DE4141039A1

DE4141039A1 - Messdatenerfassungsgeraet

Info

Publication number: DE4141039A1
Application number: DE19914141039
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: DATZ ALEXANDER
Current assignee: DATZ ALEXANDER
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-06-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßdatenerfassungsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Meßdatenerfassungsgeräten, zum Ersten Digita loszilloskopen ist ein speziell angepaßter Rechner mit einer ähnlichen Schaltungsanordnung in einem Gehäuse mit umschaltba ren Eingangsverstärkern untergebracht, so daß damit Spannungs werte erfaßbar und umrechenbar sind. Derartige Meßwerterfas sungsgeräte mit umschaltbaren Eingängen sind im Einsatzbereich eingeschränkt, weil nur Spannungen erfaßt werden können und keine weitere physikalische Größe direkt meßbar ist. Weiterhin ist die Art der graphischen Darstellung und die Weiterverar beitung sehr beschränkt.

Zum Zweiten gibt es Meßdatenerfassungssysteme mit vom Rechner umschaltbaren Verstärkungsfaktoren. Dabei sind jedoch nur Ein gangsspannungen von maximal etwa ±12 Volt verarbeitbar, grö ßere Spannungen würden die Eingangselektronik zerstören. Eine Umschaltung zu Strommessungen gibt es dafür nicht. Bei schnel len Messungen ist während der Messung eine Umschaltung des Meßbereiches nur schwer möglich, da der Rechner und das Meßda tenerfassungssystem in dieser Zeit mit anderen Aufgaben ausge lastet ist, außerdem sprechen ergonomische Argumente für eine Umschaltung der Meßbereiche und der Meßgröße mit der Hand.

Zum Dritten gibt es Digitalmultimeter, welche mit einem Rechner koppelbar sind und die Anzeige des Multime ters nocheinmal groß durch ein Rechnerprogramm auf einen Bild schirm darstellen. Da bei Digitalmultimetern meist nach inte grierenden Verfahren gemessen wird, sind nur sehr langsame Meßwertveränderungen darstellbar. Außerdem hat man nur einen Eingang für Spannungen, Ströme und Widerstände, kann also kei ne Kennlinien von elektrischen Bauelementen aufnehmen, des wei teren lassen sich infolge fehlender Eingänge für weitere nichtelektrische Meßgrößen keine sonstigen Verknüpfungen er zielen. Auch mehrere Spannungen gegen die Zeit oder die Phasen verschiebung zwischen Strom und Spannung sind damit nicht dar stellbar. Zusammenfassend sind nur Meßdatenerfassungssysteme und Geräte bekannt, welche im Gebrauchswert eingeschränkt sind, weil nicht beliebige Sensoren oder nur vom Computer steu erbare oder durch Hardware fest eingestellte Meßbereiche ver wendet werden können.

Mit diesen bekannten Geräten ist ein hoher Aufwand verbunden. Temperaturnormale, Brückendiagonal- und Versorgungsspannungen sind getrennt zu liefern, nichtlineare Sensoren sind nicht an schließbar, Strom- und Spannungsmessung erfordert Zusatzschal tungen und eine zur Meßwertauswertung, beispielsweise im Com puter aufwendige Anpassung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßdatenerfas sungsgerät zu schaffen, das mit geringem technischen Aufwand an unterschiedliche physikalische Eingangsgrößen anpaßbar ist sowie eine Auswertung der Meßdaten über einen großen Meßbe reich ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 14 verwiesen.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßdatenerfassungsgerät ist ohne zu sätzliche Gerätekomponenten die Messung aller physikalischen denkbaren Eingangsgrößen mit entsprechenden Primärwandlern einschließlich Spannungen und Ströme über einen großen Meßbe reich möglich. Das Gerät ermöglicht deshalb vorteilhaft eine völlig neue Programmstruktur der Software. Es lassen sich erstmals beliebige mathematisch-physikalische Verknüpfungen zwischen den Meßdaten besonders leicht und auch während der Messungen erzielen. Eine neue Struktur für die Kalibrierung und die Verwendung nichtlinearer Sensoren mit hoher Genauig keit wird dadurch ermöglicht.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Blockschaltplan des Meßdatenerfassungsgerätes in Ver bindung mit einem Rechner,

Fig. 2 prinzipielle Vorderansicht des Meßwerterfassungsgerä tes,

Fig. 3 Hauptmenü der menügesteuerten Software,

Fig. 4 Untermenü Buchsenbelegung,

Fig. 5 Eingabefeld von Umrechnungsfunktionen,

Fig. 6 Eingabemenü der Regressionszuordnungen.

In Fig. 1 ist ein allgemein mit 1 bezeichnetes Meßdatenerfas sungsgerät in seinem Aufbau prinzipiell dargestellt.

