DE3611772C2 - Verfahren zum Festlegen eines momentanen Meßwertes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei Meßverfahren, die unter Zuhilfenahme von Rechnerbau­ steinen arbeiten, kann der Meßablauf wesentlich verein­ facht werden. Während es bei herkömmlichen Meßgeräten noch erforderlich ist, zur Aufnahme eines Meßwertes, in jeder Hand eine Meßspitze haltend, die Meßstelle zu kon­ taktieren und gleichzeitig den angezeigten Wert am Meß­ gerät abzulesen, genügt bei komfortablen, modernen Meß­ geräten ein einmaliges, relativ kurzes Kontaktieren der Meßstelle. Wird der Meßkreis unterbrochen, so erfolgt eine automatische Festlegung der Meßanzeige, so daß der Meßwert in aller Ruhe ohne körperliche Verrenkungen ab­ gelesen werden kann.

Entscheidend für die Festlegung eines sich ändernden Meß­ wertes ist, daß der Meßwert festgehalten wird, der die elektrischen Verhältnisse innerhalb des Meßkreises am besten repräsentiert.

In der US-PS 4 158 809 wird ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Messung eines veränderlichen Analogsignals und zur Anzeige eines stabilisierten Meßwertes beschrieben, welches eine automatische Meßwertfestlegung zur Festlegung eines sich ändernden Meßwertes aufweist. Der angezeigte Meßwert wird festgehalten, wenn der Zählimpulsunterschied zwischen aufeinanderfolgenden Zählimpulssignalen einen bestimmten Wert erreicht.

In der DE-OS 23 58 796 wird eine Vorrichtung zur digitalen Überwachung von Meßwerten physikalischer Größen in Abhän­ gigkeit von einer vorgebbaren prozentualen Toleranz beschrieben. Die vorgeschlagene Vorrichtung findet bei der laufenden Messung physikalischer Größen überall dort Anwendung, wo auf die Einhaltung eines festgelegten Sollwertes innerhalb einer vorgegebenen Toleranz geachtet werden muß. Hierbei werden die sich ändernden Meßwerte mit einer Zähleinrich­ tung aufgezählt und mit einem um eine errechnete absolute Toleranz vermehrten bzw. verminderten Sollwert verglichen und somit festgestellt, ob der aufgezählte Ist-Wert inner­ halb oder außerhalb eines durch einen oberen und unteren Grenzwert gebildeten Bereichs liegt.

Aus der DE-OS 30 45 033 ist eine Anordnung zur schnellen kontinuierlichen Bestimmung der zeitlichen Mittelwerte von analogen Meßwerten bekannt. Die vorgestellte Anordnung kann auch zur Bestimmung von zeitabhängigen Fourier-Koeffizien­ ten verwendet werden. Durch die vorgeschlagene Anordnung wird eine schnelle, auch im Einschwingbereich richtige und kontinuierliche Bestimmung der genannten Mit­ telwerte aus sich laufend ändernden Meßwerten ermöglicht.

Eine Anzeigevorrichtung für sich ändernde Meßwerte, die zur zusätzlichen Anzeige der Über- bzw. Unterschreitung vorgeb­ barer oder vorgegebener Grenzwerte ausgestattet ist, ist in der DE-PS 28 16 302 vorgestellt. Die vorgestellte Anzeige­ vorrichtung zeigt nicht nur den Meßwert und die einprogram­ mierten Grenzwerte bzw. deren Überschreitung an, sondern stellt auch im Rahmen einer internen Kontrolle fest, ob der Meßwertgeber und/oder ein Grenzwertgeber ordnungsgemäß funktionieren.

Aus der US-PS 4 532 470 ist ein Meßinstrument bekannt, das erlaubt, den Meßwert automatisch festzulegen. Mit Hilfe einer Ablaufsteuerung sind die Bedingungen festgelegt, unter denen ein neuer Meßwert anstelle eines alten Meßwertes festgelegt wird. Als Grundbedingung ist festgelegt, daß der neue Meßwert größer als ein relativ kleiner Basiswert ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß ohne Kontaktierung einer Meßstelle, also bei fehlen­ dem Meßwert, eine allenfalls kleine Störgröße nicht er­ faßt und zur Anzeige gebracht wird. Als weitere Bedin­ gung muß die Differenz zwischen dem alten und dem neuen Meßwert innerhalb eines schmalen Grenzbereiches liegen. Dadurch soll ein sich stark ändernder Meßwert erst er­ faßt werden, wenn er sich beruhigt hat. Schließlich soll ein neuer Meßwert nur dann festgelegt werden, wenn man da­ von ausgehen kann, daß der alte Meßwert uninteressant geworden ist. Bei dem bekannten Gerät ist diese Bedin­ gung erfüllt, wenn nach der letzten Festlegung eines Meß­ wertes ein Meßwert unter den Basiswert gesunken ist, z. B. durch Öffnen des Meßkreises, oder wenn der Meßwert sich sehr stark geändert hat.

