DE3611772A1 - Verfahren zum fixieren eines momentanen messwertes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei Meßverfahren, die unter Zuhilfenahme von Rechnerbau­ steinen arbeiten, kann der Meßablauf wesentlich verein­ facht werden. Während es bei herkömmlichen Meßgeräten noch erforderlich ist, zur Aufnahme eines Meßwertes, in jeder Hand eine Meßspitze haltend, die Meßstelle zu kon­ taktieren und gleichzeitig den angezeigten Wert am Meß­ gerät abzulesen, genügt bei komfortablen, modernen Meß­ geräten ein einmaliges, relativ kurzes Kontaktieren der Meßstelle. Wird der Meßkreis unterbrochen, so erfolgt eine automatische Fixierung der Meßanzeige, so daß der Meßwert in aller Ruhe ohne körperliche Verrenkungen ab­ gelesen werden kann.

Entscheidend für die Fixierung eines sich ändernden Meß­ wertes ist, daß der Meßwert festgehalten wird, der die elektrischen Verhältnisse innerhalb des Meßkreises am besten repräsentiert.

Aus der US-PS 45 32 470 ist ein Meßinstrument bekannt, das es erlaubt, den Meßwert automatisch zu fixieren. Mit Hilfe einer Ablaufsteuerung sind die Bedingungen festge­ legt, unter denen ein neuer Meßwert anstelle eines alten Meßwertes fixiert wird. Als Grundbedingung ist festge­ legt, daß der neue Meßwert größer als ein relativ kleiner Basiswert ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß ohne Kontaktierung einer Meßstelle, also bei fehlen­ dem Meßwert, eine allenfalls kleine Störgröße nicht er­ faßt und zur Anzeige gebracht wird. Als weitere Bedin­ gung muß die Differenz zwischen dem alten und dem neuen Meßwert innerhalb eines schmalen Grenzbereiches liegen. Dadurch soll ein sich stark ändernder Meßwert erst er­ faßt werden, wenn er sich beruhigt hat. Schließlich soll ein neuer Meßwert nur dann fixiert werden, wenn man da­ von ausgehen kann, daß der alte Meßwert uninteressant geworden ist. Bei dem bekannten Gerät ist diese Bedin­ gung erfüllt, wenn nach der letzten Fixierung eines Meß­ wertes ein Meßwert unter den Basiswert gesunken ist, z. B. durch Öffnen des Meßkreises, oder wenn der Meßwert sich sehr stark geändert hat.

Das aus der US-PS 45 32 470 bekannte Verfahren zum Fi­ xieren eines momentanen Meßwertes ist in sofern nicht befriedigend, weil Störeinflüsse, deren Anzeige uner­ wünscht ist, leicht zu einer Fehlinterpretation des Meß­ ergebnisses führen. So wird die Entscheidung über die Gültigkeit eines Meßwertes und dessen Fixierung immer nur mit Hilfe von Einzelwerten getroffen. Fällt eine Störung mit dem Abtastzyklus zusammen, mit dem die Ab­ laufsteuerung neue Meßwerte aufnimmt, so wird ein momen­ taner Abfall oder Anstieg des Meßwertes fixiert, obwohl er den eigentlichen, repräsentativen Meßwert nicht wie­ dergibt. Weiterhin können relativ kurze Störimpulse dazu führen, daß ein neuer Meßwert fixiert wird, obwohl ei­ gentlich der alte Meßwert festgehalten werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit dem es gelingt, die Fixierung des Meßwertes von Störungen weitgehend unabhängig zu machen, so daß der festgehalte­ ne Meßwert den wirklichen Zustand möglichst gut reprä­ sentiert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Da jeder Meßwert als Mittelwert aus einer vorgegebenen Zahl von Einzelmessungen erzeugt wird, können kurzzeiti­ ge Störungen nicht zu einer Verfälschung der Meßanzeige führen. Um andererseits aber auch den Pegel einer rela­ tiv niederfrequenten überlagerten Wechselkomponente trotz der Eliminierung durch die Mittelwertbildung mit­ erfassen zu können, muß erfindungsgemäß neben der Dif­ ferenz der Mittelwerte auch die Differenz der Einzelwer­ te in einem Grenzbereich liegen, bevor der Meßwert fi­ xiert wird.

