitdauer durch den Kehrwert einer auf eine die digitale Auflösung des jeweiligen Meßbereichs festlegende Zahl bezogenen Differenz zweier Anfangs- und Endwerte eines Meßbereichs abbildenden Ausgangsfrequenzen des der Adresse zugeordneten Spannungs-Frequenz-Wandlers bestimmt.

Die Erfindung wird durch eine Figur, die ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels darstellt, näher erläutert.

Für verschiedenen Meßstellen entnehmbare Eingangsspannungen U_E<1 bis Ug_n sind jeweils aus einem nullpunktstabilen Operationsverstärker 1, einem Spannungs-Frequenz-Wandler 2 und"einem Optokoppler 3 bestehende Eingangsschaltungen vorgesehen. Am Ausgang jeder Eingangsschal-

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tung liegen Wechselspannungen mit den Frequenzen f_v1 bis %n ^vor· ^Die Frequenzen bilden den Meßwert in analoger Form ab. Impulsformer 4 bilden aus den Wechselspannungssignalen Impulsfolgen mit entsprechenden Frequenzen. Ausgänge der Impulsformer 4 sind an Dateneingänge eines Multiplexers 5 gelegt. Die Adresseneingänge werden über einen weiteren Eingang 5a von einem Mikroprozessor 6 angewählt. Der Mikroprozessor bestimmt auch für das Anschalten der einzelnen Adressen den Kanälen zugeteilten Meßbereichen entsprechende Zeitspannen. Die während der Anschaltzeiten in die Adressen einlaufenden Impulse werden einem seriellen Ausgang 5b des Multiplexers 5 entnommen und in einem im Mikroprozessor 6 enthaltenen Zähler abgespeichert. Der Mikroprozessor 6 kann mit den in seinem Zähler abgespeicherten digitalen Meßwerten beispielsweise die nicht dargestellte Mechanik eines Schreibers ansteuern. Ein mit dem Mikroprozessor verbundener nichtflüchtiger Speicher 6a enthält die Zahlenwerte, welche die Anschaltzeiten der einzelnen Adressen bestimmen. Außerdem ist für den Mikroprozessor 6 ein Bedienfeld 6b vorhanden.

Die Einstellung eines bestimmten Meßbereiches, beispielsweise für den ersten Kanal, geschieht auf folgende Weise: Auf dem Bedienfeld 6b des Mikroprozessors 6 wird . ein Eichschalter betätigt. Dadurch wird der Prozessor von einem Meß- auf ein Eichprogramm umgeschaltet. Danach wird der erste Kanal angewählt, d. h., der Multiplexer 5 wird so adressiert, daß die Frequenz f™ dauernd auf den Dateneingang des Mikroprozessors 6 durchgeschaltet ist. Sodann wird an die Eingangsschaltung des ersten Kanals eine Spannung U_E1 gelegt, die dem Endwert des gewünschten Meßbereiches entspricht.
Nach Betätigung einer Taste "Endwert" auf dem Bedienfeld 6b des Mikroprozessors 6 zählt der Prozessor eine Sekunde lang die mit der Frequenz f_ß1 einlaufenden Impulse und speichert die sich ergebende Zahl E ab.

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Anschließend wird eine neue Spannung an den Kanaleingang angelegt, die dem Anfangswert des gewünschten Meßbereiches entspricht.

Nach Betätigung einer Taste "Anfangswert" im Bedienfeld 6b des Mikroprozessors 6 zählt der Prozessor eine Sekunde lang die einlaufenden Impulse und speichert die sich ergebende Zahl A¹ ab.

Damit ist der erste Kanal für den gewünschten Meßbereich geeicht. Um die Eichwerte auch bei Netzausfall nicht zu verlieren, müssen die Zahlenwerte E und A¹ in einem batteriegepufferten oder in einem nichtfluchtigen Speicher abgelegt werden.

