DE3423658C2 - Meßgerät zur Feststellung einer an einem Eingang anstehenden positiven oder negativen Spannung - Google Patents

Abstract

Ein Meßgerät zur Feststellung einer an einem Meßeingang (1) anstehenden positiven oder negativen Spannung gegen Masse, das schaltungstechnisch einfach aufgebaut, elektronisch leicht integrierbar, dementsprechend unempfindlich und leicht zu handhaben und insbesondere als Polaritätstester für medizinische Anwendungen geeignet ist, ist gekennzeichnet durch eine den Meßeingang (1) aufweisende Meßstufe (2), ggf. mit einem Verstärker (3), eine der Meßstufe (2) nachgeschaltete Polaritätswahlstufe (4), ggf. eine der Polaritätswahlstufe (4) nachgeschaltete Verstärkerstufe (5) und eine der Verstärkerstufe (5) nachgeschaltete Anzeigestufe (6), wobei die Stufen an Masse und an eine Spannungsversorgung (7) angeschlossen sind und von der Spannungsversorgung (7) eine positive und/oder eine negative Versorgungsspannung, insbesondere U1 = +12 V, U1 = -12 V, abgebbar ist, wobei eine am Meßeingang (1) anstehende Spannung von der Meßstufe (2) meßbar und ggf. verstärkbar, das von der Meßstufe (2) abgegebene Signal in der Polaritätswahlstufe (4) nach der Polarität (dem Vorzeichen) auswählbar, in der Verstärkerstufe (5) verstärkbar und in der Anzeigestufe (6) polaritätsspezifisch anzeigbar ist. Dabei ist dem Meßeingang (1) der Meßstufe (2) ein als Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von höchstens 40 Hz ausgeführtes Filter (10) zur Ausfilterung störender Spannungen nachgeschaltet, so daß insbesondere eine von einem menschlichen Körper als Antenne eingefangene ...

