DE2453720A1

DE2453720A1 - Vorrichtung zur selbsttaetigen driftkorrektur eines messgeraetes

Info

Publication number: DE2453720A1
Application number: DE19742453720
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Dipl Ing Goeldner
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1976-05-20
Also published as: FR2291480B1; US4032856A; NL7512874A; FR2291480A1; JPS5172388A; GB1523735A

Description

HARTMANN & BRAUN 6 Frankfurt (Main), d. 11.11.1974-

Aktiengesellschaft Gräfstraße 97 /

Vorrichtung zur selbsttätigen Driftkorrektur eines Meßgerätes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur selbsttätigen Driftkorrektur eines Meßgerätes, insbesondere eines Analysengerätes, mit einer an den Signalausgang des Gerätes angeschalteten Verstärkeranordnung, einer Programmsteuereinrichtung, welcher nacheinander die Zuführung zweier Eontrollmedien zum Analysengerät entsprechend einem Meßwert am Meßbereichsanfang ("Anfangspunkt") und einem in der Nähe des Meßbereichsendpunktes ("Endpunkt") bewirkt, sowie mit elektrischen Vergleichs- und Einstellvorrichtungen, welche bei Zuführung des Kontrollmediums für den Anfangspunkt ein dem Sollwertausgangssignal der Verstärkeranordnung entsprechendes vorgegebenes Signal mit dem Istausgangssignal der Verstärkeranordnung vergleichen und deren Eingang bis zur Übereinstimmung beider Signale ein Korrektursignal zuführen und anschließend bei Zuführung des Kontrollmediums für den Endpunkt ein dem Sollwertausgangssignal der Verstärkeranordnung entsprechendes vorgegebenes Signal mit dem Istausgangssignal der Verstärkeranordnung vergleichen, um dfirch Einstellen eines Widerstandselementes den Verstärkungs-

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grad der Verstärkeranordnung so zubeeinflußen, bis diese beiden Signale übereinstimmen.

In der DT - OS 1.965*804 wird eine Vorrichtung dieser Art beschrieben, bei der die beiden Einstellvorgänge nur dann voneinander unabhängig sind, wenn der exakte. Nullpunkt mit einem entsprechendem Kontrollmedium zur Korrektur herangezogen wird. Häufig wird aber die Bedingung gestellt, daß die Kontrollmedien nicht genau dem Meßwert Null und dem Endmeßwert entsprechen, sondern Meßwerten innerhalb des Meßbereiches nahe dem Nullwert und dem Endwert. Bei Verwendung solcher Kontrollmedien können gr6ssere Änderungen der Signalcharakteristik eines Analysengerätes mit Hilfe der bekannten Schaltungsanordnung nur dann ausreichend korrigiert werden, wenn die beiden Einstellvorgänge mehrfach wiederholt werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die bekannte Schaltungsanordnung so abzuändern, daß auch bei Zuführung eines Kontrollmediums, das nicht dem Nullpunkt des Meßbereiches entspricht, die beiden Einstellvorgänge voneinander unabhängig sind, so daß damit die Korrektur der Signalcharakteristik bereits vollzogen ist, wobei dieses Ziel mit möglichst wenig zusätzlichen Hilfsmitteln erreicht werden soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge-

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löst, daß das dem Sollwert-Ausgangssignal der Verstärkeranordnung entsprechende Signal für den Anfangspunkt dauernd so in die aus wenigstens einem Differenzverstärker bestehende Verstärker—· anordnung eingeführt ist, daß bei gleichzeitiger Anzeige des Sollwertausgangssignals das zur Verstärkungseinstellung für den Endpunkt vorgesehene Widerstandselement spannungslos ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer aus nur einem

Differenzverstärker bestehenden Verstärkeranordnung Fig. 2 ein Beispiel einer Verstärkeranordnung mit drei Differenzverstärkern.

In Fig. Λ ist mit G ein Gasanalysengerät bezeichnet, dem das Betriebsgas B über die Leitung Zugeführt wird. An den elektrischen Ausgang des Analysengerätes ist eine Verstärkerschaltung mit einem Differenzverstärker D angeschlossen' mit den Eingangswiderständen R« und R^ und dem Gegenkopplungswiderstand R^· Der Ausgangsstrom des Verstärkers, der das Anzeigeinstrüment A und den Widerstand R. durchfließt, ist proportional dem Ausgangsstrom I_E des Analysators und ein

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Maß für den zu messenden Gasbestandteil im Betriebsgas. In dem Eingangskreis des Verstärkers D ist außerdem eine variable Spannungsquelle Uq und eine konstante Spannungsquelle Uq_S eingeschaltet, die wie der Widerstand R. mit einem Pol mit Masse verbunden ist.