Das aus der US-PS 45 32 470 bekannte Verfahren zum Festlegen eines momentanen Meßwertes ist in sofern nicht befriedigend, weil Störeinflüsse, deren Anzeige uner­ wünscht ist, leicht zu einer Fehlinterpretation des Meß­ ergebnisses führen. So wird die Entscheidung über die Gültigkeit eines Meßwertes und dessen Festlegung immer nur mit Hilfe von Einzelwerten getroffen. Fällt eine Störung mit dem Abtastzyklus zusammen, mit dem die Ab­ laufsteuerung neue Meßwerte aufnimmt, so wird ein momen­ taner Abfall oder Anstieg des Meßwertes festgelegt, obwohl er den eigentlichen, repräsentativen Meßwert nicht wie­ dergibt. Weiterhin können relativ kurze Störimpulse dazu führen, daß ein neuer Meßwert festgelegt wird, obwohl ei­ gentlich der alte Meßwert festgehalten werden sollte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, mit dem es gelingt, die Festlegung des Meßwertes von Störungen weitgehend unabhängig zu machen, so daß der festgehalte­ ne Meßwert den wirklichen Zustand möglichst gut reprä­ sentiert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Da jeder Meßwert als Mittelwert aus einer vorgegebenen Zahl von Einzelmessungen erzeugt wird, können kurzzeiti­ ge Störungen nicht zu einer Verfälschung der Meßanzeige führen. Um andererseits aber auch den Pegel einer rela­ tiv niederfrequenten überlagerten Wechselkomponente trotz der Eliminierung durch die Mittelwertbildung mit­ erfassen zu können, muß erfindungsgemäß neben der Dif­ ferenz der Mittelwerte auch die Differenz der Einzelwer­ te in einem Grenzbereich liegen, bevor der Meßwert festgelegt wird.

Eine zweckmäßige Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß für die Differenz der Mittelwerte und Einzelwerte der gleiche Grenzbereich gilt. Bei einem Meßbereich, der 30 000 Zählimpulse umfaßt, bilden 10 Zählimpulse einen angemessenen Grenzbereich.

Weiterhin ist es zweckmäßig, den Basiswert auf einen unteren Grenzwert festzulegen, in dem bei dem jeweiligen Meßbereich normalerweise nicht mehr gemessen wird. Ande­ rerseits muß der Basiswert größer als übliche Störsigna­ le sein. Bei dem genannten Meßbereich von 30 000 Zählimpulse stellen 2000 Zählimpulse einen angemessenen Basiswert dar. Der Mittelwert wird vorzugsweise aus acht oder zehn Ein­ zelwerten gebildet.

Eine wesentliche Bedeutung kommt der Initialisierung des für die Festlegung des Meßwertes erforderlichen Ablaufs zu. In vorteilhafter Weise wird diese zunächst durch einen Druck auf eine Ablauftaste herbeigeführt, kann dann aber wahlweise durch einen erneuten Druck auf die Ablauftaste oder ein Unterschreiten des Basiswertes, also z. B. durch Öffnen des Meßkreises, erfolgen. Durch die Ablaufsteuerung wird in beiden Fällen eine Markierung gesetzt, derart, daß nur bei gesetzter Markierung ein neuer Meßwert festgelegt werden kann. Nach jeder Registrierung eines neuen Meßwertes wird die Markierung zunächst wieder gelöscht.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß die Initalisierung durch Tastendruck durch eine erste Bestätigungsanzeige quittiert wird. Eine Anzeige "Data" auf dem Display symbolisiert den Beginn eines Ablaufs in zweckmäßiger Weise. Sobald der neue Meßwert festgelegt ist, erscheint eine zweite Bestätigungsanzeige, die vorzugsweise durch "Hold" auf dem Display signalisiert, daß ein neuer Meßwert vorliegt. Ein zusätzlicher Piepton kann diesen Vorgang noch unterstreichen. Die zweite Bestätigungsanzeige wird vorteilhaft gelöscht, sobald eine neue Markierung ge­ setzt wurde und der letzte Meßwert den Basiswert über­ schritten hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Meßgerätes, bei dem eine bevorzugte Version des beschriebenen Verfahrens zur Anwendung kommt,

Fig. 2 ein die Bedingungen zur Festlegung eines Meß­ wertes enthaltendes Ablaufdiagramm,

Fig. 3 eine Meßwertfestlegung bei sich änderndem Meß­ wert.