Description

• Die Erfindung geht aus von einem Meßgerät zur Feststellung einer an einem Eingang anstehenden positiven oder negativen Spannung gegen Masse mit einer den Eingang aufweisenden Eingangsstufe, einer an den Ausgang der Eingangsstufe angeschlossenen Polaritätswahlstufe und einer der Polaritätswahlstufe nachgeschalteten Anzeigestufe, die Größe und Polarität der Spannung anzeigt, wobei die Stufen an Masse und an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind und die Spannungsversorgung eine positive und/oder eine negative Versorgungsspannung abgibt.
• Das bekannte Meßgerät, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die US-PS 30 76 901), weist in der Eingangsstufe einen stabilisierten Gleichspannungsverstärker auf, dessen Ausgang über Potentiometer einerseits an eine positive, andererseits an eine negative Versorgungsspannung einer Spannungsversorgung angeschlossen ist. An die Abgriffe der Potentiometer sind zueinander antiparallel geschaltete Gleichrichterdioden angeschlossen, d. h. an den Abgriff des einen Potentiometers ist die Kathode einer Gleichrichterdiode, an den Abgriff des anderen Potentiometers die Anode der anderen Gleichrichterdiode angeschlossen. Die anderen Anschlüsse der Gleichrichterdioden sind jeweils über Widerstände einerseits mit dem Eingang des Verstärkers, andererseits über Widerstände auch miteinander verbunden. Ausgangsseitig sind die Gleichrichterdioden einerseits an einen für beide Gleichrichterdioden wirksamen Zwischenverstärker, andererseits an einen Endverstärker angeschlossen, dessen Ausgangssignal unabhängig von der Polarität der am Eingang anstehenden Spannung deren Größe anzeigt. Im übrigen ist an den Ausgang der Eingangsstufe aber auch noch eine Polaritätswahlstufe unmittelbar angeschlossen, wobei diese Polaritätswahlstufe durch einen pnp- Transistor dargestellt ist. Dieser pnp-Transistor hat unter Umständen gleichzeitig Verstärkerfunktion. Den nach Masse hin geschalteten Emitterwiderstand dieses pnp-Transistors bildet ein Glimmlämpchen, der Kollektor des pnp-Transistors ist über einen Kollektorwiderstand auf negative Versorgungsspannung geschaltet. Im übrigen ist vom Kollektor des pnp-Transistors ein weiteres Glimmlämpchen nach Masse geschaltet. Je nach dem Schaltzustand des pnp-Transistors leuchtet das eine oder das andere Glimmlämpchen auf, beide gemeinsam bilden also eine Anzeigestufe zur polaritätsspezifischen Anzeige der am Eingang anstehenden Spannung gegen Masse.
• Im übrigen ist ein Meßgerät bekannt (Elektor 1976, Seite 7-80, Artikelnummer 89), bei dem eine zu messende positive oder negative Spannung gegen Masse auf den nichtinvertierenden Eingang eines entsprechend beschalteten Operationsverstärkers gegeben wird. An dessen Ausgang tritt eine entsprechend verstärkte Ausgangsspannung mit gleicher Polarität wie die Eingangsspannung am nichtinvertierenden Eingang auf und wird durch zwei antiparallel zueinander geschaltete Leuchtdioden angezeigt.
• Das eingangs erläuterte, bekannte Meßgerät, von dem die Erfindung ausgeht, hat, wie die voranstehenden Erläuterungen deutlich gemacht haben, durch die Trennung von Absolutwertanzeige und Polaritätsanzeige einen ziemlich komplizierten Aufbau, der überdies elektronisch schlecht integrierbar ist. Die Anzeigestufe dieses bekannten Meßgeräts für sich ist aber in keinem Fall auch für eine Absolutwertanzeige geeignet.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuterte, bekannte Meßgerät so auszugestalten, daß es elektronisch leicht integrierbar und dementsprechend unempfindlich und leicht zu handhaben ist und daß es ohne weiteres sowohl für eine reine Polaritätsanzeige als auch für eine Absolutwertanzeige wahlweise einsetzbar ist.
• Das erfindungsgemäße Meßgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritätswahlstufe und die Anzeigestufe zwei voneinander getrennte Kanäle aufweisen, von denen jeweils einer einer Polarität zugeordnet ist, daß die Polaritätswahlstufe an den Eingängen der Kanäle Polaritätsfilter aufweist und daß die Polaritätsfilter an den Eingängen der beiden Kanäle antiparallel zueinander geschaltet sind. Die Polaritätsfilter können dabei in Form von Gleichrichterdioden ausgeführt sein.
• Durch die erfindungsgemäß verwirklichte zweikanalige Ausgestaltung des Meßgeräts ist die Voraussetzung dafür geschaffen, daß dieses Meßgerät elektronisch sehr leicht integrierbar ist und gleichwohl die Möglichkeit bietet, wahlweise lediglich eine polaritätsspezifische Anzeige und/oder eine Absolutwertanzeige zu verwirklichen. Die an den beiden Kanälen zur Verfügung gestellten Ausgangsspannungen können nicht nur in der Anzeigestufe verwertet, sondern auch je nach Einsatzzweck anderweitig genutzt werden. Aufgrund der deutlichen Kanaltrennung ist dabei immer eine eindeutige Zuordnung der Polaritäten gegeben. Aufgrund der einfachen Schaltungstechnik ist das erfindungsgemäße Meßgerät außerordentlich unempfindlich und damit auch für medizinische Anwendungen als reiner Polaritätstester besonders geeignet.