Die Spannung U_oq entspricht der Sollwertspannung U. am Widerstand R. für den Fall, daß dem Analysengerät das Kontrollgas für den Anfangswert zugeführt wird, während die Spannung einer weiteren, müt einem Pol an Masse geführten konstanten Spannungsquelle U™ der Sollrert-Spannung am Widerstand R. der Verstärkerschaltung bei Zuführung des Kontrollgases für den Endpunkt entspricht.

Durch Einstellen der veränderlichen Spannungsquelle Uq und des Gegenkopplungswiderstandes Rp wird bei einer Änderung der Signalcharakteristik des Analysengerätes nach Zuführung des Kontrollgases für den Anfangspunkt bzw. das entsprechende Ausgangssignal der Verstärkeranordnung und damit die Anzeige des Meßinstrumentes A auf den jeweiligen Sollwert zurückgeführt.

Die beiden Einstellvorgänge werden in bekannter Weise selbsttätig mit Hilfe einer Programmsteuereinrichtung P, Mehrwegmagnetventilen M^, und Mp in der Gaszuleitung des Analysengerätes, sowie Komparatoren K^ und Kp und Einstellvorrichtungen E^j und Ep für die Spannungsquellen und den

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Gegenkopplungswiderstand R₂ vorgenommen. Zunächst bewirkt die Programmsteuereinrichtung, daß die Magnetventile die Zuführung des Betriebsgases B zum Analysator abschalten und das Kontrollgas N für den Anfangswert zuströmt. Anschließend wird der Schalter S^, geschlossen. Dadurch ist der Ausgang des Kompa rators IC₁ der die Spannung U mit der

GB

Spannung U. am Widerstand R. vergleicht,mit der Einstellvorrichtung E^ verbunden. Die Spannung Uq wird durch die Einstellvorrichtung so eingestellt, daß die Spannung U^ mit der Spannung Uqq übereinstimmt. Daraus folgt, daß nunmehr der Widerstand Rp spannungslos ist, da die Spannungsabgriffe des Komperators an Uq_S und R. gleiches Potential haben und die Eingangs spannung des DifferenzvepstarTi-evs ^ vernachlässigbar ist. Eine Änderung des Gegenkopplungswiderstandes wäre jetzt ohne Einfluß auf das Ausgangssignal des Verstärkers, so daß die nachfolgende Endpunkteinstellung mit Hilfe des Endpunktgases die Anfangspunkteinstellung nicht mehr beeinflußen kann. Nach diesem Anfangspunktabgleich wird durch die Programmsteuereinrichtung über die Magnetventile das Endpunktgas dem Analysator zugeführt, der Schalter S^j zuvor geöffnet und durch Schließen des Schalters Sp der Ausgang des zweiten Komparators Kp mit der Einstellvorrichtung Epfür den Gegenkopplungswiderstand R verbunden. Die Einstel!vorrichtung E~ stellt den Gegenkopplungswider st and Rp und damit den Verstärkungsfaktor des Verstärkers so ein, daß U. mit U-p,_g übereinstimmt. Die Programmsteuereinrichtung öffnet anschließend wieder den Schalter Sp

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und leitet durch entsprechende Steuerung der Magnetventile wieder das Betriebsgas in den Analysator zur Fortführung der gasanalytischen Messung.

Die Beziehung zwischen Ein- und Ausgangssignal läßt sich nach Fig. 1 wie folgt rechnerisch darstellen:

^U1 - ^U0S ^{+ (U}E - V ^K' ^K = T~

R₁

Nach dem Anfangspunktabgleich gilt wie oben bereits beschrieben: U_n = U_oq

d.h. es ist auch U„ = U₀ und damit die Größe von K bzw. Rp ohne Einfluß auf diesen Abgleich. Der Endpunktabgleich ist ebenfalls anhand obiger Gleichung zu beschreiben. Bei gegebenem Istwert von U-g wird der Sollwert U. = U-r,q über die Veränderung von K bzw. R₀ nachgestellt.

x». x!iO ei.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit drei Differenzverstärkern als Variante zur Verstärkerschaltung der Fig. 1. Soweit im Aufbau und der Funktion Übereinstimmung besteht, sind die gleichen Bezugszeichen und Symbole wie in Fig. 1 benutzt. Bei dieser Schaltungsanordnung erfolgt die Korrektur für den Anfangswert mit Hilfe des veränderten Widerstandes R₁₃, im Eingangskreis des Differenzverstärkers D₁, der an eine KonstantSpannungsquelle U^ angeschlossen ist. Dazu ist die Sollwertvergleichsspannung U₀O für den Anfangswert deH Eingängen der Differenzverstärker Dp und D-, zugeführt. Der Komparator K₁ vergleicht

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wiederum die Ausgangsspannung U. mit Uq_S und bewirkt über die Einstellvorrichtung E^ die Verstellung des Widerstandes R"^", bis zur Übereinstimmung beider Spannungen. Unter Vernachlässigungen der Eingangsdifferenzspannungen und der Eingangsströme der im Eingang hochohmigen Differenzverstärker Dp und D7 sind die Widerstände R^p, R^-i» Rpp und Ή.2-Ζ nach der Anfangswert korrektur strom- und spannungslos. Hit U^ = Uqo - U^ ist das Einstellelement Rp-, für den Verstärkungsgrad damit wiederum ohne Einfluß auf die Anfangswertkorrektur. Zur Korrektur des Endwertes nach Zuführung des Endpunktgases dient dieser veränderliche Widerstand Rp,

im Eingangskreis des Differenzverstärkers Dp wobei die gleichen Mittel wie bei der Verstärkerschaltung nach Fig. Λ benutzt sind.

