DE4032714A1 - Automatischer messbereichswaehler eines digitalen vielfach-messinstrumentes - Google Patents
Automatischer messbereichswaehler eines digitalen vielfach-messinstrumentesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein digitales
Vielfach-Meßinstrument zur Messung einer Widerstands-,
Strom- und Spannungsgröße und insbesondere einen
automatischen Meßbereichswähler eines digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes, das einen gemessenen Wert
mittels einer Analog/Digital (A/D)-Umsetzung zählt,
nachdem bei Vornahme einer Messung eine automatische Wahl
eines Meßbereiches erfolgt ist.
Bei einem bekannten Meßgerät, wie beispielsweise einem
Prüfgerät, wird die Messung vorgenommen, nachdem ein
Bereich gewählt wurde. Dabei besteht das Beschwernis, daß
der Meßbereich für jede Messung manuell gewählt werden
soll.
Somit wurde das digitale Vielfach-Meßinstrument
verbessert, um eine derartige Messung lediglich abhängig
von der automatischen Wahl des Meßbereiches vorzunehmen,
wodurch eine derartige Beschwernis beseitigt wird. Bei
diesem Verfahren einer automatischen Wahl des
Meßbereiches wird dieser mit einem gezählten digitalen
Wert ausgewählt oder der Meßbereich wird durch getrennte
Zählung mittels schnellen und langsamen Zählern
ausgewählt. Im letzteren Fall wird der gemessene
Analogwert nach der A/D-Umsetzung gezählt und der Bereich
wird zum nächsten umgeschaltet, falls der gezählte Wert
über den vollen Meßbereich eines vorliegenden Bereiches
hinausgeht, wodurch viel Zeit für eine Änderung von einem
kleinsten Bereich zu einem höchsten Bereich verbraucht
wird.
Im letzteren Falle verwendet die Anzeige eines gemessenen
Wertes mit hoher Genauigkeit einen langsamen Zähler,
während andere Funktionen, die geringere Genauigkeit
benötigen wie der Meßbereich, einen schnellen Zähler
benützen, wodurch es möglich ist, den Bereich schnell
auszuwählen. Jedoch soll der Bereich mindestens einmal
umgesetzt werden und eine derartige Umsetzzeit für den
Bereich ist durch die Zeitkonstante des A/D-Umsetzers
begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
automatischen Meßbereichswähler eines digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes zu schaffen, indem eine
automtische Bereichswahl, die mehr als einmal zur Messung
einer Größe erforderlich ist, schnell erzielt werden kann.
Diese Aufgabenstellung kann gelöst werden, indem der
Bereich mit einem digitalen Signal gewählt wird, das durch
einen Codierer geliefert wird, nachdem ein gemessener Wert
eines Dämpfungsgliedes mit einem internen Bezugspegel
mittels eines Parallel-A/D-Umsetzers verglichen wurde.
Erfindungsgemäß wird ein automatischer Meßbereichswähler
eines digitalen Vielfach-Meßinstrumentes geschaffen, der
gekennzeichnet ist durch: ein Dämpfungsglied zur Dämpfung
einer gemessenen Spannung eines Objektes; einen
A/D-Umsetzer zur Umsetzung eines analogen Ausgangssignals
des Dämpfungsglieds in ein digitales Signal; einen Zähler
zum Zählen des digitalen Ausgangssignals des
A/D-Umsetzers; einen Parallel-A/D-Umsetzer zur Lieferung
paralleler digitaler Ausgangssignale mittels raschen
Vergleichs des Ausgangssignals des Dämpfungsglieds mit
internen Bezugsspannungen; und eine Steuerlogik mit
Meßbereichswähler zur Steuerung der Ausgangsspannung des
Dämpfungsglieds entsprechend den digitalen
Ausgangssignalen des Parallel-A/D-Umsetzers.
Diese und andere Aufgabenstellungen, Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines bekannten digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes;
Fig. 2 eine Ablaufdarstellung zur Erläuterung eines
Betriebes eines bekannten digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des bekannten
digitalen Vielfach-Meßinstrumentes nach
Fig. 2;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
digitalen Vielfach-Meßinstrumentes; und
Fig. 5 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen
Parallel-A/D-Umsetzers zur automatischen
Auswahl eines Meßbereiches.
Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme
auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines bekannten digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes, das einen Meßbereich mittels
eines gezählten digitalen Wertes auswählt. Dieses bekannte
digitale Vielfach-Meßinstrument umfaßt ein
Dämpfungsglied (1) zur Dämpfung einer gemessenen Spannung
(Vin) eines Objektes, einen A/D-Umsetzer (2) zur Umsetzung
einer Ausgangsgröße des Dämpfungsglieds (1) in ein
digitales Signal, einen Zähler (3) zum Zählen des
digitalen Signals des A/D-Umsetzers (2), und eine
Steuerlogik und einen Meßbereichswähler (4) zur Lieferung
von Steuersignalen an den A/D-Umsetzer (2) und den Zähler
(3) und zur Steuerung eines Dämpfungsverhältnisses des
Dämpfungsgliedes (1) mit Ausgängen des A/D-Umsetzers (2)
und Zählers (3).
Wird die gemessene Eingangsspannung (Vin) des Objektes dem
A/D-Umsetzer (2) über das Dämpfungsglied (1) zugeführt, so
wandelt der A/D-Umsetzer das analoge Signal in ein
digitales Signal um. Das umgesetzte digitale Signal wird
dann durch den Zähler (3) gezählt.
Überschreitet die gezählte Zahl die volle Skala des
vorliegenden Meßbereiches, so steuern die Steuerlogik und
der Meßbereichswähler (4) das Dämpfungsglied (1), damit
der vorliegende Bereich zum nächsten umgeschaltet wird.
Anschließend wird der Ausgang des Dämpfungsglieds (1) auf
1/10 der gemessenen Spannung verringert. Somit erfordert
bei Zuführung einer großen gemessenen Spannung die
Auswahl eines Bereiches derselben eine beträchtliche Zeit,
da der Bereich vom niedrigsten zum höchsten geändert
werden sollte. Beispielsweise wird für eine
Eingangsspannung (Vin) von 30 V der gemessene Wert als
"30,0 V" angezeigt, wenn der Auswahlvorgang in einem
Bereich von 200 V über 2 V und 20 V aus einem niedrigsten
Bereich von 200,0 mV geändert wird, wodurch 1,6 Sekunden
benötigt werden, wenn eine Umsetzzeit des Bereiches
400 msec benötigt.
Fig. 2 zeigt eine Ablaufdarstellung zur
aufeinanderfolgenden Erläuterung einer Betriebsweise eines
bekannten digitalen Vielfach-Meßinstrumentes gemäß
Fig. 1.
Beim Betrieb wird für N=0 eine Ausgangsspannung (Vx) des
Dämpfungsglieds (1), die dem A/D-Umsetzer (2) zugeführt
werden soll, aus einer gemessenen Eingangsspannung (Vin)
in einer Stufe (S3) berechnet. In den Stufen (S4, S5) wird
entschieden, ob die Spannung (Vx) innerhalb des gesetzten
Wertes liegt, und falls die Spannung (Vx) innerhalb des
gesetzten Wertes liegt, wird die Spannung (Vx) in einer
Stufe (S8) angezeigt, da sie im vorliegenden Bereich
liegt. Ist die Spannung (Vx) oberhalb des vorliegenden
Bereiches, so wird der Bereich erhöht und der gleiche
Vorgang wird in einer Stufe (S11) wiederholt. Falls der
gemessene Wert jenseits des zulässigen Maximalbereiches
liegt, so wird mittels einer Stufe (S10) angezeigt, daß
das Meßobjekt eine Überlastung darstellt.
Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des bekannten
Vielfach-Meßinstrumentes. Gemäß Fig. 3 wird der
Meßbereich mittels getrenntem Zählen mit Hilfe von
schnellen und langsamen Zählern gewählt und das
Vielfach-Meßgerät umfaßt ein Dämpfungsglied (1) zur
Dämpfung einer gemessenen Spannung (Vin) eines Objektes,
jeweils einen langsamen A/D-Umsetzer (5) und einen
schnellen A/D-Umsetzer (6) zum Umsetzen einer
Ausgangsspannung (Vx) des Dämpfungsgliedes (1) in digitale
Signale, jeweils einen langsamen Zähler (7) und einen
schnellen Zähler (8), die jeweils an den langsamen und
schnellen A/D-Umsetzer (5, 6) zur Zählung jedes digitalen
Ausgangswertes angeschlossen sind, und eine Steuerlogik
mit Meßbereichswähler (4) zur Lieferung von
Steuersignalen an den langsamen und schnellen A/D-Umsetzer
(5, 6) und die Zähler (7, 8) zur Steuerung eines
Dämpfungsverhältnisses des Dämpfungsgliedes (1) mittels
der Ausgangswerte der A/D-Umsetzer (5, 6) .
