-
Verstärker mit verstellbaren Skalen für Meßwandler Die Erfindung betrifft
einen Verstärker für Maßwandler, die Auagangesignale in Form elektrischer Spannungen
liefern, insbesondere für piezoelektrische Kraft- und Druckwandler, mit einem kontinuierlich
verstellbaren Regler, der eine Anpassung des Verstärkers an die Empfindlichkeit
des Meßwandlers ermöglicht und einen Veratellbereich von etwa 1:10 aufweist, und
einem Bereichsschalter zur Veränderung des Auagangssignalee des Verstärkers um volle
Zehnerpotenzen.
Bei derartigen Meßverstärkern ist
es erwünscht, das
zur leichteren quantitativen Auswertung der Messung
die
Meßgröße in einem glatten Verhältnis zum Ausgange-Signal des Verstärkers
steht, bei einem Druckwandler also beispielsweise ein at/V
oder Zehnerpotenzen diesen Wertes beträgt. Da die Meßwandler
selbst in der Regel
keinen glatten Umwandlungsfaktor haben, sind
bekannte Verstärker mit einem kontinuierlich verstellbaren Regler
versehen,
der die Eingabe der Empfindlichkeit des Meßwandlers in den Verstärker gestattet.
Als Regler wird
häufig ein 10-Gang-Potentiometer-benutzt, das auf Werte
zwischen
0 und 1,000 einstellbar und in jeder Stellung
blockierbar ist. Das
Potentiometer ist eo geschaltet,
das bei Einstellung eines Zahlenwertes,-der
dem Empfind-
lichkeitswert des Meßwandlers gleich ist, am Ausgangsverstärker
das gewünschte glatte Verhältnis zwischen
der Meßgröße und der
Ausgangsspannung besteht. Der Regler
ermöglicht jedoch nur die Einstellung
eines glatten Ver-
hältnisses durch Variation im Bereich einer einzigen
Zehnerdekade.,
so das es noch einer gewissen Rechnung
bedarf, um
anhand der Zehnerpotenz, in deren Bereich
die-Empfindlichkeit des Neßwandlers
liegt, und der
Einstellung des Bereichsschalters festzustellen,
in
welcher Größenordnung die gemessene Größe liegt. de@ nach dem Anwendungszweck-kann
die Empfindlichkeit des
Meswandlers sehr verschieden sein und es
kann sioh-die -
Empfindlichkeit von Meßwandlern verschiedener Bauart um 4
bis 5 Zehnerpotenzen unterscheiden. Ebenso ist such das Ausgangssignal des
Verstärkers mit Hilfe des
Bereichesehaltere bei üblichen Verstärkern ohne
weiteres um 4 bis 5-Zehnerpotenzen veränderbar. Obwohl die Be-rechnung der Größenordnung
der gemessenen Größe anhand der bekannten Empfindlichkeit des
Meßwandlers und der
Einstellung des Bereichsschalters an sich sehr einfach
ist,
hat die Erfahrung doch gezeigt, da2 sich gerade bei solch einfachen Überlegungen
sehr oft Gedankenfehler einschleichen, die zu einer-falschen Auswertung der Meßergebniese
führen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verstärker mit Mitteln
zu versehen, die unmittelbar_anzeigen, in welchem Verhältnis die gemessene Größe
zum Ausgangssignal des Verstärkers steht, so daß alle Rechnungen vermieden
werden, die eine Pehlerquelle@bilden können. ..
Diese
Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch g@löst, daß dem kontinuierlichen Verstärkungsregler
eine Skala und ein Zeiger zugeordnet sind, die auf die Größenordnung (Zehnerpotenz)
der iEmpfindlichkeit des Meßwandlers einstellbar sind und mit denen eine
zweite, verstellbare Skala für den Bereichsschalter gekoppelt ist, die die Größenordnung
des Meßwertes im Verhältnis zum Ausgangssignal. in Abhängigkeit von der eingestellten
GrUßenordnung der MeßwandlermEmpfindlichkeit und der Einstellung des
Bereicheschaltere
angibt.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung bildet also eine Art Rechner, der es
gestattet; auf einer Skala unmittelbar die Größenordnung des Meßwertes im Verhältnis
zum Aus- . gangssignal abzulesen, wenn die-Größenordnung der Empfindlichkeit des
Meßwandlers mit Hilfe einer Skala und eines Zeigers eingestellt worden ist. Es versteht
sich, daß bei dieser Anordnung entweder der Zeiger gegenüber einer festete Skala
oder aber eine bewegliche Skala gegenüber einem festen Zeiger verstellt werden kann.