• Im folgenden werden die Erfindung und besonders bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung anhand einer lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt
• Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meßgeräts und
• Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meßgeräts.
• Das in Fig. 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellte Meßgerät dient zur Feststellung einer an einem Eingang 1 anstehenden positiven oder negativen Spannung gegen Masse. Dieses Meßgerät weist zunächst auf eine den Eingang 1 aufweisende Eingangsstufe 2, die ihrerseits im hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Verstärker 3 aufweist. Der Eingangsstufe 2 nachgeschaltet ist eine Polaritätswahlstufe 4. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Polaritätswahlstufe 4 eine Verstärkerstufe 5 nachgeschaltet. In jedem Fall vorhanden ist eine Anzeigestufe 6, die im dargestellten Ausführungsbeispiel der Verstärkerstufe 5 nachgeschaltet ist. Die Anzeigestufe 6 ist in Fig. 1 nur durch Anschlüsse angedeutet. Später wird noch genauer erläutert, welche Art Anzeigegeräte hier angeschlossen werden können.
• Die Stufen des in Fig. 1 dargestellten Meßgeräts sind natürlich an Masse angeschlossen bzw. so elektrisch angeschlossen, daß eine klar definierte Masse vorhanden ist. Im übrigen sind diese Stufen an eine Spannungsversorgung 7 angeschlossen. Von der Spannungsversorgung 7 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl eine positive als auch eine negative Versorgungsspannung abgebbar, und zwar in dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine positive Versorgungs-Gleichspannung U ₁ = +12 V und eine negative Versorgungs-Gleichspannung U ₂ = -12 V. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Spannungsversorgung 7 an Netzspannung (220 V Wechselspannung) angeschlossen und weist zwei Stufen auf, nämlich einen Wechselspannungswandler 8 (220 V/12 V) sowie einen Zweiphasen-Gleichrichter 9.
• Eine am Eingang 1 anstehende Spannung ist von der Eingangsstufe 2 feststellbar und, mittels des hier vorgesehenen Verstärkers 3, verstärkbar, das von der Eingangsstufe 2 abgegebene Signal ist in der Polaritätswahlstufe 4 nach der Polarität, also dem Vorzeichen auswählbar, in der Verstärkerstufe 5 verstärkbar und in der Anzeigestufe 6 polaritätsspezifisch anzeigbar.
• Fig. 1 zeigt weiter, daß hier die Eingangsstufe 2 ein Filter 10 zur Ausfilterung störender Spannungen aufweist, das dem Eingang 1 nachgeschaltet ist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Filter 10 als Tiefpaß, hier mit einer Grenzfrequenz von 40 Hz ausgeführt. Das Filter 10 bewirkt, daß am Eingang 1 anstehende Störspannungen mit höherer Frequenz die Messung nicht stören. Wird beispielsweise ein menschlicher Körper auf seine Polarität überprüft, so kann die von dem Körper als Antenne eingefangene Netzwechselspannung von 50 Hz durch ein Filter 10 mit einer oberen Grenzfrequenz von 40 Hz abgeblockt werden.
• Fig. 1 zeigt, daß die Polaritätswahlstufe 4 zu einer Auswahl der Polarität einfach dadurch kommt, daß zwei Kanäle vorgesehen sind, von denen jeweils einer einer Polarität zugeordnet ist. Im übrigen weisen nicht nur die Polaritätswahlstufe 4, sondern auch die Verstärkerstufe 5 und die Anzeigestufe 6 zwei Kanäle auf.
• Um die gewünschte kanalspezifische Polaritätszuordnung zu bekommen, sind im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an den Eingängen der Kanäle der Polaritätswahlstufe 4 zueinander antiparallel geschaltete Polaritätsfilter 11 vorgesehen. In besonders bevorzugter Weise sind diese Polaritätsfilter 11 als entsprechend gepolte Gleichrichterdioden ausgeführt.
• Nachdem verschiedene Besonderheiten anhand des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 erläutert worden sind, soll anhand von Fig. 2 und des dort dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Meßgeräts noch an einzelnen Punkten etwas detaillierter erläutert werden, wie die Schaltungsanordnung gestaltet ist. Die einzelnen Stufen und schon erläuterten Teile der Stufen sind mit den entsprechenden Bezugszeichen aus Fig. 1 bezeichnet.
• Zunächst ist in Fig. 2 erkennbar, daß im dort gezeigten Ausführungsbeispiel das Filter 10 der Eingangsstufe 2 als aktives RC-Filter in üblicher Schaltungstechnik ausgeführt ist. Der diesem Filter nachgeschaltete Verstärker 3 der Eingangsstufe 2 gibt am Ausgang eine der Eingangsspannung proportionale Gleichspannung bzw. Wechselspannung bis maximal 40 Hz ab. Die Ausgangsspannung der Eingangsstufe 2 wird über die beiden Polaritätsfilter 11 - Gleichrichterdioden - der Polaritätswahlstufe 4 in den einen oder den anderen Kanal der Polaritätswahlstufe 4 geleitet. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die nachgeschaltete Verstärkerstufe 5 etwas deutlicher und detaillierter in bevorzugter Ausgestaltung gezeigt. Deutlich erkennbar ist, daß im hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Signal in einem Kanal der Verstärkerstufe 5, dem Negativkanal, in Fig. 2 unten dargestellt, invertiert wird, während das Signal in dem anderen Kanal, dem Positivkanal, in Fig. 2 oben dargestellt, nicht invertiert wird. Im hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dazu in jedem Kanal ein Differenzverstärker 12 vorgesehen. Das Signal der Polaritätswahlstufe 4 wird im Negativkanal dem invertierenden Eingang und im Positivkanal dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 12 zugeführt, die jeweils anderen Eingänge des Differenzverstärkers 12 sind über je einen Einstellwiderstand 13 an Masse angeschlossen. Jedem Differenzverstärker 12 ist ein Leistungstransistor 14nachgeschaltet, der die für die Anzeigestufe 6 notwendige Leistung erbringt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Leistungstransistoren 14 um Transistoren vom Typ BC 140.
• In beiden Ausführungsbeispielen des Meßgeräts ist eine sehr einfache Konstruktion gegeben, da die Anzeigestufe 6 als rein digitale, nur die Polarität der Spannung am Eingang 1 wiedergebende Anzeige ausgeführt ist. Es wird also durch das Meßgerät in beiden dargestellten Ausführungsbeispielen mittels der Anzeigestufe 6 nur angezeigt, ob am Eingang 1 eine positive oder eine negative Spannung ansteht. In dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel des Meßgeräts weist dazu die Anzeigestufe 6 in jedem Kanal eine Leuchtdiode 15 (LED) auf. In Fig. 2 ist nicht erkennbar, daß die dem Negativkanal zugeordnete Leuchtdiode 15 in grüner Farbe und die dem Positivkanal zugeordnete Leuchtdiode 15 in roter Farbe leuchtet. Auch in gleicher Farbe leuchtende Leuchtdioden oder Duo-Leuchtdioden können natürlich vorgesehen sein, entsprechende Anschlüsse sind in der Anzeigestufe 6 vorgesehen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel lassen sich an die Anzeigestufe 6 natürlich ebenfalls entsprechende Leuchtdioden od. dgl. anschließen. Im übrigen ist klar, daß anstelle von Leuchtdioden auch Glimmlämpchen oder andere bekannte Anzeigemittel Verwendung finden können.
• Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist an die Verstärkerstufe 5 eine Schreiberansteuerung 16 angeschlossen. Dadurch kann das Ausgangssignal der Verstärkerstufe 5, also das nach der Polarität ausgewählte und verstärkte Eingangssignal am Eingang 1, nach Polarität und Größe mittels eines nicht dargestellten Schreibers festgehalten werden. Im einzelnen ist die im Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 dargestellte Schreiberansteuerung 16 mit einer Endstufe ausgestattet, die aus komplementären Transistoren 17 aufgebaut ist. Die komplementären Transistoren 17 der Endstufe sind ebenfalls Leistungstransistoren, vorzugsweise vom Typ BC 140 (npn-Transistor) und BC 160 (pnp-Transistor). Die Basisanschlüsse der beiden Transistoren 17 der Endstufe werden gemeinsam von einem Differenzverstärker aus angesteuert, dessen Eingänge im dargestellten Ausführungsbeispiel an die Ausgänge der Verstärkerstufe 5 angeschlossen sind. Die Kanalstruktur der Verstärkerstufe 5 wird also in der Schreiberansteuerung 16 zur zweckmäßigen Ansteuerung eines Schreibers wieder rückgängig gemacht.
• In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Meßgeräts ist eine Schreiberansteuerung nicht vorgesehen. Hier ist anstattdessen an die Eingangsstufe 2 über einen einstellbaren Verstärker 18 ein Analoganzeigegerät 19, beispielsweise ein Zeiger-Anzeigegerät angeschlossen. Auch dieses Analoganzeigegerät 19 zeigt das Eingangssignal am Eingang 1 nicht nur nach Polarität, sondern auch nach Größe an.
• Es bleibt noch nachzutragen, daß die Schreiberansteuerung 16 im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel anstatt an die Verstärkerstufe 5 auch direkt an die Eingangsstufe 2 angeschlossen werden könnte, wenn man entsprechende Eingangsschaltungen bei der Schreiberansteuerung 16 vorsieht. Entsprechend könnte das Analoganzeigegerät 19 mit einer entsprechenden schaltungstechnischen Ausgestaltung auch anstatt an die Eingangsstufe 2 an die Verstärkerstufe 5 angeschlossen werden.
• In den beiden Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, ist noch eine zweikanalige Logikansteuerung 20, nämlich in in den dargestellten Ausführungsbeispielen eine TTL-Ansteuerung vorgesehen. In beiden Fällen ist diese Logikansteuerung 20 an die Verstärkerstufe 5 angeschlossen, theoretisch könnte sie natürlich auch an die Polaritätswahlstufe 4 angeschlossen sein. Deutlich erkennbar ist, daß die Logikansteuerung 20 in jedem Kanal einen Schwellwertschalter 21 aufweist, in beiden Fällen in besonders bevorzugter Weise als Schmitt-Trigger ausgeführt. Den Schwellwertschaltern 21 ist jeweils eine Schaltstufe 22 nachgeschaltet. Da die dargestellten Logikansteuerungen 20 als TTL-Ansteuerungen ausgeführt sind, müssen sie natürlich am Ausgang eine TTL-kompatible Signalspannung von U ₀ = 5 V abgeben. Andere Logikansteuerungen, beispielsweise für eine CMOS-Logik kommen mit noch niedrigeren Signalspannungspegeln aus. Fig. 1 zeigt, daß die Signalspannung aus der positiven Versorgungs-Gleichspannung U ₁ = +12 V mittels eines Gleichspannungswandlers 23 gewonnen wird.