Die gemessene Eingangsspannung (Vin) des Objektes wird dem
langsamen und schnellen A/D-Umsetzer (5, 6) über das
Dämpfungsglied (1) zugeführt und somit wird jedes dem
A/D-Umsetzer (5, 6) zugeführte Analogsignal jeweils in ein
digitales Signal umgesetzt. Ein derartiger digitaler
Ausgangswert des langsamen A/D-Umsetzers (5) wird durch
den langsamen Zähler (7) gezählt, während jener des
schnellen A/D-Umsetzers (6) durch den schnellen Zähler (8)
gezählt wird. Dabei zählt der langsame Zähler (7) in der
Folge 1, 2, 3,..., während der schnelle Zähler (8) in der
Folge von 10, 20, 30,... zählt, so daß der schnelle Zähler
(8) 5 bis 10 mal schneller als der langsame Zähler (7)
zählt. Ein derartiger gezählter Wert des schnellen Zählers
(8) wird der Steuerlogik und dem Meßbereichswähler (4)
zugeführt, um durch Steuerung des Dämpfungsglieds (1)
einen gewünschten Bereich auszuwählen.
Jedoch wird selbst bei diesem Verfahren die Zählzeit beim
Meßbetrieb in Millisekunden bemessen und ist durch die
Zeitkonstante des schnellen A/D-Umsetzers (6) begrenzt.
Falls der A/D-Umsetzer (6) ferner Widerstände und
Kondensatoren aufweist, ist eine große Fläche für viele
Chips und externe Bauelemente erforderlich.
Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild eines digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes zur Erläuterung der
erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. Gemäß Fig. 4
umfaßt das digitale Vielfach-Meßinstrument ein
Dämpfungsglied (1) zur Dämpfung einer gemessenen
Eingangsspannung (Vin) eines Objektes um eine vorgegebene
Einheit, einen A/D-Umsetzer zur Umsetzung einer
Ausgangsspannung (Vx) des Dämpfungsglieds (1), einen
Zähler (3) zum Zählen eines Ausgangswertes des
A/D-Umsetzers (2) und zur Lieferung eines gezählten
Ausgangswertes an ein Latch und eine Anzeige, einen
3-bit-Parallel-A/D-Umsetzer (10) zur Lieferung paralleler
digitaler Ausgangswerte durch Aufnahme der Ausgangsgröße
(Vx) des Dämpfungsglieds (1), und eine Steuerlogik mit
Meßbereichswähler (4) zur Auswahl eines Meßbereiches mit
dem 3-bit-Parallel-A/D-Umsetzer (10). Die Steuerlogik mit
Meßbereichswähler (4) steuert das Dämpfungsglied (1) und
veringert die gemessene Spannung um eine vorgegebene
Einheit. Ihre Steuerlogik erzeugt Logiksignale zur
Steuerung des A/D-Umsetzers (2) und des Zählers (3) und
steuert gleichzeitig den Betrieb des
3-bit-Parallel-A/D-Umsetzers (10). Die erfindungsgemäße
Ausführungsform wurde zwar insbesondere unter Bezugnahme
auf den 3-bit-Parallel-A/D-Umsetzer beschrieben, es ist
jedoch offensichtlich, daß die Erfindung nicht hierauf
beschränkt ist.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild des
3-bit-Parallel-A/D-Umsetzers (10) zur Auswahl eines
Meßbereiches zwecks Erläuterung einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform. In Fig. 5 umfaßt ein Vergleichsglied
(12) zum Vergleich einer Ausgangsspannung (Vx) des
Dämpfungsglieds (1) mit Bezugsspannungen
Spannungsverteilungswiderstände (R1-R6) zur
Spannungsverteilung und Komparatoren (CP1-CP5), in denen
Bezugsspannungen (+a, +b, 0, -b, -a) durch die Widerstände
(R1-R6) festgelegt und jeweils den nicht-negierten
Eingangsklemmen (+) der Komparatoren (CP1-CP5) zugeführt
werden. Die Ausgangsspannung (Vx) des Dämpfungsglieds (1)
wird generell an die negierten Eingangsklemmen (-) der zu
vergleichenen Komparatoren (CP1-CP5) gelegt und die
Ausgangswerte der Komparatoren (CP1-CP5) werden einem
Codierer (EN) zugeführt, um die 3-bit-digitalen Signale zu
ergeben.
