DE1448920C3 - Analog-Digital-Umsetzer zur digitalen Mittelwertbildung von schwankenden analogen Meßgrößen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Umsetzer zur digitalen Mittelwertbildung von schwankenden analogen Meßgrößen, vorzugsweise für Wiegeeinrichtungen mit Dehnungsmeßstreifengebern, mit einem Stufenkompensator, der aus einer ihm zugeführten, dem jeweiligen Meßwert proportionalen Meßspannung und einer in dem Stufenkompensator eingestellten Kompensationsspannung eine Spannungsdifferenz bildet, und mit einem vorwärts und rückwärts zählenden Impulszähler, der in Abhängigkeit von der Polarität der Spannungsdifferenz entweder mit seinem Vorwärtsoder seinem Rückwärtszähleingang über Torschaltungen an einen Taktimpulsgeber anschließbar ist und dessen Zählerstand auf den Stufenkompensator zwecks Einstellung der Kompensationsspannung auf die Amplitude der Meßspannung übertragen wird.

Bei verschiedenen Meßeinrichtungen ist der Meßwert mit kleinen Schwankungen behaftet. Beispielsweise bei Wiegeeinrichtungen werden solche Schwankungen durch dynamische Lastschwankungen hervorgerufen. Sollen nun derartige schwankende Meßwerte digital angezeigt werden, so besteht die Schwierigkeit, daß durch die Meßwertschwankungen ein ständiges Arbeiten des Verschlüßlers hervorgerufen wird, wodurch die endgültige Anzeige des Meßwertes wenn überhaupt, so doch erst nach langer Zeitverzögerung ablesbarcwird.

Es ist bereits ein Analog-Digital-Umsetzer bekannt, bei dem die Differenzspannung zwischen der Meßspannung und der Kompensationsspannung eines Stufenkompensators eine Torschaltung derart steuert, daß Impulse eines Impulsgenerators einer vorwärts oder rückwärts zählenden Zählschaltung zugeführt werden. Die Zählrichtung wird durch das Vorzeichen der Differenzspannung bestimmt. Aus der Ausgangsgröße des Zählers wird die analoge Kompensationsspannung gebildet. Eine derartige Anordnung hat insbesondere den Nachteil, daß bei hoher Taktfrequenz die Einstellzeit zwar kurz ist, die Empfindlichkeit und die Anzeigegenauigkeit aber gering sind. Bei niedriger Taktfrequenz wird dagegen eine hohe Empfindlichkeit erreicht, die Einstellzeit ist aber lang. Um eine richtige digitale Anzeige des Meßwertes zu erhalten, wird die Anzeigeeinrichtung nur bei ruhigstehendem Zähler gespeist. Die Anzeige eines solchen Analog-Digital-Umsetzers reagiert jedoch immer noch empfindlich auf Meßwertschwankungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Umsetzer zu schaffen, der trotz Schwankungen des Meßwertes eine rasche digitale Anzeige des Meßwertes liefert.

Ein zur Lösung dieser Aufgabe geeigneter Analog-Digital-Umsetzer zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß als Taktimpulsgeber ein von der Spannungsdifferenz gesteuerter _§pannungsfrequenzumsetzer vorgesehen ist, dem ein die Schwankungen der Spannungsdifferenz unterdrückender Tiefpaß vorgeschaltet ist.

Das Tiefpaßfilter ist zwar in Analog-Meßeinrichtungen schon zur Mittelwertbildung verwendet worden. Mit der Erfindung wird ein solcher Tiefpaß auch bei einem Analog-Digital-Umsetzer zur Mittelwertbildung in besonders vorteilhafter Schaltung verwendet. Spannungsfrequenzumsetzer haben in ihrem Eingangskreis einen Kondensator, der von der Eingangsspannung aufgeladen und bei Erreichen einer bestimmten Ladespannung mittels einer definierten Kompensationsladung wieder entladen wird. Je nach Größe der Zeitkonstante, mit der der Kondensator aufgeladen wird, werden Schwankungen der Meßspannungen unterdrückt. Ist dem Spannungsfrequenzumsetzer ein gesondertes Integrationsglied vorgeschaltet, so werden die Schwankungen noch mehr unterdrückt. Dies ist z. B. dann vorteilhaft, wenn Spannungsfrequenzumsetzer mit einer vorgegebenen Zeitkonstante als vorgefertigte Steckkarten verwendet werden und die Zeitkonstante dieser Spannungsfrequenzumformer dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden sollen.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Analog-Digital-Umsetzern, bei denen eine konstante Taktfrequenz verwendet wird, ist in der Verwendung eines Spannungsfrequenzumsetzers zu sehen. Tritt eine

