RANGE-SWITCHING MEANS FOR A MEASURING DEVICE

Abstract: 1. Range stepping switch for measuring instruments having manual and automatic range selection, characterized in that a range counter (1) is provided which can be stepped via an oscillator (2) and at the outputs (Q0 , Q1 , Q2 , Q3 , Q4 , Q5 ) of which "high" and/or "low" levels dependent on the respective counter reading can be picked up which control the output current of a first current source (3), and that the output of the first current source (3) and the output of a manually controllable second current source (7, 9, R12) are connected to the input of a current-controlled amplifier (4) which controls, in dependence on the sum of the output currents of the current sources, two parallel-connected comparators (5, 6) acting as threshold switches and which switch on and off the oscillator (2) provided for stepping the range counter (1).

Description: BEREICHSFORTSCHALTER FUR MESSGER2TE BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf einen Bereichsfortschalter für Messgeräte, insbesondere mit manueller und automatischer Bereichswahl. Bekannte Messgeräte mit Bereichsautomatilcen weisen meist Bedienungselemente auf, die es erlauben, die Automatik abzuschalten und den gewünschten Messbereich manuell einzustellen. Die manuelle Bereichsfortschaltung geschieht dabei in der Regel Uber je eine Fortschalttaste zum Weiterschalten in höhere Bereiche (UP) oder zum Schalten in niedrigere Bereiche (DOWN). Ein weiterer Schalter erlaubt bei diesen Messgeraten die Umschaltung zwischen manueller und automatischer Bereichswahl. Ein Nachteil dieser Art umzuschalten ist die wenig ergonomische manuelle Bereichswahl, was sich insbesondere bei sehr vielen vorhandenen und anzuwählenden Bereichen als störend auswirkt. Auch bleibt nach dem Ausschalten des Messgerätes der zuletzt eingestellte Bereich nicht erhalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Bereichsfortschaltungen zu vermeiden und insbesondere eine ergonomisch sinnvolle Art der Bereichsfortschaltung bei gleichzeitiger Vereinfachung der zugehörigen Schaltung zu bewirken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemöss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemassen Bereichsfortschalters ergeben sich aus den Unteranspruchen. Mit dem erfindungsgemassen Bereichsfortschalter wird eine leichte Bedienbarkeit des Messgerätes erreicht, da ein Potentiometer und eine einfache zugehörige Schaltung vorgesehen sind. Je nach Drehwinkel und Auflösung des Potentiometers sind beliebig viele Bereiche realisierbar. Darüber hinaus genügt für den verwendeten Bereichszöhler ein einfacher Vorwärtszähler. Auch lässt sich durch einfache Einstellung mit dem Potentiometer, beispielsweise an einem seiner Endanschldge, auf einfache Art und Weise die Bereichsautomatik des Messgeräts aktivieren. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielsweise naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockschalt bild zur Erläuterung des Prin zips des erfindungsgemassen Berejchsfortschalters und Fig. 2 ein ausfuhrlicheres Schaltbild des erfindungsgemdssen Bereichs fortschalters gemöss Fig. 1. Gemass Figur 1 ist ein von einem Oszillator 2 angesteuerter Bereichsztihler 1, der beispielsweise ein 1 aus n-Zähler in CMOS-Technologie sein kann, mit seinen Ausgängen 90 bis Q5 mit einer ersten gesteuerten Stromquelle 3 verbunden, die ihrerseits mit einem stromgesteuerten Verstörker 4 und einer zweiten gesteuerten Stromquelle 7 verbunden ist. Der Ausgang des stromgesteuerten Verstörkers 4 ist jeweils an den Eingang zweier Komparatoren 5 und 6 angeschlossen, deren Ausgänge mit dem Eingang des Oszillators 2 verbunden sind. Am Eingang der zweiten gesteuerten Stromquelle 7 ist der Abgriff eines Potentiometers R12 angeschlossen, das wiederum Uber eine Referenzspannungsquelle 9 mit dem Pluspol der Versor gungsspannung (+U) verbunden ist. Zwischen dem Abgriff des Potentiometers R12 und dem Eingang der zweiten gesteuerten Stromquelle 7 ist ein dritter Komparator 8 angeschlossen, der bei beispielsweise an seinem einen Endanschlag befindlichem Potentiometer R12 ein Signal zur Aktivierung der Bereichsautomatik des Messgerätes abgibt und eine Anzeigeeinheit für diese Funktion, z. B. eine Leuchtdiode, ansteuert. In Figur 2 