Eine zweckmäßige Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß für die Differenz der Mittelwerte und Einzelwerte der gleiche Grenzbereich gilt. Bei einem Meßbereich, der 30000 Counts umfaßt, bilden 10 Counts einen angemessenen Grenzbereich.

Weiterhin ist es zweckmäßig, den Basiswert auf einen unteren Grenzwert festzulegen, in dem bei dem jeweiligen Meßbereich normalerweise nicht mehr gemessen wird. Ande­ rerseits muß der Basiswert größer als übliche Störsigna­ le sein. Bei dem genannten Meßbereich von 30000 Counts stellen 2000 Counts einen angemessenen Basiswert dar. Der Mittelwert wird vorzugsweise aus acht oder zehn Ein­ zelwerten gebildet.

Eine wesentliche Bedeutung kommt der Initialisierung des für die Fixierung des Meßwertes erforderlichen Ablaufs zu. In vorteilhafter Weise wird diese zunächst durch einen Druck auf eine Ablauftaste herbeigeführt, kann dann aber wahlweise durch einen erneuten Druck auf die Ablauftaste oder ein Unterschreiten des Basiswertes, also z. B. durch Öffnen des Meßkreises, erfolgen. Durch die Ablaufsteuerung wird in beiden Fällen ein "Flag" gesetzt, derart, daß nur bei gesetztem "Flag" ein neuer Meßwert fixiert werden kann. Nach jeder Registrierung eines neuen Meßwertes wird das "Flag" zunächst wieder gelöscht.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß die Initalisierung durch Tastendruck durch eine erste Quittieranzeige quittiert wird. Eine Anzeige "Data" auf dem Display symbolisiert den Beginn eines Ablaufs in zweckmäßiger Weise. Sobald der neue Meßwert fixiert ist, erscheint eine zweite Quittieranzeige, die vorzugsweise durch "Hold" auf dem Display signalisiert, daß ein neuer Meßwert vorliegt. Ein zusätzlicher Piepton kann diesen Vorgang noch unterstreichen. Die zweite Quittieranzeige wird vorteilhaft gelöscht, sobald ein neues "Flag" ge­ setzt wurde und der letzte Meßwert den Basiswert über­ schritten hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Meßgerätes, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt

Fig. 2 ein die Bedingungen zur Fixierung eines Meß­ wertes enthaltendes Ablaufdiagramm.

Fig. 3 eine Meßwertfixierung bei sich änderndem Meß­ wert.

Das in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Meßgerät besitzt ein Display, das sowohl eine Ziffernanzeige, als auch eine quasi analoge Anzeige ermöglicht. Bei der Qua­ sianaloganzeige wird zur Nachbildung einer bestimmten Zeigerstellung aus einer Vielzahl entlang einer Meßskala angeordneter Zeigersegmente das Zeigersegment ange­ steuert, dessen Lage dem anzuzeigenden Meßwert ent­ spricht. Ein besonderer Vorteil dieses Meßgerätes ist, daß aus einem vorgegebenen Gesamtmeßbereich ein stark gespreizter Meßbereichsausschnitt gewählt werden kann. Dadurch ist eine sehr hohe Auflösung erzielbar, die ei­ ner konventionellen Meßskala von mehreren Metern ent­ spricht.