weils zwei Spannungsfrequenzumsetzer 11, 13 bzw. 12,14 nachgeschaltet, die als Taktgeber für den vorwärts und rückwärts laufenden Zähler 15 wirksam sind. Jeder Kanal I bzw. II enthält je einen Spannungsfrequenzumsetzer für Vorwärtszählung 11 bzw. 12 und einen Spannungsfrequenzumsetzer für Rückwärtszählung 13 bzw. 14. Die Spannungsfrequenzumsetzer 11... 14 sind über monostabile Kippstufen 16, 17, 18 derart mit dem Zähler 15 verbunden, daß der empfindlichere Kanal I die niedrigste Dekade des Zählers 15 steuert, während der unempfindliche Kanal II mit der vorletzten Dekade des Zählers 15 verbunden ist. Beide Kanäle I, II steuern ferner über die bistabile Kippstufe 19 ein Relais 20 entsprechend der jeweiligen Zählrichtung. Das Relais'20 bewirkt über den Umschaltkontakt 21a, daß der Zähler 15 jeweils im richtigen Sinn, d. h. vorwärts oder rückwärts, durch die von den Spannungsfrequenzumsetzern 11... 14 abgegebenen und durch die monostabilen Kippstufen 16,17,18 umgeformten Impulse gesteuert wird.

Die Unempfindlichkeit der Anordnung auf Meßwertschwankungen beruht vor allem auf der Anwendung des Tiefpasses 9 im Kanal I. Der Tiefpaß 9 besitzt eine sehr niedrige Grenzfrequenz, die unter 10 Hz, gegebenenfalls unter 1 Hz, liegt. Es ist auch möglich, um einen schnellen Abgleich zu erzielen, einen einzigen Abgleichkanal vorzusehen, der einen Spannungsfrequenzumsetzer enthält, dessen Frequenz an der Übersteuerungsgrenze durch Frequenzmessung und daraus abgeleitete Umschaltung der frequenzbestimmenden Kondensatoren erheblich, z. B. hundertfach, erhöht wird. Die durch den Zähler 15 ermittelten Werte werden über Verstärker 21, 22, 23, 24 auf den Kompensator 2 zur Nachsteuerung übertragen. Beispielsweise kann zwischen jedem dieser Verstärker 21 bis 24 und dem Kompensator eine vieradrige Leitungsverbindung bestehen, über die jeweils tetradisch verschlüsselt der Wert einer Dekade übertragen wird. Derselbe Wert dient gleichzeitig, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Umschlüßlers 25, zur Steuerung der Anzeigevorrichtung 26.

Ferner kann eine Anzeigeanordnung 27 zur Ermittlung der Änderüngsgeschwindigkeit der Meßgröße vorgesehen sein. Diese zeigt die Ausgangsspannung eines elektronischen Tiefpasses an, die proportional ist der am Eingang des Tiefpasses wirkenden Impulsfrequenz mit konstanter Impulsenergie. Die Impulsfrequenz ist von der Zählgeschwindigkeit des elektronischen Zählers 15 abgeleitet, welche wiederum ein Maß für die Änderungsgeschwindigkeit der Meßgröße ist. Die Polarität der Impulse am Eingang^:-des Tiefpasses 32 wird mit der Zählrichtung des Zählers 15 durch die Kontakte 31 umgekehrt, wodurch auch das Vorzeichen der Änderungsgeschwindigkeit angezeigt werden kann (z. B. positiver Ausschlag = Meßgröße wird größer, negativer Ausschlag = Meßgröße wird kleiner). Mit 28 ist ein Verstärker bezeichnet.