sind die Schaltungsteile des erfindungsgemössen Bereichsfortschalters nach Figur 1 ausführlicher dargestellt. So sind dort die Ausgänge 90 bis Q5 des Bereichszöhlers 1 Uber die gesteuerte Stromquelle 3 darstellende Widerstdnde R2 bis R7 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP4 verbunden, der im wesentlichen den stromgesteuerten Verstärker 4 nach Figur 1 darstellt und dessen Ausgang Uber einen Widerstand R8 an seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt ist. Der Ausgang des Operationsver stärkers OP4 ist ferner an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP5 bzw. den invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers OP6 geführt, die im wesentlichen die Komparatoren 5 und 6 gemäss Figur 1 bilden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP5 ist mit Masse verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OP6 mit dem einen Anschluss des Potentiometers R12 verbunden ist. Uber einen Widerstand R17 bzw. eine Diode D3 ist der Ausgang des Operationsverstärkers OP5 bzw. OP6 mit dem Eingang des Oszillators 2 verbunden, der im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 aus einem astabilen Multivibrator G1 mit Widerstand R1 und Kondensator C1 besteht. Gemäss Figur 2 ist ferner der Pluspol + U der Versorgungsspannung Uber einen Widerstand R9 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstdrkers OP1 verbunden, dessen nichtinvertierender Eingang an Masse liegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist Uber einen Widerstand R11 und einen Widerstand R10 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 rückgekoppelt und ferner mit dem einen Anschluss des Potentiometers R12, der auch mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP6 verbunden ist verschaltet. Der andere Anschluss des Potentiometers R12 ist an die Verbindung der Widerstände R10 und R11 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist ferner Uber einen Widerstand R13 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP2 verbunden, der zusammen mit einer ausgangsseitig angeschlossenen Diode D1 und einem Transistor T1 die zweite gesteuerte Stromquelle 7 gemass Fig. 1 bildet. Dabei ist der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 mit der Kathode der Diode D1 und der Basis des Transistors T1 verbunden, während die Anode der Diode D1 und der Emitter des Transistors T1 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 rückgeführt sind. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstarkers OP2 ist mit dem Abgriff des Potentiometers R12 verbunden. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit dem invertierenden Eingang des Ope rationsverstörkers OP 4 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers oP1 ist ferner Uber einen Spannungsteiler R14 und R15 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP3 verbunden, der im wesentlichen den Komparator 8 gemass' Fig. 1 bildet. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OP3 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 verbunden, während in die Verbindung zwischen Ausgang und inver tierendem Eingang des Operationsverstärkers OP3 eine Diode D2 geschaltet ist. Der Ausgang des Operationsverstdrkers OP3 ist ferner Uber einen Widerstand R16 an eine Leuchtdiode LED geführt, die die Aktivierung der Bereichsautomatik des Messgeräts durch ein Signal am Ausgang des Operationsverstärkers OP3 anzeigt. Die Funktion der vorstehend beschriebenen erfindungsgemö ssen Schaltung nach Figur 2 wird nun im folgenden näher er lautet: Bei H-Pegel (logische "1") am Ausgang QO des Bereichszählers 1 fliesst Uber den Widerstand R2 ein Strom von beispielsweise 10 A, während bei H-Pegel an den anderen Ausgängen Q1 bis Q5 Uber die Widerstände R3 bis R7 ein jeweils um beispielsweise 10 p A höherer Strom fliesst. Der Operationsverstdrker OP1 erzeugt an seinem Ausgang eine negative Referenzspannung - UR ft deren Grösse sich proportional zur positiven Betriebsspannung +U und damit zum Strom Uber die Widerstände R2 bis R7 verhält, wobei Ril = 5 R 10 und R12#R11 ist. Am Abgriff des Potentiometers R12 steht demnach eine Spannung zwischen - URef und URef/6 an. Der Widerstand R13 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 der gesteuerten Stromquelle 7 lasst dabei über den Transistor