Erfindungsgemäß wird die gemessene Eingangsspannung (Vin)
des Objektes dem Dämpfungsglied (1) zugeführt und es wird
somit die gedämpfte Spannung (Vx) geliefert. Das
Dämpfungsglied (1) liefert die Ausgangsspannung (Vx), die
durch die Widerstände (R1-R6) entsprechend einer
Umschaltsteuerung verteilt wird.
Die gemessene Ausgangsspannung (Vx) wird sowohl dem
3-bit-Parallel-A/D-Umsetzer (10) und dem A/D-Umsetzer (2)
zugeführt. Der 3-bit-Parallel-A/D-Umsetzer (10) vergleicht
die Spannung (Vx) mit den internen Bezugspannungen,
wodurch die 3-bit-digitalen Signale an die Steuerlogik und
den Meßbereichswähler (4) zur Steuerung des
Dämpfungsglieds (1) geliefert werden. Somit wird die
Ausgangsspannung (Vx) des Dämpfungsglieds (1) entsprechend
dem Meßbereich geliefert. Dabei vergleicht der
3-bit-Parallel-A/D-Umsetzer (10) die Spannung (Vx) mit den
Bezugsspannungen (±aV, ±bV, 0V) mittels der Komparatoren
(CP1-CP5) und liefert die 3-bit-Parallel-digitalen Signale.
Falls sich nun zeigt, daß die gemessene Eingangspannung
(Vin) größer als eine zulässige Spannung eines
vorliegenden Bereiches im Steuerlogikteil ist, so steuert
ein Meßbereichswählerglied das Dämpfungsglied derart,
daß die Eingangsspannung (Vin) auf 1/10 verringert wird
und die Ausgangsspannung (Vx) 1/10 der Eingangsspannung
(Vin) wird.
Durch Wiederholung dieser Stufen wird ein korrekter
Bereich ausgewählt. Obgleich derartige Stufen
beispielsweise 4 oder 5 mal, ausgehend vom untersten
Bereich zum höchsten Bereich wiederholt werden, kann ein
zu großer, durch die "Überlast" verursachter
Zeitverbrauch beseitigt werden, da die parallele
Umwandlungszeit sehr kurz ist, und die Bereichswahl in
einer Auto-Null-Phase des A/D-Umsetzers (2) beendet wird.
Beim Betrieb des 3-bit-Parallel-A/D-Umsetzers unter
Bezugnahme auf Fig. 5 wird die Ausgangsspannung (Vx) des
Dämpfungsglieds (1) den negierten Eingangsklemmen (-) der
Komparatoren (CP1-CP5) zugeführt, während die
Bezugsspannungen (+a, +b, 0, -b, -a), die durch die
Widerstände (R1-R6) verteilt werden, den nicht-negierten
Eingangsklemmen (+) zugeführt werden. Somit wird die
Ausgangsspannung (Vx) des Dämpfungsglieds (1) mit den
Bezugsspannungen verglichen und die Ausgangswerte der
Komparatoren (CP1-CP5) werden dem Codierer (EN) zugeführt,
um die 3-bit-Parallel-Digitalausgangswerte zu erzeugen.
Falls dabei die Spannung (Vx) die Bezugsspannung (+a)
überschreitet, entspricht sie einem Übermaßbereich, und
falls die Spannung (Vx) unter der Bezugsspannung (-b)
liegt, entspricht sie einem Untermaßbereich.