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer zur digitalen Mittelwertbildung von schwankenden analogen Meßgrößen, vorzugsweise für Wiegeeinrichtungen mit Dehnungsstreifengebern, mit einem Stufenkompensator, der aus einer ihm zugeführten, dem jeweiligen Meßwert proportionalen Meßspannung und einer in dem Stufenkompensator eingestellten Kompensationsspannung eine Spannungsdifferenz bildet, und mit .einem vorwärts und' rückwärts zählenden Impulszähler, der in Abhängigkeit von der Polarität der Spannungsdifferenz entweder mit seinem Vorwärts- oder seinem Rückwärtszähleingang über Torschaltungen an einen Taktimpulsgeber anschließbar ist und dessen Zählerstand auf dem Stufenkompensator zwecks Einstellung der Kompensationsspannung auf die Amplitude der Meßspannung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Taktimpulsgeber ein von der Spannungsdifferenz (Au) gesteuerter Spannungsfrequenzumsetzer (11, 13) vorgesehen ist, dem ein die Schwankungen der Spannungsdifferenz (Au) unterdrückender Tiefpaß (9) vorgeschaltet ist.

2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (9) eine Grenzfrequenz unter 10 Hz, vorzugsweise unter 1 Hz, besitzt.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler (15) gleichzeitig über mindestens zwei Spannungsfrequenzumsetzer (11, 12, 13, 14) steuerbar ist, von denen einer (11, 13) der niedrigsten Dekade zugeordnet ist, während der andere (12, 14) entsprechend der Schwankungsbreite der Meßgröße einer höheren Dekade zugeordnet ist, und daß den beiden Spannungsfrequenzumsetzern (11, 12, 13, 14) jeweils ein Tiefpaß (9, 10) vorgeschaltet ist.

4. Analog-Digital-Umsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Abgleichkanäle (I, II) hinter dem jeweiligen Tiefpaß (9, 10) jeweils zwei Spannungsfrequenzumsetzer (11, 13 bzw. 12, 14) enthalten, von denen jeweils einer den Zähler (15) vorwärts und der andere den Zähler (15) rückwärts steuert.

5. Analog-Digital-Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkompensator (2) entsprechend dem tetradisch umgeschlüsselten jeweiligen Zählwert von dem Zähler (15) steuerbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer zur digitalen Mittelwertbildung von schwankenden analogen Meßgrö- S ßen, vorzugsweise für Wiegeeinrichtungen mit Dehnungsstreifengebern, mit einem Stufenkompensator, der aus einer ihm zugeführten, dem jeweiligen Meßwert proportionalen Meßspannung und einer in dem Stufenkompensator eingestellten Kompensa- '° tionsspannung eine Spannungsdifferenz bildet, und mit einem vorwärts und rückwärts zählenden Impulszähler, der in Abhängigkeit von der Polarität der Spannungsdifferenz entweder mit seinem Vorwärts- oder seinem Rückwärtszähleingang über Torschaltungen an einen Taktimpulsgeber anschließbar ist und dessen Zählerstand auf den Stufenkompensator zwecks Einstellung der Kompensationsspannung auf die Amplitude der Meßspannung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Taktimpulsgeber ein von der Spannungsdifferenz (A U) gesteuerter Spannungsfrequenzumsetzer (11, 13) vorgesehen ist, dem ein die Schwankungen der Spannungsdifferenz (Δ U) unterdrückender Tiefpaß (9) vorgeschaltet ist. ²S

2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (9) eine Grenzfrequenz unter 10 Hz, vorzugsweise unter 1 Hz, besitzt.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler (15) gleichzeitig über mindestens zwei Spannungsfrequenzumsetzer (11, 12, 13, 14) steuerbar ist, von denen einer (11, 13) der niedrigsten Dekade zugeordnet ist, während der andere (12,14) entsprechend der Schwankungsbreite der Meßgröße einer höheren Dekade zugeordnet ist, und daß den beiden Spannungsfrequenzumsetzern (11,12,13,14) jeweils ein Tiefpaß (9,10) vorgeschaltet ist.

4. Analog-Digital-Umsetzer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Abgleichkanäle (I, II) hinter dem jeweiligen Tiefpaß (9,10) jeweils zwei Spannungsfrequenzumsetzer (11, 13 bzw. 12, 14) enthalten, von denen jeweils einer den Zähler (15) vorwärts und der andere den Zähler (15) rückwärts steuert.

5. Analog-Digital-Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkompensator (2) entsprechend dem tetradisch umgeschlüsselten jeweiligen Zählwert von dem Zähler (15) steuerbar ist.