DE1299314B - Analog-Digital-Umsetzer nach Art eines Impuls-Hoehendiskriminators mit Transistoren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Umsetzer, bei dem eine periodisch abgetastete Analogfunktion einer Meßgröße in vorgewählten Stufen quantisieri wird und die zeitperiodisch abgetasteten Analogwerte einem Übertrager mit vorgewählten Transformationsstufen entsprechenden Sekundärwicklungen zugeführt sind und an jede Sekundärstufe in ihrer Ansprechspannung abgestufte Transistorschalter angeschlossen sind.
• Das Umsetzen analoger Meßwerte in Zählwerte, d. h., das stufenartige Quantisieren einer Meßgröße ist mitunter für die weitere Verarbeitung der Meßgrößen als Geber von Regelgrößen oder Informationen unumgänglich. Hierbei tritt das Problem auf, daß ein Analogwert durch einen Ziffern- bzw. Zählwert angegeben werden soll. Zum Zählen an sich ist immer eine bestimmte Zeit erforderlich, die bei größeren Zählwerten länger dauern kann, als der gerade gemessene Analogwert erhalten bleibt. Es sind Anordnungen bekannt, bei denen mehrere, gleichartig aufgebaute Schaltkreise mit jeweils verschiedener, aber beliebig wählbarer Ansprechspannung von der auszuwertenden Analogspannung beaufschlagt werden. Hierbei ist keine zeitperiodische Abtastung noch eine transformatorische Umsetzung vorhanden. Diese ist bei solchen Auswertanordnungen auch nicht erforderlich, wenn der Eingangsspannungsbereich in einer entsprechenden Größenordnung liegt, dagegen ist bei transformatorischer Ankopplung eine zeitperiodische Abtastung notwendig.
• Die Erfindung löst das eingangs genannte Problem dadurch, daß die Transistorschalter durch die mittels des _ Übertragers gebildeten, von dem abgetasteten Analogwert abgeleiteten Impulse getriggert werden und über Relais hintereinander schaltbare Kontakte steuern und jedem Kontakt eine Ziffernanzeige bzw. ein Zifferndruckwerk zugeordnet ist, die bzw. das beim Einschalten des jeweils nächstfolgenden Kontakts nicht in Tätigkeit tritt.
• Mit dem Umsetzer nach der Erfindung ist es nun leicht möglich, den zum jeweiligen Analogwert zugeordneten Zählwert immer sofort zu erhalten, indem nur dessen Anzeige erhalten bleibt. Die vor diesem Zählwert liegenden Zählwertanzeigen sind gelöscht und die nach ihm liegenden noch nicht betätigt.
• Die Zählungszuordnung ist durch die Wahl der Transformationsverhältnisse und/oder Schwellwertabstufungen bestimmbar, z. B. linear, d. h. für jede Stufe einen Zählwert, oder exponentiell, d. h. zum Beispiel für die ersten Stufen einen Zählwert und für die letzten Stufen mehrere Zählwerte.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten seien an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine Meßkurve zur Erläuterung der Erfindung, F i g. 2 ein Schaltbeispiel und F i g. 3 eine gemäß der Erfindung gesteuerte Kontaktanordnung.