Der Codierer (EN) codiert sechs Fälle, die mittels der
fünf Komparatoren (CP1-CP5) erhalten werden können und
liefert die 3-bit-Parallel-Digitalausgangswerte an die
Steuerlogik und den Meßbereichswähler (4), so daß das
Dämpfungsglied (1) zur Umschaltung gesteuert wird und ein
gewünschter Meßbereich ausgewählt wird. Ein endgültiger
Meßbereich der Ausgangsspannung (Vx) wird innerhalb einer
sehr kurzen Zeit gewählt und der Wert der umzusetzenden
Ausgangsspannung (Vx) ist im Auto-Null-Zyklus des
A/D-Umsetzers (2), wenn der Bereich gewählt wird. Der
A/D-Umsetzer (2) setzt die im Endbereich gewählte Spannung
(Vx) in das digitale Signal um und der Zähler (3) zählt
das digitale Ausgangssignal des A/D-Umsetzers (2). Somit
ist es möglich, ein Objekt in sehr kurzer Zeit zu messen,
da ein derartiger Wert einmal vom A/D-Umsetzer (2)
umgesetzt und direkt geliefert wird.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, wird bei einer
erfindungsgemäßen automatischen Meßbereichswahl ein
Meßbereich mittels eines parallelen A/D-Umsetzers
unterschieden und liefert parallele digitale Signale über
einen Codierer zur Steuerung der Umschaltung eines
Dämpfungsglieds und zur Umsetzung des einem endgültigen
Bereich entsprechenden Meßwertes in ein anzuzeigendes
digitales Signal. Somit kann die vorliegende Erfindung die
Meßzeit ohne Verzögerung für die Umwandlung mehrerer
Zeiten bei der automatischen Wahl eines Meßbereiches
verringern.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die vorstehend
beschriebene Ausführungsform beschränkt. Verschiedene
Abänderungen der angegebenen Ausführungsform sowie andere
Ausführungsformen der Erfindung sind für den Fachmann bei
Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung
offensichtlich und werden im Rahmen der anliegenden
Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.
Claims (2)
1. Automatischer Meßbereichswähler eines digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes,
gekennzeichnet durch:
ein Dämpfungsglied (1) zur Dämpfung einer gemessenen Spannung eines Objektes;
einen A/D-Umsetzer (2) zur Umsetzung eines analogen Ausgangssignals des Dämpfungsglieds in ein digitales Signal;
einen Zähler (3) zum Zählen des digitalen Ausgangssignals des A/D-Umsetzers (2);
einen Parallel-A/D-Umsetzer (10) zur Lieferung paralleler digitaler Ausgangssignale mittels raschen Vergleichs des Ausgangssignals des Dämpfungsglieds (1) mit internen Bezugsspannungen; und
eine Steuerlogik mit Meßbereichswähler (4) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Dämpfungsglieds (1) entsprechend den digitalen Ausgangssignalen des Parallel-A/D-Umsetzers (10).
ein Dämpfungsglied (1) zur Dämpfung einer gemessenen Spannung eines Objektes;
einen A/D-Umsetzer (2) zur Umsetzung eines analogen Ausgangssignals des Dämpfungsglieds in ein digitales Signal;
einen Zähler (3) zum Zählen des digitalen Ausgangssignals des A/D-Umsetzers (2);
einen Parallel-A/D-Umsetzer (10) zur Lieferung paralleler digitaler Ausgangssignale mittels raschen Vergleichs des Ausgangssignals des Dämpfungsglieds (1) mit internen Bezugsspannungen; und
eine Steuerlogik mit Meßbereichswähler (4) zur Steuerung der Ausgangsspannung des Dämpfungsglieds (1) entsprechend den digitalen Ausgangssignalen des Parallel-A/D-Umsetzers (10).
2. Automatischer Meßbereichswähler eines digitalen
Vielfach-Meßinstrumentes nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der
Parallel-A/D-Umsetzer umfaßt:
Widerstände (R1-R6) zur Lieferung von Bezugsspannungen durch Verteilung einer Versorgungsspannung;
Komparatoren (CP1-CP5) zum Vergleich der Ausgangsspannung des Dämpfungsglieds (1) mit Bezugsspannungen; und
einen mit den Komparatoren verbundenen Codierer (EN) zur Lieferung paralleler digitaler Ausgangssignale.
Widerstände (R1-R6) zur Lieferung von Bezugsspannungen durch Verteilung einer Versorgungsspannung;
Komparatoren (CP1-CP5) zum Vergleich der Ausgangsspannung des Dämpfungsglieds (1) mit Bezugsspannungen; und
einen mit den Komparatoren verbundenen Codierer (EN) zur Lieferung paralleler digitaler Ausgangssignale.
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