Die Einstellung der Zehnerpotenz der Empfindlichkeit des Meßwandlers wird zur gleichen
Zeitvorgenommen,
zu der auch der Regler auf die Meßwandler-Empfindlichkeit eingestellt wird, so daß
also nicht.nur der Ziffernwert, sondern auch die Größenordnung der EmpG -findlichkeit
des Meßwandlers eingestellt wird, wonach dann die Größenordnung des Meßwertes in
Abhängigkeit von der Einstellung des Bereichsschalters unmittelbar ablesbar ist.
Auf diese Weise werden alle Rechnungen vermieden, die zu einem Fehler bei der Auswertung
des Meßsignales führen könnten.
-
Eine sehr einfache Anordnung ergibt sich, wenn in weiterer Ausgestaltung
.der Erfindung die dem Bereichsschalter zugeordnete Skala von einer konzentrisch
zum Bereichsschalter angeordneten und verdrehbaren Scheibe gebildet wird, die auf
einem konzentrischen Kreisbogen mit Markierungen versehen ist, die Angaben über
die Größe.des Ausgangssignales darstellen und denen ein am Einstellknopf de® Bereiohsschaltere
angebrachter Zeiger gegenübersteht.
-
Es versteht sich, daß@umgekehrt auch ein Zeiger auf der Skala und
Markierungen mit Angaben über die Größe des Ausgangesignales auf dem Einstellknopf
des Bereichsschalters
angebracht sein könnten Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung wird die Stellung der dem Bereichsschalter zugeordneten Skalenscheibe
in Abhängigkeit von der eingestellten Größenordnung der MeßwandlermEmpfindliohkeit
so verändert., daß immer der Zeiger am Einstellknopf deo Bereicheschalters auf eine
Markierung zeigte die die Größe des Meßwertes im Verhältnis zum Ausgangssignal angibt.
-
Es wäre denkbar, die Skalenscheibe auf einem zweiten konzentrischen
Kreisbogen mit Narkierunge> zu versehen, die die Größenordnung der Empfindlichkeit
des Meßwandlers angeben und die durch Drehen der Scheibe wahlweise einer
festen Marke am Verstärkergehäuse gegenüberstellbar sind. Umgekehrt könnte
auch ein Zeiger am Rand der Skälenscheibe auf Markierungen am Verstärkergehäuse
einstellbar@sein, die dann ihrerseits die Größenordnung der Empfindlichkeit den
Meßwandlers angeben. Eine derartige Anordnung ist zwar extrem einfach, jedoch erfordert
sie häufig dann eine sehr große Skalenscheibe, wenn der Regler und der Bereiohssohalter
nicht dicht nebeneinander liegen und
die Markierungen,
die die Größenordnung.der Empfindlichkeit dee Meßwandlers angeben, nahe
dem Regler angeordnet sein
eolleno Es ist daher zweckmäßiger, in weiterer
Ausgestal® tung der Erfindung dem Regler eine zweite, verdrehbare
Skalenscheibe mit Markierungenp die die Größenordnung der
Empfindlichkeit
des Meßwandlers angeben, zuzuordnen und
diese zweite Skalenscheibe
mit der ersten Skalenscheibe in Antriebsverbindung zu bringen. Hierzu
können Getriebe
aller Art, wie Zahnrad-, Reibrad-, Seil-, Hebe- und der-
gleichen
Getriebe Verwendung finden. Eine. besonders einfache
Ausführungsform
ergibt sichp wenn die beiden Skalenscheiben
an ihrem Rand
je eine Zahnung aufweisen und mit ihren
Zahnungen urimittelbar
in Eingriff stehen. Bei Anwendung einer zweiten Scheibe ist es dann
auch möglich, die zweite
Skalensoheibe konzentrisch zum Einstellknopf
des Reglers
anzuordnen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die
Skalenscheiben hinter einer Abdeckhaube angeordnet,
die Fenster für die
auf den Skalen angebrachten Markierungea und Durchbrechungen für Stellglieder
zum Verdrehen der
Skalenscheiben aufweist. Bei dieser Ausführungsform
der
Erfindung sind die Skalenscheiben in der Abdeckhaube gelagert und bilden
zusammen mit der Abdeckhaube eine auf der Frontplatte des Verstärkers aufgesetzte
Baueinheit. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, daß sie den nachträglichen
Anbau von Baueinheiten bei schon bestehenden Verstärkern ermöglicht, so daß auch
bereits vorhandene Verstärker noch nachträglich mit der. erfindungsgemäßen Rechenanordnung
ausgestattet werden können.