Rechnerisch ergibt sich auch hier der schon bezüglich der-Figur 1 erwähnte Zusammenhang. Es gilt:

^ua = ^uos ⁺ <^ue-V "*■';

R₂₃ ^R13

Der Anfangspunktabgleich ergibt sich durch die Veränderung von U₀ bzw. Ry,-, zur Einstellung von TJ^ = Uq_S und der Endpunktabgleich'durch Veränderung von E' bzw. R₂^ für die Einstellung von U^ =

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Nach erfolgtem Abgleich und Umschaltung auf Betriebsgas folgt U. bei veränderlichem U-g aus obiger Gleichung mit den neuen Konstanten Uq und K'.

Durch die dreistufige Anordnung ergeben sich schaltungstechnische Vorteile insofern, als gleichartige Baugruppen für Anfangswert- und Endwert-Abgleich (D_x, mit R^ -, und R^p. Dp mit Rp^ und Rpp) mit gleicher Eingangspolarität U^ und U^i verwendet werden können, sowie die Signalspannungen U-p,U^ und die Konstant- bzw. Hilfsspannungen auf Versorgungspotential Null gelegt werden können, wodurch für die letzteren aufgrund der gleichen Polaritäts richtung die Ableitung von nur einer Konstantspannungsquelle möglich ist.

Zum Abgleich der Widerstände R^, und Rp, können außer elektromechanischen Einstellvorrichtungen mit Servomotoren auch Schalteinrichtungen gemäß der DT-OS 1965 804 vorgesehen werden, welche den Abgleich der Widerstände R„._ und Rp₂. durch Paralelischalten von Pestwiderständen mit Hilfe von Zählern und Transistorschaltern vornehmen.

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Claims

Patentansprüche

.·!Vorrichtung zur selbsttätigen Driftkorrektur eines Meßgerätes, insbesondere eines Analysengerätes, mit einer an den Signalaulsgang des Gerätes angeschalteten Verstärkeranordnung, einer Programmsteuereinrichtung welche nacheinander die Zuführung zweier Kontrollmedien zum Analysengerät entsprechend einem Meßwert am Fjeßbereichanfang ("Anfangspunkt") und einem in der Nähe des .^pi Meßbereichendes ("Endpunkt ") bewirkt, sowie mit elektrischen Vergleichs-und Einstellvorrichtungen, welche bei Zuführung des Kontrollmediums für den Anfangspunkt ein dem Sollwert-

vörgegebenes ausgangssignal der Verstarkeranordnung entsprechendes Signal mit dem I&tausgangssignal der Verstärkeranordnung vergleichen und deren Eingang bis zur Übereinstimmung beider Signale ein Korrektursignal zuführen und anschließend bei Zuführung des Kontrollmediums für den Endpunkt ein dem Sollwertausgangssignal der Verstärkeranordnung entsprechendes Signal, mit dem Istausganngssignal der Verstärkeranordnung vergleichen, um durch Einstellung eines Widerstandselementes den Verstärkungsgrad der Verstarkeranordnung so zu beeinflussen, bis diese beiden Signale übereinstimmen, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Sollwertausgangssignal der Verstarkeranordnung entsprechende Signal (Uqo) für den-Anfangspunkt dauernd so in die aus wenigstens einem Differenzverstärker bestehende Verstarkeranordnung eingeführt ist, daß bei gleich-

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zeitiger Anzeige des Sollwertausgangssignals das zur Verstärkungseinstellung für den Endpunkt vorgesehene einstellbare Widerstandselement (Rp; Rp^) spannungslos ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung aus drei hintereinandergeschalteten Dif;ferenzverstärkern (D^, Dp, L₂.) besteht, wobei in den Eingang des ersten Verstärkers (D^) das Korrektursignal für den Anfangspunkt und in den Eingang der beiden anderen Verstärker das Sollwertausgangssignal für den Anfangspunkt eingeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die SpannungsquelleCU^) für das Korrektursignal des Anfangspunktes und die Sollspannungen für den Anfangs- und Endpunktabgleich (UqO₁U-P₀) die gleiche Polarität besitzen und diese mit dem Eingangssignal (U ) und der vom Ausgangssignal (U.) abgeleiteten

A-

Vergleichsspannuig in einem Punkt zusammengefaßt sind.

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L e e r s e i t e