Claims (14)

1. Meßgerät zur Feststellung einer an einem Eingang anstehenden positiven oder negativen Spannung gegen Masse mit einer den Eingang aufweisenden Eingangsstufe, einer an den Ausgang der Eingangsstufe angeschlossenen Polaritätswahlstufe und einer der Polaritätswahlstufe nachgeschalteten Anzeigestufe, die Größe und Polarität der Spannung anzeigt, wobei die Stufen an Masse und an eine Spannungsversorgung angeschlossen sind und die Spannungsversorgung eine positive und/oder eine negative Versorgungsspannung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritätswahlstufe (4) und die Anzeigestufe (6) zwei voneinander getrennte Kanäle aufweisen, von denen jeweils einer einer Polarität zugeordnet ist, daß die Polaritätswahlstufe (4) an den Eingängen der Kanäle Polaritätsfilter (11) aufweist und daß die Polaritätsfilter (11) an den Eingängen der beiden Kanäle antiparallel zueinander geschaltet sind.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polaritätswahlstufe (4) eine Verstärkerstufe (5) nachgeschaltet ist und daß auch die Verstärkerstufe (5) zwei voneinander getrennte Kanäle aufweist.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in einem Kanal der Verstärkerstufe (5) (Negativkanal) invertiert wird, während das Signal in dem anderen Kanal (Positivkanal) nicht invertiert wird.

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verstärkerstufe (5) in jedem Kanal ein Differenzverstärker (12) vorhanden ist, das Signal in einem Kanal dem invertierenden und im anderen Kanal dem nicht invertierenden Eingang des jeweiligen Differenzverstärkers (12) zugeführt ist und die jeweils anderen Eingänge der Differenzverstärker (12) an Masse angeschlossen sind.

5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Differenzverstärker (12) ein Leistungstransistor (14), vorzugsweise vom Typ BC 140, nachgeschaltet ist.

6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang (1) der Eingangsstufe (2) ein Filter (10) zur Ausfilterung störender Spannungen nachgeschaltet ist.

7. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (10) als Tiefpaß, vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz von höchstens 40 Hz, ausgeführt ist.

8. Meßgeräte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigestufe (6) in jedem Kanal eine Leuchtdiode (15) (LED) od. dgl., vorzugsweise mit voneinander abweichenden Farben, aufweist.

9. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingangsstufe oder an die Verstärkerstufe (5) eine Schreiberansteuerung (16) angeschlossen ist.

10. Meßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreiberansteuerung (16) eine aus komplementären Transistoren (17) aufgebaute Endstufe aufweist.

11. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingangsstufe (2) oder an die Verstärkerstufe (5) über einen Verstärker (18), ein Analoganzeigegerät (19) angeschlossen ist.

12. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an die Polaritätswahlstufe oder an die Verstärkerstufe (5) eine zweikanalige Logikansteuerung (20), vorzugsweise eine TTL-Ansteuerung, angeschlossen ist.

13. Meßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikansteuerung (20) in jedem Kanal einen Schwellwertschalter (21), vorzugsweise einen Schmitt-Trigger, aufweist.

14. Meßgerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikansteuerung (20) am Ausgang eine TTL-kompatible Signalspannung U ₀ = 5 V abgibt.