-
Weitere Einzelheiten und.Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der
die Erfindung anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Die der
Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung
finden. Es zeigen: Figo 5 die schematische Darstellung einer handelsüblichen piezoelektriechen
Meßanordnung,
Fig. 2. eine schematische Darstellung ähnlich-Fig.
1
einer Meßanordnung mit einem nach der Er-
findung ausgebildeten
Verstärker,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße,
als
Rechner dienende Haueinheit des Verstärkers
nach Fig.
2,
Fig. 4 eine Draufsioht auf die Skalenscheiben der
Baueinheit
nach Fig. 3 nach Entfernung der
Abdeckkappe.und Fig. 5 einen Längeschnitt
durch die Haueinheit nach
Fig. 3.
-
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht eine handelsübliche, piezoelektrische
Meßanordnung aus einem piezoelektrischen Meßwandler 1, einem Meßverstärker 2 und
einem Registriergerät, beispielsweise einem Oszillographen 3. Der Meßverm stärker
2 weist auf seiner Frontplatte nebst anderen, nicht näher dargestellten Einstellknöpfen
und Schaltern den
Einstellknopf 4 eines Reglern zur Einstellung
der Emp-
findlichkeit des Meßwandlers 1 und einen Einstellknopf
5
einen Bereichsechaltere auf. Der Oszillograph 3 weist
ebenfalls
nöbet anderen Knöpfen und Schaltern einen
Knopf 6 zur Einstellung
der Empfindlichkeit,auf, der die
Bildgröße auf dem Leuchtschirm ? des
Oszillographen beeinflußt .
-
Wenn als Meßwandler 1 ein Druckmeßwandler. Verwendung
findet, so liefert der Meßwandler an die Eingangebuohse
8
in Abhängigkeit von dem Druck eine bestimmte Ladung. Der
Meßwandler
1 besitzt eine ganz bestimmte Empfindlichkeit, gibt also eine bestimmte
Ladung pro Druckeinheit ab, die
beispielsweise 56,2 pC/at
betragen mag. Diene Empfindlich-
keit wurde mittels Kalibrierung
ermittelt und ist im
Prüfzeugnis des Meßwandlere angegeben. Je nach
der Art
des Meßwandlers kann diese Empfindlichkeit aber auch
zum
Beispiel 2,2 pC/at, O,8 pC/at, 180 pC/at, 2000 pC/at
oder 18000 pC/at betragen. Der mit dem-Einstellknopf 4
zu
betätigende Regler, der beispielsweise von einem
10mGang-Potentiometer
gebildet wird,, ermöglicht nur die-Einstellung von Werten zwischen
000 und 999-ohne Rücksicht
auf die Größenordnung (Zehnerpotenz)
der Empfindlich-.: -keit.