• Die zu quantisierende Analogfunktion sei z. B. eine von der Zeit abhängige Meßspannung, wie in F i g. 1 mit M bezeichnet. Durch einen an sich bekannten Unterbrecher bzw. Zerhaeker wird die Meßwertkurve der gemessenen Größe, z. B. eine in eine Spannung umgewandelte Temperatur, in kurzen Zeitabständen i periodisch unterbrochen, so daß Impulszüge I entstehen, bei denen die Amplitude des einzelnen Impulses dem jeweiligen Analogmeßwert entspricht. Die Impulse werden einem Transformator (F i g. 2) zugeführt, der -eine Anzahl im Transformationsverhältnis wahlweise abgestufter Sekundärwicklungen besitzen kann. An jede Sekundärwicklung sind triggerbare Transistorschalter angeschlossen. Die Schalter können so ausgelegt werden, daß jedem eine Ansprechschwelle unterschiedlicher Spannung oder allen Schaltern dieselbe Ansprechschwelle zugeordnet ist, unterhalb der der betreffende Schalter nicht ansprechen kann. Die Anzahl und die Abstufung richtet sich nach der gewünschten Quantisierung der Meßgröße. Falls dem höchsten Analogwert ein Eingangsimpuls von z. B. 5 Volt Amplitude zugeordnet wird, können die von der Sekundärseite des Transformators abgeleiteten Impulse von 5 bis 0,5 Volt abgestuft sein, so daß bei 5 Volt alle Schalter ansprechen würden und dem Analogwert ein Zählwert bei allen Schaltern zugeordnet ist, während dem niedrigsten Analogwert nur ein Zählwert bei einem Schalter entspricht. Dem halben Analogwert wäre dann ein Zählwert nur bei einem Teil der Schalter zugeordnet, nämlich nur denen, bei denen der eingestellte Schwellspannungswert überschritten wird. Die von den einzelnen Schaltern abgegebenen Impulse können dann zu Steuerzwecken oder zur weiteren Verarbeitung benutzt werden.
• Im allgemeinen wird beim Digitalisieren die Meßgröße nicht beliebig viele Werte zwischen Null und dem Endwert anzunehmen haben, viehmehr wird der Meßbereich quantisiert, so daß die Meßgröße nur ganz bestimmte Werte anzunehmen braucht. Der höchste Analogwert bringt immer alle Schalter zum Ansprechen, der kleinste Analogwert nur die Schalter, die gemäß der eingestellten Schwellspannung noch ansprechen. Bei manchen Steuervorgängen ist nur das Zeitintegral der Analogfunktion von Interesse. Auch hier ist die Erfindung von Vorteil, da nach Ablauf einer bestimmten Zeit immer in Stufen unterteilte Zählwerte des Zeitintegrals der Analogfunktion zur Verfügung stehen. Solch eine Steuerung kann z. B. dann benötigt werden, wenn von einem Produkt der eine Faktor konstant zunimmt und der andere dauernd schwankt, trotzdem aber bei einem vorherbestimmten Wert des Produkts ein Schaltvorgang ausgelöst werden soll. Der vorher definierte Produktwert ist dann ein einfacher Zählwert, bei dessen Erreichen der zu überwindende Vorgang od. dgl. sich verändert und umgeschaltet wird.
• Gemäß F i g. 2, die ein Schaltungsbeispiel zeigt, ist 1 der Transformator, dem an seiner Primärwicklung 2 die in Impulszüge zerlegten Analogmeßwerte zeitlich nacheinander zugeführt werden. Die Sekundärseite des Transformators 1 besteht aus mehreren Sekundärwicklungen 3 a . . . 3 k, die ein abgestuftes Transformationsverhältnis besitzen. Die Abstufung braucht nicht gleichmäßig linear zu erfolgen, sondern kann nach einer vorher festgelegten Funktion gewählt werden. An jede Sekundärwicklung 3 sind Transistorschalter 4 a ... 4 k angeschlossen. Die Abnahme des differenzierten Impulses erfolgt an parallel zur Sekundärwicklung liegenden Potentiometern 5, hinter denen je eine Gleichrichter-Widerstandskombination 6, 7, 8 liegt. Das an die Basis 9 des Transistors 10 angeschlossene Potentiometer 11 dient zur Einstellung der Schwellenansprech-Spannung des jeweiligen Transistorschalters 4.
• Jeder Transistorschalter 4 besteht aus zwei Transistoren 10 und 12 mit gemeinsamem Emitterwiderstand 13, bei denen der Kollektor des Transistors 10 mit der Basis des Transistors 12 gekoppelt ist. Die Ausgangsimpulse werden vom Kollektor des Transistors 12 abgenommen, gegebenenfalls kann auch statt des Widerstands 14 unmittelbar in die Kollektorleitung ein Relais, ein Schrittmotor od. dgl. eingeschaltet werden, wie z. B. in F i g. 3 angedeutet.