Das Blockschaltbild enthält eine Meßeingabeeinheit 10 und einen Meßbereichsschalter 25, der mit Hilfe von Spannungsteilern R _T ein Eingangssignal U _e anpaßt und einem aktiven Filter 36 zuführt. Das Filter 36 ist ein Tiefpaß zweiter Ordnung und hat die Aufgabe das dynami­ sche Verhalten eines Drehspulmeßwerkes zu simulieren. Hinter dem Filter 36 wird das Meßsignal in einem 16-Bit-A/D-Wandler 37 umgesetzt, der mindestens 20 Mes­ sungen pro Sekunde wandeln kann. Die Referenzspannungs­ quelle ist bei diesem A/D-Wandler bereits integriert, ebenso auch der Taktgenerator, der ein Clock- und Sta­ tus-Signal entsprechend den Wandlungsraten an einen nachgeschalteten Mikrocomputer 11 abgibt.

Der Mikrocomputer besteht im vorliegenden Fall aus einer Porterweiterung 11 a, einem ersten Mikroprozessor 11 b und einem zweiten Mikroprozessor 11 c. Der Mikrocomputer 11 steuert durch ein entsprechendes Programm den gesamten Meßablauf des digitalen Meßgerätes. Der erste Mikropro­ zessor 11 b korrespondiert einerseits mit dem A/D-Wandler 37 und andererseits über die Porterweiterung 11 a mit der Meßeingabeeinheit 10 und dem Keyboard 13. Liegen gültige Meßwerte am A/D-Wandler vor, so gibt der durch einen Quarz Q taktstabilisierte erste Mikroprozessor 11 b über die Start-Konvertleitung den Befehl zum seriellen Einle­ sen der Daten des Meßwertes. Weiterhin wird über die Porterweiterung 11 a das Schalterwort in den ersten Mi­ kroprozessor übernommen. Das aufbereitete Schalterwort umfaßt 6 Bytes und erfaßt die Stellung des Meßbereichs­ schalters 25 der Meßeingabeeinheit 10, des Zoom-Schal­ ters, des Modeschalters und des Referenz-Set-Schalters. Dieses Schalterwort, der 2 Bytes umfassende Meßwert und die 2 Bytes umfassenden Steuerdaten werden an den zwei­ ten Mikroprozessor 11 c übergeben, sobald dieser zur Da­ tenaufnahme bereit ist.

Die Porterweiterung 13 ermöglicht es, die Vielzahl der im Schalterwort zu berücksichtigenden Schalterstellungen mit Hilfe von Multiplexern auf wenige Eingänge des er­ sten Mikroprozessors 11 b zu reduzieren. Über den am Key­ board 13 vorgesehenen Zoom-Schalter 14 wird die Skalen­ dehnung bestimmt, der Mode-Schalter 15 erlaubt eine Ein­ schaltung der automatischen Skalenwahl, wobei eine Ska­ lenumschaltung nach Verzögerungszeiten von 1, 2 oder 5 Sekunden erfolgt und der Ref-Set-Schalter 16 ermöglicht das Einstellen eines Referenzwertes. Die Fixierung eines Meßwertes als Ziffernanzeige kann durch die Ablauftaste 17 initialisiert werden.

Am ersten Mikroprozessor 11 b ist noch ein Tonsignalgeber 38 angeschlossen, der die Abgabe eines akustischen Sig­ nals ermöglicht, z. B. bei Erreichen, Über- oder Unter­ schreiten eines Referenzwertes oder erfolgter Meßwertfi­ xierung. Durch Änderung der Signalfrequenz kann auch ein sich Nähern an den bzw. Entfernen vom Referenzwert sig­ nalisiert werden.

Die wesentliche Arbeit bei der Darstellung des Meßwertes auf dem Display 7 übernimmt der zweite Mikroprozessor 11 c. Dieser ist einerseits mit dem ersten Mikroprozessor 11 b über einen Datenbus und Steuerleitungen verbunden und gibt, entsprechend dem ihm vorgegebenen Programm seine Anweisungen an LCD-Treiber, die ihrerseits unmit­ telbar auf die Segmente des LCD-Displays wirken.