T1 einen Korrekturstrom von 0...60 A flie ssen EMI6.1 Der invertierende Eingang des Operotionsverstärkers OP4 des stromgesteuerten Verstärkers 4 bildet einen Summationspunkt für den vom Transistor T1 her fliessenden Referenzstrom und dem bereichstypischen Strom der Widerstände R2 bis R7. Ist der absolute Wert des Referenzstroms um mehr als 12 A kleiner als der Zöhlerstrom des Bereichszählers 1, so steht am Ausgang des Operationsverstärkers OP4 die negative Re ferenzspannung U URef an, d. h. der Widerstand R8 hat den EMI7.1 Der Operationsverstärker OP6 stellt fUr die negative Referenzspannung - URef einen Schwellwertschalter dar, wöhrend der Operationsversttlrker OP5 einen Schwellwertschalter fUr O Volt darstellt. Ist der vom Transistor T1 her fliessende Referenzstrom kleiner als der Zahlerstrom von - 12 p A oder grösser als der Zöhler- strom, so erhält der Bereichszähler 1 Fortschaltimpulse aus dem astabilen Multivibrator G1, und zwar solange, bis sich am Ausgang des am invertierenden Eingang mit zwei Strömen beaufschlagten Operationsverstärkers OP4 eine Spannung einstellt, die innerhalb des Schwellenfensters liegt. Der Be reichszähler 1 hat dann den gewunschten Ausgangszustand. Die beiden Ströme am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4 sind dabei zum einen abhängig von der positiven Versorgungsspannung, bestimmt vom Stand des Bereichszählers 1, der in jedem Bereich einen bekannten und aufgrund der Widerstände R2 bis R7 abgestuften Strom an den Operationsverstärker OP4 abgibt, zum anderen abhängig von einem Strom von "-" her, dessen Grösse vom Potentiometer R12 für die einzelnen Bereiche bestimmt wird und der gleichzeitig an den invertierenden Eingang gelegt ist. Sind beide Ströme nicht gleich, so geht der Ausgang des Operationsverstarkers OP4 nach ¯+¯ oder "-" und Uber- oder unterschreitet am Operationsverstar- ker OP5 oder 6 den Schwellwert des jeweiligen Operationsver stärkers und führt dazu, dass am Ausgang des Operationsverstarkers OP5 bzw. OP6 H-Pegel ansteht. Dieses Potentional wird auf den Start-Stop#Eingang des astabilen Multivibrators G1 gegeben, worauf dieser anläuft und der Bereichszähler 1 startet, der seinerseits nur hoch, und nicht vor-/ rückwärts zahlt, Der Bereichszähler 1 zählt solange, bis der Strom aus den Ausgängen am Summationspunkt des Operationsverstärkers OP4 gleich ist mit dem Wert am Potentiometer R12. Die Ausgänge der Operationsverstärker OP5 und OP6 sind auf Null, wenn die Summe der beiden Ströme Null ist; das bedeutet, dass der durch das Potentiometer R12 eingestellte Bereich stabil eingestellt ist. Das Schwellen(Zeit)fenster der Operationsverstärker OP5 und 6 (z. B. zwischen 0 und - 5 V) ist nötig, damit eine Schalthysterese gewährleistet ist. D. h. das Schwellenfenster bewirkt zusammen mit dem Widerstand R8 am Operationsverstärker OP4 eine Bereichshysterese (gro sser Bereich des Potentiometers R12), innerhalb der der Be reichszähler noch nicht weiterschaltet. Da der Widerstand R9 an der selben Versorgungsspannung (+U) hängt wie der Bereichszöhler 1, ändert sich die Spannung am Widerstand R11 oder Potentiometer R12 und der Strom durch den Transistor Tt am Summationspunkt (invertierender Eingang des Operationsverstärkers OP4) ist proportional zum Wert des Bereichszöhlers 1. Das heisst, die negative Referenzspannung - URef ändert sich im selben Ausmass wie die positive Versorgungsspannung + U, an der der Bereichszähler 1 und die erste gesteuerte Stromquelle 3 hängen. Wie bereits weiter vorne ausgeführt, ist der Komparator 8 mit dem Operationsverstärker OP3 und dem Spannungsteiler (R14) und R15 in Verbindung mit dem Potentiometer R12 für die Aktivierung der Bereichsautomatik des Messgeröts vorgesehen. Liegt nämlich beispielsweise der Schleifer des Potentiometers R12 an einem (z. B. dem linken) Anschlag, so hat der Ausgang des Operationsverstärkers OP3 H-Pegel, wobei die Spannung steiler- widerstände R14, R15 hierfür entsprechend bemessen sind. Dieses Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP3 schaltet Uber den Widerstand R16 die Bereichsautomatik ein und dient gleichzeitig zur Ansteuerung einer optischen Anzeige, z. B. einer Leuchtdiode LED, die diese Betriebsfunktion anzeigt. Der Bereichszdhler 1 hängt dann nicht mehr vom Potentiometer R12 ab.

