DE4032714A1 - Automatischer messbereichswaehler eines digitalen vielfach-messinstrumentes - Google Patents

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).

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.