Das in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Meßgerät besitzt ein Display 7, das sowohl eine Ziffernanzeige, als auch eine quasi analoge Anzeige ermöglicht. Bei der Qua­ sianaloganzeige wird zur Nachbildung einer bestimmten Zeigerstellung aus einer Vielzahl entlang einer Meßskala angeordneter Zeigersegmente das Zeigersegment ange­ steuert, dessen Lage dem anzuzeigenden Meßwert ent­ spricht. Ein besonderer Vorteil dieses Meßgerätes ist, daß aus einem vorgegebenen Gesamtmeßbereich ein stark gespreizter Meßbereichsausschnitt gewählt werden kann. Dadurch ist eine sehr hohe Auflösung erzielbar, die ei­ ner konventionellen Meßskala von mehreren Metern ent­ spricht.

Das Blockschaltbild enthält eine Meßeingabeeinheit 10 und einen Meßbereichsschalter 25, der mit Hilfe von Spannungsteilern R_T ein Eingangssignal U_e anpaßt und einem aktiven Filter 36 zuführt. Das Filter 36 ist ein Tiefpaß zweiter Ordnung und hat die Aufgabe das dynami­ sche Verhalten eines Drehspulmeßwerkes zu simulieren. Hinter dem Filter 36 wird das Meßsignal in einem 16-Bit-A/D-Wandler 37 umgesetzt, der mindestens 20 Mes­ sungen pro Sekunde wandeln kann. Die Referenzspannungs­ quelle ist bei diesem A/D-Wandler bereits integriert, ebenso auch der Taktgenerator, der ein Clock- und Sta­ tus-Signal entsprechend den Wandlungsraten an einen nachgeschalteten Mikrocomputer 11 abgibt.

Der Mikrocomputer 11 besteht im vorliegenden Fall aus einer Porterweiterung 11a, einem ersten Mikroprozessor 11b und einem zweiten Mikroprozessor 11c. Der Mikrocomputer 11 steuert durch ein entsprechendes Programm den gesamten Meßablauf des digitalen Meßgerätes. Der erste Mikropro­ zessor 11b korrespondiert einerseits mit dem A/D-Wandler 37 und andererseits über die Porterweiterung 11a mit der Meßeingabeeinheit 10 und einem Keyboard 13. Liegen gültige Meßwerte am A/D-Wandler vor, so gibt der durch einen Quarz Q taktstabilisierte erste Mikroprozessor 11b über die Start-Konvertleitung den Befehl zum seriellen Einle­ sen der Daten des Meßwertes. Weiterhin wird über die Porterweiterung 11a das Schalterwort in den ersten Mi­ kroprozessor übernommen. Das aufbereitete Schalterwort umfaßt 6 Bytes und erfaßt die Stellung des Meßbereichs­ schalters 25 der Meßeingabeeinheit 10, eines Zoom-Schal­ ters 14, eines Mode-Schalters 15 und eines Referenz-Set-Schalters 16. Dieses Schalterwort, der 2 Bytes umfassende Meßwert und die 2 Bytes umfassenden Steuerdaten werden an den zwei­ ten Mikroprozessor 11c übergeben, sobald dieser zur Da­ tenaufnahme bereit ist.

Die Porterweiterung 11a ermöglicht es, die Vielzahl der im Schalterwort zu berücksichtigenden Schalterstellungen mit Hilfe von Multiplexern auf wenige Eingänge des er­ sten Mikroprozessors 11b zu reduzieren. Über den am Key­ board 13 vorgesehenen Zoom-Schalter 14 wird die Skalen­ dehnung bestimmt, der Mode-Schalter 15 erlaubt eine Ein­ schaltung der automatischen Skalenwahl, wobei eine Ska­ lenumschaltung nach Verzögerungszeiten von 1, 2 oder 5 Sekunden erfolgt und der Referenz-Set-Schalter 16 ermöglicht das Einstellen eines Referenzwertes. Die Fixierung eines Meßwertes als Ziffernanzeige kann durch eine Ablauftaste 17 initialisiert werden.

Am ersten Mikroprozessor 11b ist noch ein Tonsignalgeber 38 angeschlossen, der die Abgabe eines akustischen Sig­ nals ermöglicht, z. B. bei Erreichen, Über- oder Unter­ schreiten eines Referenzwertes oder erfolgter Meßwertfi­ xierung. Durch Änderung der Signalfrequenz kann auch ein sich Nähern an den bzw. Entfernen vom Referenzwert sig­ nalisiert werden.