Claims: BEREICHSFORTSCHALTER FUR MESSGERATE PATENTANSPRUCHE 1. Bereichsfortschalter fUr Messgeräte, insbesondere mit manueller und automatischer Bereichswahl, gekennzeichnet durch eine durch einen Bereichsztlhler (1) gesteuerte erste Stromquelle (3) und eine durch ein Potentiometer (R12) gesteuerte zweite Stromquelle (7), die beide auf einen Summationspunkt eines stromgesteuerten Verstärkers (4) arbeiten, an dessen Ausgang zwei Schwellwertschalter (5, 6) angeschlossen sind, die ihrerseits bei Stromungleichheit den Bereichszöhler (1) fortschalten. 2. Bereichsfortschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - mit dem Potentiometer (R12) die Bereiche einstellbar sind, - der Bereichszöhler (1) mit einem Oszillator (2) verbunden ist und die erste gesteuerte Stromquelle (3) ansteuert, - mit der ersten gesteuerten Stromquelle (3) der stromge steuerte Verstärker (4) verbunden ist, dessen Ausgang an jeweils einen Eingang zweier Komparatoren (5, 6) geführt ist und dass - die zweite gesteuerte Stromquelle (7) zwischen das Potentio meter (R12) und die erste gesteuerte Stromquelle (3) ge schaltet ist. 3. Bereichsfortschalter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bereichszahler (1) ein Vorwtlrtszahler ist. 4. Bereichsfortschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste gesteuerte Stromquelle (3) mehrere, bereichsab hängige parallele Widerstände (R2 bis R7) aufweist. 5. Bereichsfortschalter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Abgriff des Potentiometers (R12) und dem Eingang der zweiten gesteuerten Stromquelle (7) ein dritter Komparator (8) angeschlossen ist, der bei an seinem einen Endanschlag befindlichem Potentiometer (R12) an seinem Ausgang ein Signal zur Aktivierung der Bereichsautomatik abgibt. 6. Bereichsfortschalter nach einem der vorhergehenden AnsprUche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Komparatoren (5, 6, 8), den stromgesteuerten Verstdr- ker (4) und die zweite gesteuerte Stromquelle (7) Opera tionsverstdrker (OP5, OP6, OP3; OP4; OP2) vorgesehen sind. 7. Bereichsfortschalter nach einem der vorhergehenden Anspruche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Erzielung genauer Drehwinkelwerte das Potentiometer (R12) Uber einen weiteren Operationsverstärker (OP1) angesteuert wird, der an seinem Ausgang eine sich proportional zur positiven Betriebsspannung und dem Strom Uber die parallelen Widerstände (R2 bis R7) grössenmässig ändernde negative Referenzspannung (- URef) abgibt.

Inventors: ZWANZGER, HANS, DIPL.-ING. (FH)
Applicants: GRUNDIG E.M.V. ELEKTRO-MECHANISCHE VERSUCHSANSTALT MAX GRUNDIG HOLLAND. STIFTUNG & CO. KG.
Application year: 1985
Main classification: G01R15
IPC codes: G01R15