• Die Relais 15 a ... 15 k der F i g. 3 sind an Stelle des Widerstands 14 (F i g. 2) vorgesehen und betätigen Kontakte 16ä ... 16k' sowie starr mit diesen Kontakten verbundene Kontakte 16 ä ' . . . 16 k". Die erstgenannten Kontakte verbinden jeweils eine einen Zählwert anzeigende Lampe 17 a ... 17 k mit den Polen einer Batterie 18. Statt dessen kann auch ein Zifferndruckwerk vorgesehen sein. Die einzelnen Transistorschalter 4 a ... 4 k werden, wie bereits erwähnt, in Stufen vorgespannt.
• Wenn auf die Primärwicklung 2 (F i g. 2) z. B. ein aus der Analogmeßwertkurve abgeleiteter Impuls von 3 Volt gegeben wird, für den Höchstwert 10 Volt zehn Stufen von je 1 Volt vorgesehen sind und jeder Transistorschalter jeweils eine um 1 Volt höhere Schwellspannung besitzt, dann schalten die Kontakte 16 a' bis 16 c' um, während gleichzeitig oder besser etwas früher die Kontakte 16 a" bis 16 c" die einzelnen Lampen 17 a und 17 b kurzschließen. Es leuchtet demnach nur die einzige Lampe 17 c auf. Bleibt der Analogwert gleich, leuchtet diese Lampe weiter, während bei Veränderung des Analogwerts entsprechend andere Lampen aufleuchten.
• In vielen Anwendungsfällen dieser Art interessiert nicht der gesamte Meßbereich, sondern nur ein Abschnitt davon. Dieser Abschnitt kann mit relativ geringem Aufwand genau quantisiert werden.
• Mit den Kontakten 16 können z. B. zusätzlich oder allein voreinstellbare Zählwerke betätigt werden, so daß nach einer bestimmten vorher festgelegten Zahl ein Schalt- oder Steuervorgang ausgelöst wird. Statt der beschriebenen Relais mit mechanischen Kontakten können selbstverständlich auch elektronische Relaisanordnungen benutzt werden, die ebenfalls durch die Transistorschalter betätigt werden, jedoch wegen der Vermeidung von mechanischen Kontakten wesentlich schnellere Ansprechzeiten haben und somit auch eine wesentlich schnellere Abtastung der Analogfunktion bewirken.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Analog-Digital-Umsetzer, bei dem eine periodisch abgetastete Analogfunktion einer Meßgröße in vorgewählten Stufen quantisiert wird und die zeitperiodisch abgetasteten Analogwerte einem Übertrager mit vorgewählten Transformationsstufen entsprechenden Sekundärwicklungen zugeführt sind und an jede Sekundärstufe in ihrer Ansprechspannung abgestufte Transistorschalter angeschlossen sind, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß die Transistorschalter durch die mittels des Übertragers gebildeten, von dem abgetasteten Analogwert abgeleiteten Impulse getriggert werden und über Relais hintereinander schaltbare Kontakte steuern und jedem Kontakt eine Ziffernanzeige bzw. ein Zifferndruckwerk zugeordnet ist, die bzw. das beim Einschalten des jeweils nächstfolgenden Kontakts nicht in Tätigkeit tritt.
2. 2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechspannungen der Transistorschalter mittels Schwellspannungen einstellbar sind.
3. 3. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Transistorschalter dieselbe Schwellspannung gewählt ist.
4. 4. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Transistorschalter eine gesonderte Schwellspannung zugeordnet ist.
5. 5. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorschalter aus kollektorbasis-gekoppelten Transistoren mit gemeinsamem Emitterwiderstand besteht, von denen der erste an der durch eine Schwellspannung vorgespannten Basis durch einen negativen bei der Transformator-Differentiation entstehenden Impuls angesteuert wird, während der positive Impuls unterdrückt wird.
6. 6. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sekundärwicklung des Transformators Potentiometer zur Amplitudeneinstellung des Triggerimpulses parallel geschaltet sind und an die Schleifer der Potentiometer Transistorschalter angeschlossen sind.
7. 7. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwelle der Transistorschalter mittels eines an die Basis des ersten Transistors angeschlossenen Potentiometers einstellbar ist.