Beschreibung zur Fig. 2

Das Meßdatenerfassungsgerät besteht aus einem Grundgerät und einem weiteren nicht abgebildeten Gerät zur Erweiterung auf 14 Anschlußbuchsen für beliebige Primärwandler sowie zwei Strom-/ Spannungseingängen. Die beiden Stufenschalter haben fünf Meß bereiche 0,1, 1, 10, 100, 1000 Volt bzw. mA. Die Elektronikein heit besteht aus einem Multiplexer mit Meßverstärker und nach geschaltetem 12-Bit-Wandler sowie einem Logikschaltkreis zur Codierung der Stellungen der Umschalter und Stufenschalter. Somit stehen beim Multiplexen (2 · 8 Bit) zum Rechner noch 4 Bit für die Information des Meßbereiches und der Meßgröße Strom oder Spannung zur Verfügung. Die Umrechnung für den jeweils gewählten Meßbereich erfolgt im Rechner. Die 14 Anschlußbuch sen für beliebige Primärwandler haben einen Spannungsmeßbe reich von -1 bis +1 Volt. Jeder Primärwandler besteht aus einem Sensor für die entsprechende Meßgröße, einem Verbindungskabel zum Meßdatenerfassungsgerät und einer dazwischengeschalteten Operationsverstärkerschaltung. Diese Schaltung erhält die Ver sorgungsspannung über das mehrpolige Verbindungskabel von den Anschlußbuchsen des Meßdatenerfassungsgerätes und bildet den Meßbereich auf den Eingangsbereich -1 bis +1 Volt ab. Bei Mes sungen mit Thermoelementen werden diese in der Operationsver stärkerschaltung gleichzeitig Temperturkompensiert. Fig. 3 zeigt ein mögliches Hauptmenü der Software. Vor Meßbeginn ist der Menüpunkt Buchsenbelegung auszuwählen. Fig. 4 zeigt das danach erscheinende Untermenü der Buchsenbelegung. Hier wählt man aus, welche Meßgröße(n) oder Verknüpfung(en) den jeweili gen Achsen zugeordnet werden sollen.

In Fig. 5 wird deutlich wie die Umrechnung nach der Eingegebe nen Umrechnungsfunktion erfolgt. Zuerst wird x1 gemessen und daraus y1 berechnet. Danach wird x2 gemessen und y2 berechnet, und so weiter. Die beiden Eingänge für Ströme und Spannungen sind auch außer bei der Aufnahme von Kennlinien bei elektroni schen Bauelementen auch besonders vorteilhaft für verknüpfte Berechnungen zu nutzen. Widerstand, Leitwert, Leistung und Arbeit lassen sich aus Spannung und Strom bzw. Zeit errechnen. Wenn beispielsweise y1=x1 als Spannung und y2=x2 als Strom gemessen wurde, erhält man mit y3=y1 · y2 die elektrische Lei stung, bzw. die anderen Größen. So lassen sich auch alle nicht elektrischen Größen miteinander oder auch mit den elektri schen linearisieren und verknüpfen.

Fig. 6 zeigt ein Eingabemenü für die Regression. Diese ist nicht nur zur Berechnung empirischer Formeln wichtig, welche schon manchmal wichtige Vorstufen für die Entdeckung von auch theoretisch begründeten funktionellen Beziehungen waren. Man erhält hier auch die Umrechnungsfunktionen von Primärwandlern nach der Kalibrierung und kann diese dann wieder im Menüpunkt Umrechnungsfunktionen eingeben um hochgenaue Messungen selbst mit preiswerten nichtlinearen Primärwandlern durchzuführen. Eine Auflistung von verwendeten Regressionsfunktionen soll die Vielfalt der möglichen Anpassungen verdeutlichen. Nach der Re gression erfolgt im speziellen Fall eine Sortierung aller Re gressionsfunktionen, derart, daß die Funktionen mit der kleinsten Fehlerquadratsumme am Anfang in einer Tabelle ste hen. Erst durch die Möglichkeit jede physikalische Größe leicht erfassen zu können, wird der Nutzen eines solchen Pro gramms deutlich.

