DE2733689C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Impulsen mit einer physikalischen Meßgröße im wesentlichen direkt proportionaler Impulsfolgefrequenz - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Impulsen mit einer physikalischen Meßgröße im wesentlichen direkt proportionaler ImpulsfolgefrequenzInfo
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- DE2733689C3 DE2733689C3 DE19772733689 DE2733689A DE2733689C3 DE 2733689 C3 DE2733689 C3 DE 2733689C3 DE 19772733689 DE19772733689 DE 19772733689 DE 2733689 A DE2733689 A DE 2733689A DE 2733689 C3 DE2733689 C3 DE 2733689C3
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahrcii nach dein
Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.
Bei Meßimpulsgebern, die Meßimpulse mit einer von der Meßgröße im wesentlichen linear abhängigen
Inipulsfolgefrequenz liefern, verläuft die den Zusammenhang zwischen Meßgröße und Impulsfolgefrequenz
angebende und als Gerade vorliegende Mcßkennlinie aufgrund von Reibungs- und sonstigen
physikalischen Einflüssen häufig nicht durch den Nullpunkt des von der Meßgröße und der impulsfolgefrequenz
aufgespannten Koordinatensystems. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten, insbesondere
wenn die Meßimpulse aufaddiert und registriert werden sollen.
Aus DE-OS 2453 136 ist es nun bereits bekannt,
den von einem Meßimpulsgeber gelieferten Meßimpulsen Korrekturimpulse derart zu überlagern, daß
die die Meßgröße in Abhängigkeit von der lmpulsfolgcfrequenz der aus der Überlagerung resultierenden
Impulsfolge darstellenden Funktion im wesentlichen eine Gerade ist, die durch den Ursprung des zwischen
der Meßgröße und der Impulsfolgefrequenz aufgespannten Koordinatensystems verläuft. Die Korrekturimpulsewerden
mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz erzeugt und an eine Torschaltung angelegt, die von den Meßimpulsen jeweils während
einer bestimmten Zeitspanne geöffnet wird. Die von der Torschaltung durchgelassenen Korrekturimpulse
werden mit den Meßimpulsen in einer Überlagerungsschaltung zu einer resultierenden Impulsfolge
zusammengefaßt, deren Impulsfolgefrequenz mit der Meßgröße durch einen konstanten Faktor verknüpft
ist. Damit auch zeitlich nahe beieinanderliegende oder zusammenfallende Meß- und Korrekturimpulse erfaßt
werden können, wird in der Überlagerungsschaltung mit Hilfe von aufwendigen Schaltungsmaßnahmen
für eine Verzögerung und Einreihung der Impulse in eine Warteschlange gesorgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem
bzw. mit der in einfacher Weise sichergestellt isr, daß keine Überlappung von Meß- und Korrekxurimpulsen
auf'ntt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 5 angegebenen
Merkmale.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tritt das Problem der
Trennung von sich zeitlich überlappenden Impulsen überhaupt nicht auf, da die einander überlagerten Impulse
vom gleichen Oszillator erzeugt werden und damit zwangsläufig zeitlich gegeneinander versetzt sind.
Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein typisches Beispiel einer Meßkennlini·!,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung der Korrektur der Meßkennlinie,
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Überlagerung von Meßimpulsen und Korrekturimpulsen,
Fig. 4 ein einfaches Blockschaltbild einer Korrekturschaltung zur Durchführung dos bekannten Verfahrens
nach der DE-OS 2453 136,
Fig. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Überlagerung von Meßimpulsen und Korrekturimpulsen
gemäß zwei alternativen Arbeitsweisen der Schaltung nach F'ig. 4, und
Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgestalteten Ausführungsform.
Anhand von Fig. I werden zunächst die bei den bisher angewendeten Meßverfahren auftretenden
Schwierigkeiten, die in der Einleitung bereits angedeutet worden sind, kurz erläutert. Fig. 1 zeigt die
Kennlinie eines Meßinstrumentes, bei dem der Meßgrößenumformer eine Impulsfolge liefert, wobei die
Frequenz der Impulse linear proportional der Meßgröße ist.