Das in Fig. 2 dargestellte Ablaufdiagramm läßt die Schritte erkennen, mit denen die Ablaufsteuerung, die im wesentlichen durch den Mikrocomputer 11 repräsentiert wird, das Fixieren eines neuen Meßwertes vornimmt. Nach einer Betätigung der Ablauftaste 17, die auch als "Da­ ta-Hold-Taste" bezeichnet werden kann, wird im Display 7 eine Anzeige "Data" aktiviert. Dieser Vorgang wird durch den Block a beschrieben. Wie Block b zeigt, wird weiter­ hin ein "Flag" gesetzt, das grundsätzlich vorhanden sein muß, bevor ein neuer Meßwert fixiert werden kann. Nach Block c erfolgt nunmehr eine Meßwertaufnahme, bei der nacheinander Einzelwerte und jeweils aus 10 Einzelwerten gebildete Mittelwerte eingegeben und überprüft werden. In einem in Block d festgehaltenen ersten Prüfvorgang wird entschieden, ob der jeweils neue Mittelwert größer als 2000 Counts ist. Trifft das zu, so wird in Block f geprüft, ob ein "Flag" gesetzt wurde. Sollte auch das der Fall sein, so wird eine etwa in der Anzeige noch enthaltene, das Fixieren eines Meßwertes anzeigende "Hold-Information" gelöscht. Damit sind die Grundvoraus­ setzungen gegeben, daß der neue Meßwert fixiert werden kann, sofern er auch die Bedingungen nach Block h und Block i erfüllt. In Block h wird gefordert, daß die Dif­ ferenz der beiden letzten Mittelwerte kleiner 10 Counts ist und nach Block i darf auch die Differenz der beiden letzten Einzelwerte diesen Grenzwertbereich nicht über­ schreiten. Werden die Forderungen erfüllt, so wird nach Block j der neue Mittelwert in die Anzeige geschrieben. Je nach Bedarf kann selbstverständlich auch der neue Einzelwert in die Anzeige geschrieben werden. Weiterhin wird mit dem Block k der neue Mittelwert mit einer An­ zeige "Hold" quittiert. Nach diesem Vorgang wird in Block l das "Flag" gelöscht.

Ein Löschen des "Flags", oder ein zu großer Differen­ zwert, der sich beim Mittelwerte- oder Einzelwertever­ gleich ergibt, oder ein nicht gesetztes "Flag", oder ein in Block e gesetztes "Flag", nachdem der Mittelwert kleiner als 2000 Counts war, bewirken eine Prüfung der Ablaufsteuerung, nach Block m, ob die Taste erneut ge­ drückt wurde. Ist das der Fall, so wird "Data-Hold" auf dem Display 7 gelöscht. Wurde die Ablauftaste 17 nicht gedrückt, so beginnt der Ablauf mit der Meßwertaufnahme in Block c von neuem.

Wesentlich ist, daß nach der Fixierung der Ziffernanzei­ ge die Quasianaloganzeige unabhängig weiterarbeitet, so daß bei fest angeschlossener Meßsignalquelle mögliche Änderungen des Meßwertes sofort erkannt werden. Ein Öff­ nen des Meßkreises nach gedrückter Ablauftaste 17 be­ wirkt, daß bei der Prüfung nach Block d der Mittelwert unter 2000 absinkt und damit nach Block e ein "Flag" gesetzt wird. Wird der Meßkreis nun wieder geschlossen, so kann man davon ausgehen, daß nunmehr auch ein neuer Meßwert erfaßt werden soll. Liegt also jetzt der Mittel­ wert nach Block d über 2000 Counts so ergibt sich für die Entscheidung nach Block f, daß ein "Flag" gesetzt wurde. Für die Fixierung eines neuen Meßwertes müssen somit nur noch die Bedinungen der Blöcke h und i erfüllt werden.