-
Andererseits gelten die Angaben auf der dem Bereichsschalter 5 zugeordneten
Skala, nach denen der Verstärker auf die Bereiche 0,1 at/Y, 1 at/Y, 10 at/Y
und 100 at/Y einstellbar ist, nur für Empfindlichkeitswerte des Aufm nehmers im
Bereich zwischen 1 und 10o Fürniedrigere oder höhere Werte der Aufnehmer-Empfindlichkeit
müssen die
Bereichswerte mit entsprechenden Faktoren, wie zum Beispiel 0,1,
100 usw. multipliziert werden, damit der dem Ausgangesignal'.-an der Buchse 9 entsprechende
Druck richtig ermittelt wird. Das dem Ausgangssignal zugrunde liegende Verhältnis
at/Y muß bekannt sein, damit nach Einstellung einer bestimmten Empfindlichkeit Y/cm
am Knopf 6 des
Oszillographen 3 die Einheit der Bildhöhe in at/cm bekannt
ist und der zu messende Druck unmittelbar auf dem Bildschirm 7 des Oszillographen
quantitativ abgelesen werden kann.
-
Diese Xeßvorrichtungen gestatten also dem Fachmann, mit Hilfe von
kalibrierten Meßwandlern, einstellbaren Mepverstärkern und einstellbaren Auswertegeräten
eine sofortige
quantitative Bestimmung der auftretenden mechanischen.
Meßgrönen, beispielsweise eines Druckes. Von Bedeutung ist dabei, daß der.Maßverstärker
2 für .jeden beliebigen Empfindlichkeitswert des Meßwandlers eine dekatiech gestufte
Größe des Ausgangswertes ergibt, zum Beispiel 19 10, 900 oder 1000 at/Vs
wodurch sich einfache Verhält-' niese für die anschließende Weiterverarbeitung der
Meßm werte ergeben. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß zur einwandfreien
Bestimmung der Kommastellen eine Multiplikation mit dem richtigen dekatischen Faktor
erforderlich ist. Bierbei können eich leicht Fehler einechleichen, die zu einer
falschen Interpretation der Messung führen.
-
Diese Nachteile der bekannten Anordnungen werden durch die Erfindung
vermieden. Fig. 2 stellt die gleiche Meßanordnung dar wie Fig. i, jedoch ist der
Meßveretärker 20 nach der Erfindung mit einem Rechengerät 28 ausgerüstet, das zu
einer unmittelbaren Anzeige der Dimension des Ausgangssignales führt. Dieser Rechner
weist oberhalb des Einstellknopfes 23 für den Regler ein Fenster 22 auf, das
in
einer Abdeckhaube 25 eingelassen ist. Durch die
Verstellung
eines Hebels-24 ist-es möglioh, in denn . Fenster 22 die Größenordnung
der Empfindlichkeit des
Meßwandlers 21 einzustellen, also beispielsweise
einen-
beliebigen der dekaden Bereiche 0,1m1,0, 1,0m10,10-100,
100-1000, 1 k-10 k und 10 k-100 k. Zugleich mit der
Empfindlichkeitsdekade
im Fenster 22 wird auch die Skala
im Fenster 25 der Abdeckhaube
25 verstellt, die dem Ein-
stellknopf 27 für den Bereichsschalter zugeordnet
ist.
Die Dimension des Ausgangssignales hat dann denjenigen
der
im Fenster 26 erscheinenden Werte, auf. den der Zeiger
des Einstellknopfes
27 des Bereichesehalters zeigt.
-
.Die Wirkungsweise der@erfindungsgemäben Vorrichtung wird
im
folgenden anhand eines Bei$pieles erläutert. Hat der
Meßwandler
21 zum Beispiel den Kalibrierwert von 56,2-'p0/at, so wird in dem
Fenster 22 der Abdeckhaube 25 mit Hilfe des
Hebels 24 die Dekade 10m100
eingestellt. Weiterhin wird der
Einstellknopf 23 des Reglers
auf den wert 562 eingestellt
und blockiert. Bei dieser Einstellung
sind in dem dem
Knopf 27 des Bereichsschalters zugeordneten
Fenster 26
die Bereichswerte 100, 10, 1 und 0,1 ablesbar. Von diesen
Werten
ist ein beliebiger mit Hilfe des Knopfes 2? einstellbar. Der jeweils eingestellte
Wert kann nun direkt mit den Werten: des Empfindlichkeits-Einstellers 29 auf dem
Oszillograph 30 multipliziert werden. Da diese Werte in Vom angegeben sind, ergibt
sich zum Beispiel bei Einstellung des Bereiches 10 at/V und einer Empfindlichkeit
des Oszillographen von 2 V/cm eine Anzeige von 20 at/cm auf dem Bildschirm, go daß.eine
sofortige quantitative
Auswertung des Diagrammes möglich ist. Durch
die erfinsdungegemäße Ausbildung des Verstärkers wird also jede
Reahenunsioherheit
betreffend der Größenordnung des ermittelten Meßwertes vollständig vermieden.