Die wesentliche Arbeit bei der Darstellung des Meßwertes auf dem Display 7 übernimmt der zweite Mikroprozessor 11c. Dieser ist einerseits mit dem ersten Mikroprozessor 11b über einen Datenbus und Steuerleitungen verbunden und gibt, entsprechend dem ihm vorgegebenen Programm seine Anweisungen an LCD-Treiber, die ihrerseits unmit­ telbar auf die Segmente des LCD-Displays wirken.

Das in Fig. 2 dargestellte Ablaufdiagramm läßt die Schritte erkennen, mit denen die Ablaufsteuerung, die im wesentlichen durch den Mikrocomputer 11 repräsentiert wird, die Festlegung eines neuen Meßwertes vornimmt. Nach einer Betätigung der Ablauftaste 17, die auch als "Da­ ta-Hold-Taste" bezeichnet werden kann, wird im Display 7 eine Anzeige "Data" aktiviert. Dieser Vorgang wird durch den Block a beschrieben. Wie Block b zeigt, wird weiter­ hin eine Markierung gesetzt, die grundsätzlich vorhanden sein muß, bevor ein neuer Meßwert festgelegt werden kann. Nach Block c erfolgt nunmehr eine Meßwertaufnahme, bei der nacheinander Einzelwerte und jeweils aus 10 Einzelwerten gebildete Mittelwerte eingegeben und überprüft werden. In einem in Block d festgehaltenen ersten Prüfvorgang wird entschieden, ob der jeweils neue Mittelwert größer als 2000 Zählimpulse ist. Trifft das zu, so wird in Block f geprüft, ob eine Markierung gesetzt wurde. Sollte auch das der Fall sein, so wird eine etwa in der Anzeige noch enthaltene, das Festlegen eines Meßwertes anzeigende "Hold-Information" gelöscht. Damit sind die Grundvoraus­ setzungen gegeben, daß der neue Meßwert festgelegt werden kann, sofern er auch die Bedingungen nach Block h und Block i erfüllt. In Block h wird gefordert, daß die Dif­ ferenz der beiden letzten Mittelwerte kleiner 10 Zählimpulse ist und nach Block i darf auch die Differenz der beiden letzten Einzelwerte diesen Grenzwertbereich nicht über­ schreiten. Werden die Forderungen erfüllt, so wird nach Block j der neue Mittelwert in die Anzeige geschrieben. Je nach Bedarf kann selbstverständlich auch der neue Einzelwert in die Anzeige geschrieben werden. Weiterhin wird mit dem Block k der neue Mittelwert mit einer An­ zeige "Hold" quittiert. Nach diesem Vorgang wird in Block l die Markierung gelöscht.

Ein Löschen der Markierung, oder ein zu großer Differenz­ wert, der sich beim Mittelwerte- oder Einzelwertever­ gleich ergibt, oder eine nicht gesetzte Markierung, oder eine in Block e gesetzte Markierung, nachdem der Mittelwert kleiner als 2000 Zählimpulse war, bewirken eine Prüfung der Ablaufsteuerung, nach Block m, ob die Taste erneut ge­ drückt wurde. Ist das der Fall, so wird "Data-Hold" auf dem Display 7 gelöscht. Wurde die Ablauftaste 17 nicht gedrückt, so beginnt der Ablauf mit der Meßwertaufnahme in Block c von neuem.

Wesentlich ist, daß nach der Festlegung der Ziffernanzei­ ge die Quasianaloganzeige unabhängig weiterarbeitet, so daß bei fest angeschlossener Meßsignalquelle mögliche Änderungen des Meßwertes sofort erkannt werden. Ein Öff­ nen des Meßkreises nach gedrückter Ablauftaste 17 be­ wirkt, daß bei der Prüfung nach Block d der Mittelwert unter 2000 absinkt und damit nach Block e eine Markierung gesetzt wird. Wird der Meßkreis nun wieder geschlossen, so kann davon ausgegangen werden, daß nunmehr auch ein neuer Meßwert erfaßt werden soll. Liegt also jetzt der Mittel­ wert nach Block d über 2000 Zählimpulse so ergibt sich für die Entscheidung nach Block f, daß eine Markierung gesetzt wurde. Für die Festlegung eines neuen Meßwertes müssen somit nur noch die Bedinungen der Blöcke h und i erfüllt werden.