Liste ausgewählter Regressionsfunktionen:

y=ax+b (1)
y=ax²+bx+c (2)
y=ax³+bx²+cx+d (3)
y=ax⁴+bx³+cx²+dx+e (4)
y=ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f (5)
y=ax⁴+bx²+cx+d (6)
y=ax³+bx+c (7)
y=ax⁵+bx³+cx+d (8)

y=(ax+b)^1/3 (25)
y=(ax²+bx+c)^1/3 (26)
y=(ax³+bx²+cx+d)^1/3 (27)
y=(ax⁴+bx³+cx²+dx+e)^1/3 (28)
y=(ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f)^1/3 (29)
y=(ax⁴+bx²+cx+d)^1/3 (30)
y=(ax³+bx+c)^1/3 (31)
y=(ax⁵+bx³+cx+d)^1/3 (32)
y=(ax+b)²+c (33)
y=(ax²+bx+c)²+d (34)
y=(ax³+bx²+cx+d)²+e (35)
y=(ax⁴+bx³+cx²+dx+e)²+f (36)
y=(ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f)²+g (37)
y=(ax⁴+bx²+cx+d)²+e (38)
y=(ax³+bx+c)²+d (39)
y=(ax⁵+bx³+cx+d)²+e (40)

Claims

1. Meßdatenerfassungsgerät, insbesondere zur Integration in Meßwertverarbeitungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßdatenerfassungsgerät (1) zumindest zwei umschaltbare Strom- und Spannungsmeßeingänge (2, 2′) vorgesehen sind, deren jeweiliger Ausgang (12, 12′) mit einem mittels eines dem jewei ligen Strom- und Spannungsmeßeingang (2, 2′) zugeordneten Um schalters (3, 3′) auf Spannungs- oder Strommessung umschaltba ren Meßwandlers (4, 4′) verbunden ist, wobei der Ausgang des je weiligen Meßwandlers (4, 4′) mit dem Eingang eines durch einen, dem jeweiligen Strom- und Spannungsmeßeingängen (2, 2′) zuge ordneten Meßbereichsschalter (5, 5′) im Verstärkungsfaktor um schaltbaren Verstärkers (6, 6′) verbunden ist, dessen jeweili ger Ausgang (14, 14′) mit einem Eingang (10, 10′) einer Elektro nikeinheit (7) verbunden ist, wobei zusätzliche Verbindungen (16, 16′, 17, 17′) vom Umschalter (3, 3′) und/oder vom Meßbe reichsschalter (5, 5′) zur Elektronikeinheit (7) bestehen, der art, daß die jeweiligen Schalterstellungen der Umschalter (3, 3′) und/oder der Meßbereichsschalter (5, 5′) an die Elektronikein heit (7) übergeben werden und der Ausgang der Elektronikein heit (7) mit der Schnittstelle (8) eines Rechners (9) verbindbar ist.

2. Meßdatenerfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß an dem Meßdatenerfassungsgerät (1) zumindest eine mit einem zugeordneten Netzteil (10) verbundene und beliebige Primärwandler aufnehmende Anschlußbuchse (11) vorgesehen ist, die unmittelbar mit der Elektronikeinheit (7) verbunden ist.

3. Meßdatenerfassungsgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß an dem Meßdatenerfassungsgerät (1) minde stens ein umschaltbarer Strom- und Spannungsmeßeingang (2) und mindestens eine beliebige Primärwandler aufnehmende Anschluß buchse (11) vorgesehen ist.

4. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Meßdatenerfassungsge rät (1) keine Umschalter (3, 3′), sondern zumindest mehr als ein Spannungs- und/oder Strommeßeingang (2, 2′) vorgesehen sind.

5. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Meßdatenerfassungsgerä tes (1) im Rechner (9) untergebracht sind oder Teile des Rech ners (9) im Meßdatenerfassungsgerät (1) untergebracht sind.

6. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßdatenerfassungsgerät (1) in einem kompakten Gehäuse untergebracht ist.

7. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßdatenerfassungsgerät (1) nicht kompakt ist, sondern aus beliebig abgegrenzten Einzel komponenten in Form von Baugruppen, Modulen besteht.

8. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßdatenerfassungsgerät (1) und der Rechner (9) in einem kompakten Gehäuse untergebracht ist.

9. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalter (3, 3′) und/oder die Meßbereichsschalter (5, 5′) von Hand, drahtlos oder von einen im Meßverarbeitungssystem integrierten Rechner geschaltet wer den.

10. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (7) drahtlos mit der Schnittstelle (8) eines Rechners (9) gekoppelt ist.

11. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (7) an den Rechner (9) die Stellungen der Meßbereichsschalter (5, 5′) und/ oder die Stellung der Umschalter (3, 3′) und den Meßwert in co dierter Form übergibt.

12. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (3, 3′) mehr als zwei Schaltstellungen hat und der damit verbundene Meßwandler zu mindest eine der elektrischen Meßgrößen: Spannung, Strom, Lei stung und Widerstand wandelt.

13. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Analogausgänge, Ausgänge mit Schaltfunktionen EIN/AUS vorgesehen sind.

14. Meßdatenerfassungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle Leitungen von den An schlußbuchsen (11) zur Elektronikeinheit aus Kupfer oder aus Metallen mit gleicher Thermospannung bestehen.