-
Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei der
die Teile des Rechners zu einer Baueinheit ver-
einigt sind, die auch noch
nachträglich auf der hrontplatte eines Verstärkers angebracht werden können. Wie
aus den Fig. 3 ersichtlich, weist diese Haueinheit eine Abdeokhaube 31,i in der
mit Hilfe ihrer Naben 42 und 43 zwei Skalenscheiben 34 und 39 gelagert sind, Die
beiden Skalenscheiben sind auf einem Teil ihres Umfanges mit einer Zahnung 35 bzw.
40 versehen, welche Zahnungen miteinander in Eingriff stehen, -so daß sich beide
Scheiben gemeinsam
drehen. Die beiden Scheiben sind weiterhin so
angeordnet, daß nach der Montage der Einheit auf der frontplatte des Verstärkers
die obere Seheibe-die mit dem Knopf 34 ver-sehene Welle des Reglers und die
untere Scheibe 39 die mit dem Knopf 36 versehene Welle des Bereichsschalters konzentrisch
umgibt. Die obere Scheibe 34 ist längs ihre® Umfanges mit Markierungen versehen,
die die @Empfindli ohkeitsbereiehe des Meßwandlera angebenn während die untere Schöbe
längs ihres Umfanges_Markierungen zur Kennzeichnung der Größe des Ausgangseignales
des Verstärkers trägt. Diese Markierungen sind je in einem Penater 32 bzw..38 sichtbar.
Weiterhin weist die Abdeckhaube 31 einen kreiabogenf8rmigen t Schlitz auf, den ein
als Einstellhebel dienender Ansatz 33 der oberen Scheibe 34 durchdringt. Dieser
Ansatz ermöglicht es, die obere-Scheibe auf die,gewünschte Empfindliohkeitsm
dekade. einzustellen. Entsprechend dieser Einstellung wird die untere Scheibe mitgenommen
und es erscheinen in dem Fenster 38 konzentrisch zum Einstellknopf 36 für den Bereichsumschalter
die Werte, die entsprechend der singestellten Empfindliohkeitadekade die Größe des
Ausgangseignalee angeben und auf die der Zeiger 3? des Einstellknopfes
36 den Bereiohsumsohalters eingestellt werden
können.
Es
versteht sich, dafl die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon böglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen, Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, auf der gleichen Scheibe,
die zur Anzeige der Dimension des Ausgangssignales dient, auch die Markierungen
aufzutragen, die zur Kennzeichnung der Größenordnung der Empfindlichkeit des Meßwandlers
dienen, Allerdings ist dann eine über-sichtliche Anordnung der Skalen schwieriger,
Weiterhin können die Zahlenwerte auch auf der Abdeckhaube aufgetragen sein und
die
Skalenscheiben lediglich z*eigerartige Markierungen tragen. Weiterhin
sind bei Anwendung mehrerer Skalenscheiben auch andersartige getriebliche Verbindungen
zwisehen.diesen Scheiben möglich. Es ist auch möglich, die Scheiben so schwergängig
auszubilden, daß auf eine Rastung verzichtet werden kann, wie sie durch die Rastkerben
43 in der Nabe 42. der Scheibe 34 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen
ist. Aus alle dem ergibt sich, daß speziellen Anwendungszweekan angepaßte Ausführungsforen
der Erfindung nur einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder mehrere in beliebiger
Kombination aufweisen können.