In Fig. 3 sind die Verhältnisse bei einem sich ändern­ den Signal dargestellt. Der Meßbereich umfaßt ± 30 000 Zählimpulse, geht als von - 30 000 bis + 30 000. Der Basiswert für die Entscheidung nach Block d beträgt ± 2000 Zählimpulse. Ein Mittelwert wird jeweils aus zehn Einzelmessungen gebildet. Die Darstellung erfaßt insgesamt 80 Einzelmes­ sungen. Betrachtet man den Kurvenverlauf, so kann zwi­ schen den Punkten 1 und 2 selbstverständlich gemessen werden, die anfallenden Meßwerte werden jedoch nicht festgelegt, da sie kleiner als der Basiswert von 2000 Zählimpulse sind.

Ein am Eingang des Meßgerätes angelegter Rechteckimpuls wird durch das Filter 36 stark gedämpft, so daß das Meß­ signal an seinem Ausgang dem Verlauf einer e-Funktion folgt. Ein an sich bedeutungsloser kurzer Ausfall des Eingangssignals würde bei Punkt 3 und 4 des Signals bei der Bewertung von Einzelmessungen einen sehr kleinen Differenzwert vortäuschen. Durch die Mittelwertbildung fällt der kurze Aussetzer jedoch nicht ins Gewicht. Bis zum Punkt 5 ist die Änderung des am A/D-Wandler 37 an­ liegenden Meßsignals in jedem Fall so groß, daß eine Differenz der beiden letzten Mittelwerte größer als der zulässige Grenzbereich von 10 Zählimpulsen ist. Eine Festlegung des Meßwertes kann also bis hierhin nicht erfolgen. Erst ab Punkt 5 wird der eingeschwungene Zustand erreicht, so daß schließlich die Differenz des von Punkt 5 bis Punkt 6 reichenden Mittelwertes und des von Punkt 6 bis Punkt 7 reichenden Mittelwertes die Bedingung erfüllt und un­ ter 10 Zählimpulsen bleibt. Auch die Einzelwerte bleiben klei­ ner als 10 Zählimpulse. Es erfolgt somit eine Festlegung des Mittelwertes zwischen Punkt 6 und 7.

Claims (8)

1. Verfahren zum Festlegen eines momentanen Meßwertes einer Meßgröße als Meßergebnis, insbesondere auf einem Display eines digitalen Meßgerätes, bei dem nach einer Initialisierung, insbesondere durch Drücken einer Ablauftaste, des in einem von einer Ab­ laufsteuerung vorgegebenen Taktes aufeinanderfolgend Meßwerte aufgenommen werden und vor dem Festlegen des jeweils neuen Meßwertes eine Kontrolleinrichtung prüft, ob dieser einen Basiswert überschreitet und die Differenz der beiden zuletzt erfaßten Meßwerte innerhalb eines vorgegebenen Grenzbereiches liegt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßergebnis als Mittelwert aus einer vorge­ gebenen Zahl von in Einzelmessungen erhaltenen Meß­ werten erzeugt wird und ein Festlegen des Meßergeb­ nisses und/oder momentanen Meßwertes erfolgt, wenn die Differenz der Mittelwerte und die Differenz der aus den beiden zuletzt erfolgten Einzelmessungen re­ sultierenden Meßwerte in dem vorgegebenen Grenzbe­ reich liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzbereich mit zehn Zählimpulsen bei 30 000 Zählimpulsen pro Meßbereich vorgegeben ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswert auf einen unteren Grenzwert festge­ legt ist, der einen Bereich begrenzt, in dem bei dem jeweiligen Meßbereich normalerweise nicht mehr gemes­ sen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswert auf 2000 Zählimpulse bei einem Meßbereich von 30 000 Zählimpulsen festgelegt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßergebnis als Mittelwert von acht oder zehn Meßwerten gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Initialisierung des Ablaufs durch Drücken der Ablauftaste oder ein Unterschreiten des Basiswertes erfolgt, und die Ablaufsteuerung sowohl nach dem Drücken der Ablauftaste, als auch nach Unterschreiten des Basiswertes eine Markierung veranlaßt und nur nach erfolgter Markierung ein neues Meßergebnis fest­ gelegt wird und nach dem Festlegen eines neuen Meßer­ gebnisses die Markierung wieder gelöscht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Initialisierung durch Drücken der Ablauftaste durch eine erste Bestätigungsanzeige mit "Data" auf dem Display bestätigt wird und mit dem Festlegen des neuen Meßergebnisses eine zweite Bestätigungsanzeige mit "Hold" auf dem Display erfolgt und die Bestäti­ gung zusätzlich noch akustisch signalisiert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bestätigungsanzeige zum Signalisieren des Festhaltens eines Meßergebnisses gelöscht wird, nachdem eine neue Markierung veranlaßt wurde und das zuletzt erzeugte Meßergebnis den Basiswert überschrit­ ten hat.