Der Mikroprozessor β enthält ein Rechenprogramm, das es gestattet, eine Differenz D=E-A¹ zu bilden und die Anschaltdauer T^ der dem ersten Kanal entsprechenden Adresse nach der Beziehung T fs"] = zu ermitteln. Dabei stellt 1000 die Anzahl der für einen Meßbereich gewünschten digitalen Unterteilung dar. Der Anfangswert für den Kanal 1 ergibt sich aus der Beziehung A = A¹ · T-t ·

Während des normalen Betriebes adressiert der Mikroprozessor 6 den Multiplexer 5 für vorher errechnete Anschaltzeitspannen T auf die einzelnen Kanäle, um die dort anliegenden Frequenzen f„* bis f™ auszuzählen und dadurch die Meßwerte zu ermitteln. Ein Meßwert M wird dabei aus einer während einer Zeit T aufgelaufenen Impulszahl X nach der Beziehung M=X-A ermittelt, wobei 0 < M < 1000 ist.

Bei einer für die bevorzugte Ausführungsform gewählten Dimensionierung können Eingangsspannungen U„ von 0 bis 100 mV verarbeitet werden. Diese Eingangsspannungen werden vom Spannungs-Frequenz-Wandler 2 in Wechselspannungen mit Frequenzen f_£ von 0 bis 20 kHz umgeformt. Somit

(ρ

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ist der Mehrkanal-Meßwertumformer für Spannungsmessungen im Bereich von O bis 100 mV bei einem kleinsten Spannungshub von 5 mV für einen vollen Meßbereich geeignet. Damit können beispielsweise die Ausgangsspannungen aller derzeit marktgängigen Thermoelemente über deren vollen Temperaturbereich verarbeitet werden.

Es sind also Meßbereiche AU™ in den Grenzen von 5 mV ^ AU™ < 100 mV möglich. Diese Meßbereiche entsprechen Frequenzdifferenzen D zwischen 1000 Hz < D < 20.000 Hz. Eingangsspannungen U_E -£ 100 mV oder Frequenzdifferenzen D < 20.000 Hz werden durch die Menge der ganzen Zahlen von 0 bis 1000 abgebildet, was einer Auflösung von 0,1 % entspricht.

Ein besonderer Abgleich des Operationsverstärkers 1 oder, des Spannungs-Frequenz-Wandlers 2 ist dabei nicht erforderlich.

Durch einfache Maßnahmen läßt sich die Schaltung für andere Eingangssignale erweitern.

Beispielsweise für Eingangsströme durch einen Nebenwiderstand, für den keine Präzisionsausführung erforderlich ist.
Für höhere Eingangsspannungen kann ein Spannungsteiler vorgesehen werden.

Für Widerstandsthermometer sind ein oder zwei Konstantstromgeber erforderlich.

Diese Ergänzungen verursachen nur geringe Bauelementekosten und keinen zusätzlichen Abgleich. Sie werden deshalb zweckmäßigerweise für jeden Kanal fest eingebaut und vom Anwender durch entsprechende Beschaltung des Eingangs aktiviert.

4 Patentansprüche
1 Figur

Claims

VPA 81 P 3539 DE

Patentansprüche

π/ Mehrkanal-Meßwertumforme r mit einem an Ausgänge von Spannungs-Frequenz-Wandlern für jeden der Kanäle angeschlossenen Multiplexer, gekennzeichnet durch eine mittels eines Mikroprozessors (6) abhängig von den Kanälen zugeteilten Meßbereichen gesteuerte Dauer der Anschaltzeiten der den Kanälen zugeordneten Adressen des Multiplexers (5) und eine Speicherung der Anzahl der während der Anschaltzeiten Jeweils in jede der Adressen einlaufenden, aus den AusgangsSignalen der Spannungs-Frequenz-Wandler (2) abgeleiteten Impulse.
2. Mehrkanal-Meßwertumformer nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß die Anschaltzeitdauer von Lage und Umfang des Meßbereiches innerhalb eines Ausgangsfrequenzbandes des Spannungs-Frequenz-Wandlers (2) abhängig ist.
3. Mehrkanal-Meßwertumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltzeitdauer jeder Adresse durch Eingeben des Anfangs- und Endwertes des zugehörigen Meßbereiches vom Mikroprozessor (6) automatisch ermittelt und gespeichert wird.
4. Mehrkanal-Meßwertumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltzeitdauer jeder Adresse durch den Kehrwert einer auf eine die digitale Auflösung des jeweiligen Meßbereiches festlegende Zahl bezogenen Differenz zweier Anfangs- und Endwerte eines Meßbereiches abbildenden Ausgangsfrequenzen des der Adresse zugeordneten Spannungs-Frequenz -Wandlers (2) bestimmt ist.