Als Beispiel ist ein Durchflußmengenmesser zum Messen des Durchflußvolumens (/ (mVs) gewählt, in
dem als Meßgrößenuniformer ein Rotor oder eine Kugel vorgesehen ist, deren Drehzahl als Frequenz/Hz
in bekannter Weise erfaßt wird. Als Kennlinie erhält man die in Fig. 1 mit der Bezugszahl A bezeichnete Gerade. Die Gerade /1 beginnt
bei einem unteren Grenzwert /m/l, welcher dem geringsten
Diirchflußvohimcn r/mi i'ntspricht, bei dem
der Meßgrößenumfonner anspricht und das daher in der Praxis noch erfaßt werden kann. Die untere
Grenze des Arbeitsbereiches wird also durch den Wert qmn festgelegt. Die gestrichelt eingezeichnete Verliin-
Ί gerung der Geraden A verläuft nicht durch den KoordinatennuHpunkt,
sondern schneidet aufgrund von verschiedenen Störfaktoren, insbesondere hydraulischen
Verlusten, die Ordinate im Punkt P unterhalb des Koordinatennullpunktes.
i" Es gibt natürlich auch Fälle, in denen in der durch
die Gerade Λ' angedeuteten Weise der Schnittpunkt P' der Kennlinie mit der Ordinate oberhalb des
Koordinatennullpunktes liegt. So weisen nach dem hydrodynamischen Oszillatorprinzip arbeitende
i"> Durchflußmesser, beispielsweise Wirbelkammer-Durchflußmesser,
die keine beweglichen Teile besitzen, eine die Ordinate oberhalb des Koordinatennullpunktes
schneidende Kennlinie auf. Für die vorliegende Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob der
-'» Schnittpunkt oberhalb oder unterhalb des Koordinatennullpunktes
liegt.
Zur Erfassung der Impulse wird nc -maierWeise ein
Addierglied zum Aufsummieren der Impulse verwendet, das bei jedem Impuls jeweils um eine Einheit wei-
r> tergeschaltet wird. Die Frequenz / ist nun nicht direkt
proportional dem Durchflußvolumen q, da die die
Kennlinie darstellende Gerade A nicht durch den Koordinatennullpunkt verläuft. Das Addiergiied oder
der Zähler weist andererseits eine von Null ausgehende Kennlinie auf, da sein Inhalt direkt propoitional
den zugeführten Impulsen ist. Zur Kompensation dieser Proportionalitätsabweichung wird der Addierer
normalerweise so eingestellt, daß er die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Kennlinie B aufweist, de-
ji ren Steigung α so bemessen ist, daß sie die Kennlinie
A des Meßgrößenumformers ungefähr in der Mitte qmed des gewünschten Arbeitsbereiches α,
schneidet. Man erreicht diese Anpassung dadurch, daß man dem Addierer einen Proportionalitttsfaktor
4(i K = tan α gibt. Dabei treten nun offensichtlich zu den
Grenzen des Arbeitsbereiches hin zunehmende Meßfehler auf. Da in vielen Fällen nur geringe Meßfehler
toleriert werden können, muß man zur Vermeidung von allzu großen Meßfehlern den Arbeitsbereich sehr
■r> stark einengen, was natürlich bei der praktischen Anwendung
große Schwierigkeiten bereitet.
Im vorliegenden Fall soll eine vollständige Korrektur
der vom Meßgrößenumformer gelieferten Meßsignale erreicht werden, so daß die Meßsignale nicht
-.ο nur proportional, sondern vielmehr direkt proportional
der Meßgröße sind, ohne daß dabei eine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit in Kauf genommen
zu werden braucht. Mit dieser Korrektur wird also bezweckt, daß die Verlängerung der Kennlinie den
Koordinatennullpunkt schneidet. Erreicht wird diese Korrektur in einfacher Weise dadurch, daß der Meßgrößenumformerfrequenz
eine bestimmte, jedoch einstellbare Korrekturfrequenz überlagert wird, so daß die Kennlinie nach oben verschoben wird und in
Mi ihrer Verlängerung den Koordin^tennullpunkt
schneidet, Dies ist näher in Fig. 2 dargestellt, in dei
die nichtkorrigierte Frequenz des Meßgröß^numformers
durch die Gerade f (entsprechend der Geraden A in Fig. I) dargestellt ist, während die korri-
h·, gierte Frequenz durch die Gerade f%koTt dargestellt ist.
Die zur Frequenz des Meßgrößenumformers addierte konstante Frequenz is! mit fk bezeichnet, und es
gilt:
Innerhalb des in Fig. 2 mit« bezeichneten Arbeitsbereiches,
der sich vom unteren Grenzwert fnm
bis zu einem gewünschten oberen Grenzwert / erstreckt,
ist also die korrigierte Frequenz f kmt direkt
proportional zu q. Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß es ohne Bedeutung ist, ob die
nichtkorrigierte Kennlinie die Ordinate unterhalb oderoberhalbdes Koordinatennullpunktes schneidet.