In Fig. 3 sind die Verhältnisse bei einem sich ändern­ den Signal dargestellt. Der Meßbereich umfaßt ± 30000 Counts, geht als von - 30000 bis + 30000. Der Basiswert für die Entscheidung nach Block d beträgt ± 2000 Counts. Ein Mittelwert wird jeweils aus zehn Einzelmessungen gebildet. Die Darstellung erfaßt insgesamt 80 Einzelmes­ sungen. Betrachtet man den Kurvenverlauf, so kann zwi­ schen den Punkten 1 und 2 selbstverständlich gemessen werden, die anfallenden Meßwerte werden jedoch nicht fixiert, da sie kleiner als der Basiswert von 2000 Counts sind.

Ein am Eingang des Meßgerätes angelegter Rechteckimpuls wird durch das Filter 36 stark gedämpft, so daß das Meß­ signal an seinem Ausgang dem Verlauf einer e-Funktion folgt. Ein an sich bedeutungsloser kurzer Ausfall des Eingangssignals würde bei Punkt 3 und 4 des Signals bei der Bewertung von Einzelmessungen einen sehr kleinen Differenzwert vortäuschen. Durch die Mittelwertbildung fällt der kurze Aussetzer jedoch nicht ins Gewicht. Bis zum Punkt 5 ist die Änderung des am A/D-Wandler 37 an­ liegenden Meßsignals in jedem Fall so groß, daß eine Differenz der beiden letzten Mittelwerte größer als der zulässige Grenzbereich von 10 Counts ist. Eine Fixierung des Meßwertes kann also bis hierhin nicht erfolgen. Erst ab Punkt 5 wird der eingeschwungene Zustand erreicht, so daß schließlich die Differenz des von Punkt 5 bis Punkt 6 reichenden Mittelwertes und des von Punkt 6 bis Punkt 7 reichenden Mittelwertes die Bedingung erfüllt und un­ ter 10 Counts bleibt. Auch die Einzelwerte bleiben klei­ ner als 10 Counts. Es erfolgt somit eine Fixierung des Mittelwertes zwischen Punkt 6 und 7.

Claims (9)

1. Verfahren zum Fixieren eines momentanen Meßwer­ tes, vorzugsweise auf dem Display eines digitalen Meßge­ rätes, bei dem nach der Initialisierung des in einem von einer Ablaufsteuerung vorgegebenen Takt, aufeinanderfol­ gend Meßwerte aufgenommen werden und vor dem Fixieren des jeweils neuen Meßwertes eine Kontrolleinrichtung prüft, ob dieser einen Basiswert überschreitet und die Differenz der beiden letzten Meßwerte innerhalb eines vorgegebenen Grenzbereiches liegt, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Meßwert als Mittelwert aus einer vorgege­ benen Zahl von Einzelmessungen erzeugt wird und die Kon­ trolleinrichtung weiterhin prüft, ob die Differenz der aus den beiden letzten Einzelmessungen resultierenden Einzelwerte innerhalb eines vorgegebenen Grenzbereiches liegt und eine Fixierung des letzten Meßwertes und oder Einzelwertes erfolgt, wenn die Differenz der Mittelwerte und die Differenz der Einzelwerte in dem jeweiligen Grenzbereich liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Differenz der Mittelwerte und Einzel­ werte der gleiche Grenzbereich gilt und dieser vorzugs­ weise 10 Counts bei 30000 Counts pro Meßbereich beträgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswert auf einen unteren Grenzwert festgelegt ist, in dem bei dem jewei­ ligen Meßbereich normalerweise nicht mehr gemessen wird, der aber größer als übliche Störsignale ist, vorzugswei­ se 2000 Counts bei 30000 Counts pro Meßbereich und daß der Mittelwert vorzugsweise aus acht oder zehn Einzel­ werten gebildet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Initialisierung des Ablaufs zunächst durch einen Druck auf eine Ablauf­ taste, aber dann wahlweise durch einen Druck auf die Ablauftaste oder ein Unterschreiten des Basiswertes, ge­ gebenenfalls durch Öffnen des Meßkreises, erfolgen kann, und die Ablaufsteuerung sowohl nach dem Tastendruck, als auch nach Unterschreiten des Basiswertes ein "Flag" setzt und nur bei gesetztem "Flag" ein neuer Meßwert fixiert werden kann und nach dem Fixieren eines neuen Meßwertes das "Flag" zunächst wieder gelöscht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Initialisierung durch Tastendruck durch eine erste Quittieranzeige, vor­ zugsweise mit "Data" auf dem Display quittiert wird und mit der Fixierung des neuen Meßwertes eine zweite Quit­ tieranzeige, vorzugsweise mit "Hold" auf dem Display erfolgt und die Quittierung zusätzlich noch durch einen Piepton signalisiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Quittieran­ zeige zur Kennzeichnung der Fixierung eines Meßwertes gelöscht wird, nachdem ein neues "Flag" gesetzt wurde und der letzte Meßwert den Basiswert überschritten hat.

7. Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß sie folgende Funktionsgruppen umfaßt

• - ein Display (7) zur Sichtbarmachung ihm zugeführter Meßwerte durch eine Ziffernanzeige
• - eine Meßwerteingabeeinheit (10) zur Anpassung des Meß­ wertes
• - ein Eingangsfilter (36)
• - einen A/D-Wandler (37)
• - eine Ablaufsteuerung (11) vorzugsweise einen Mikrocom­ puter (11) mit Mitteln zur Festlegung eines Basiswer­ tes und eines Grenzbereiches für den Differenzwertver­ gleich,
• - ein Keyboard 13 mit Ablauftaste (17)
• - und gegebenenfalls einen Tonsignalgeber (38)

8. Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ablaufsteuerung Mittel umfaßt, die in der nachstehenden Reihenfolge die angegebenen Funktionen ausführen, wobei die Funktionen a, g, k, n auch entfal­ len können,

• a) auf Tastendruck eine erste Quittieranzeige vornehmen, vorzugsweise "Data" in den Display schreiben,
• b) einen "Flag" setzen,
• c) fortlaufend Einzelwerte und Mittelwerte aufnehmen,
• d) die Mittelwerte mit einem Basiswert vergleichen,
• e) bei einem Mittelwert unter dem Basiswert ein "Flag" setzen,
• f) bei einem Mittelwert über dem Basiswert prüfen, ob ein "Flag" gesetzt ist,
• g) bei gesetztem "Flag" eine zweite Quittieranzeige lö­ schen,
• h) eine Differenz der jeweils letzten Mittelwerte bilden und prüfen ob diese größer als der vorgegebene Grenz­ bereich sind,
• i) bei kleineren Differenzmittelwerten eine Differenz der jeweils letzten Einzelwerte bilden, und prüfen ob diese größer als der vorgegebene Grenzbereich sind,
• j) bei kleineren Differenzmittelwerten den Mittelwert in die Anzeige schreiben,
• k) die zweite Quittieranzeige setzen, vorzugsweise "Hold" in den Display schreiben,
• l) den "Flag" löschen,
• m) nach gelöschtem "Flag" oder bei nicht gesetztem "Flag" oder bei Differenzwerten, die größer als der Grenzbereich sind, oder nach einem Setzen des "Flags" infolge eines Meßwertes, der kleiner als der Basis­ wert ist, prüfen, ob die Taste erneut gedrückt wurde,
• n) nach nicht gedrückter Taste den Ablauf, beginnend bei c) mit der erneuten Aufnahme von Einzel- und Mittel­ werten wiederholen,
• o) nach erneut gedrückter Taste die zweite Quittieran­ zeige löschen und danach den Ablauf beenden.

9. Meßanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nur die Ziffernanzeige und die zugehö­ rige Bereichsanzeige, nicht aber die quasi analoge Meß­ anzeige fixierbar ist.