F;ills die Kennlinie den Koordinatennullpunkt oberhalb
der Kennlinie schneidet, muß die erforderliche Korrekturfrequenz lediglich von der Frequenz des
Meßgrößenumformers subtrahiert werden. Die Korrekturfrequenz wird also jeweils der Frequenz des
Meßgrößenumformers mit entsprechendem Vorzeichen überlagert.
Zur Erzielung der gewünschten Parallelverschie-
Impulsgenerator vorgesehen, der Impulse mit der gewünschten
Korrekturfrequcnz liefert und der mit dem Ausgang des Meßgrößenumformers in Verbindung
sieht. Damit zur Erzielung der gewünschten Parallclverschiebung der Kennlinie des Meßgrößenumformers
eine fehlerfreie Frequenzüberlagerung erfolgt, müssen bestimmte Bedingungen eingehalten werden,
wobei nachstehend die drei wichtigsten Bedingungen erläutert werden. Erstens dürfen keine Korrekturimpulse
gesendet werden, wenn der Meßgrößenumformer keine Impulse liefert, d. h. Korrekturimpulsc
dürfen erst dann gesendet werden, wenn der MeßgrößeiHimformer
einen Impuls geliefert hat. Zweitens dürfen vom Meßgröüenumformer gelieferte Impulse
nicht mit Korrekturimpulsen zusammenfallen, da dann der Addierer nur einen einzigen Impuls registrieren
würde. Es müssen also eventuell vollständig oder teilweise zusammenfallende Impulse so voneinander
getrennt werden, daß der Addierer beide Impulse erfassen kann. Drittens dürfen KorrekHirimpulse
dann nicht mehr gesendet werden, wenn der Meßgrößenumformer anhält oder, falls die Frequenz
des Meßgrößenumformers die untere Grenzfrequenz /,„.„ des Arbeitsbereiches unterschreitet. muU die dann
jedem Meßimpuls überlagerte Anzahl von Korrekturimpulsen auf einen Maximalwert begrenzt werden.
Die Bedingungen werden nun anhand von Fig. 3 näher erläutert. In Fig. 3 sind die Meßimpulse entlang
der Zeitachse a. die Korrekturimpulse entlang der Zeitachse b und die einander überlagerten Impulse
entlang der Zeitachse c dargestellt. Fig. 3 zeigt den Fall, bei dem sinn die Frequenz des Meßumformers
dem unteren Grenzwert nähert, wobei g, der vorletzte
Impuls und g, der letzte Impuls ist, der mit der Frequenz/min
gesendet worden ist. Mit g, ist ein gegebenenfalls später außerhalb des Arbeitsbereiches gesendeter
Impuls bezeichnet. Die Korrekturimpulse kv k,
usw. werden regelmäßig nach einem entsprechend gewählten Zeitintervall gesendet. Entsprechend der
vorstehend erläuterten dritten Bedingung muß die Korrek Uirimpulsfolge nach dem letzten Meßimpuls g,
abgebrochen werden, wobei dieser Abbruch nicht gleichzeitig mit dem Auftreten des Meßimpulses g?.
sondern erst dann erfolgt, nachdem eine bestimmte Anzahl η Korrekturimpulse entsprechend dem Zeitintervall
zwischen den Meßimpulsen g, und g2 gesendet
worden sind. Falls die geringste Meßimpulsfrequenz /m,„ ist. beträgt das maximale Zeitintervall
zvvischen'den Meßimpulsen in diesem Fall ίΜΓ. d. h.
an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches gilt die Beziehung /r,Mi = 1 </„„„. Hat die Korrekturfrequenz
den Wert/j, dann ist die Anzahl η der Korrekturimpulse
während dieses Zcitintervalls gleich /m0I ■ fk oder
fk'fmm· 'n F'8 ·^ 'st c'llri;h c''e unterbrochene senkrechte
Linie S angedeutet, daß nach dem letzten Meßimpuls g, nur noch η Korrekturimpulse gesendet
werden. In Fig. 3 ist entlang der Zeitachse c die unmittelbar vor dem Anhalten des Meßgrößenumforniers
vorliegende korrigierte Impulsfolge dargestellt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen.
daß/„mi im allgemeinen den untersten Punkt des
geradlinigen Teils der Kennlinie des Meßgrößenumformers darstellt. Wie schon angedeutet, werden in
Wirklichkeit in bestimmten Fällen Meßimpulse auch noch mit einer niedrigeren Frequenz als/mm gesendet,
die dann aber in einem außerhalb des Arbeitsbereiches liegenden nichtlinearen Bereich auftreten. Insbesondere
kann bei Durchflußmengenmcssern für Medien mit hoher Viskosität bei Verringerung des
Durchflusses der Meßgrößenumformer Impulse abgeben, welche von der linearen Kennlinie abweichen
und auf dem in Fig. 2 zum Endpunkt f'mn führenden
Kennlinienteil liegen. Im piaktischcn Betrieb wird jcdoch
fmm immer so festgelegt, daß dieser Punkt am
Ende des geradlinigen Teils der Kennlinie liegt. An diesem Prinzip ändert sich auch nichts, wenn eine Frequenzrrultiplikation
erfolgt, d. h. wenn das Ausgangssignal des Meßgrößenumformers mit einem
Faktor u multipliziert wird. Dabei muß auch die Korrekturfrequenz
/j mit dem Faktor u multipliziert werden,
so daß das Verhältnis "=A/„„„ unverändert
bleibt.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer elektronisehen Schaltung zur Durchführung des bekannten
Verfahrens. Der mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Meßgrößenumformer liefert eine Meßimpulsfolge,
deren Frequenz proportional der Meßgröße ist, beispielsweise proportional dem pro Zeiteinheit durch
einen Strömungsmesser fließenden Volumen. Der Ausgang des Meßgrößenumformers 1 ist mit dem
Eingang einer Korrektureinheit 2 und mit dem Steuereingang eines Gauers 3 verbunden. An ucn /.ncilin
Eingang des Gatters 3 ist ein Impulsgenerator 4 zum Erzeugen von Korrekturimpulsen angeschlossen. Die
vier Schaltungskomponenten sind aus Gründen der Vereinfachung als getrennte Einheiten dargestellt,
können jedoch in verschiedener Weise miteinander vereinigt werden, beispielsweise in Form einer einzii
gen integrierten Schaltung.
In Übereinstimmung mit den obigen Darlegungen werden die Meßimpulse vom Meßgrößenumformer 1
und die Korrekturimpulse vom Generator 4 in der Korrektureinheit 2 einander überlagert und gelangen
> dann zu einem nicht näher dargestellten Zähler oder Addierer. Es wird jedoch keine einfache Überlagerung
der Impulse bewirkt, vielmehr sorgt die Korrektureinheit 2 zusammen mit der Gatterschaltung dafür,
daß die oben angegebenen Bedingungen für die Überi lagerung eingehalten werden.
Es soll zunächst auf die »Trennbedingung« eingegangen werden, gemäß der dafür gesorgt werden muß.
daß ein Meßimpuls und ein Korrekturimpuls, selbsl wenn beide gleichzeitig auftreten, nicht zu einem ein-
i zigen Impuls vereinigt dem nachgeschalteten Zählei
oder Addierer zugeführt werden. Die Korrekturschaltung sorgt für eine Trennung der beiden gleichzeitig
auftretenden Impulse und enthält zu dieserr
/weck einen Speicher, in dem gleichzeitig auftretende
Impulse gespeichert und nacheinander ausgegeben werden. Winl gerade ein Impuls ausgegeben, wenn
ein anderer Impuls zur Korrektureinheit fließt, dann wird der neue Impuls im Speicher in eine Warteschlange
eingereiht. Dieser neue Impuls wird erst dann ausgegeben, wenn nach Ausgabe des vorausgehen.,ΐ-.·η
Impulses ein bestimmtes Zeitintervall verstrichen ist. wodurch eine ausreichende Trennung der
Impulse erreicht wird und das Addierwerk mit Sicherheit beide Impulse erfassen kann.
Das Gatter 3 sorgt für die Einhaltung der beiden vei bleibenden Bedingungen, da es die beiden Iinpulslolgcn
so koordiniert, daß Korrekturimpulse nur dann lortlaufcnd übertragen werden, wenn vorher ein
Meßimpuls aufgetreten ist. und andererseits die Anzahl der Korrekturimpulse dann begrenzt wird, wenn
tier Abstand zwischen ilen Meßimpulsen auf einen
Grenze des Meßbereiches liegt. Einerseils läßt nun das (iatter nur dann Korrekturimpulse durch, wenn
es vorher von einem Meßimpuls angesteuert worden ist. Andererseits unterbricht das (iatter die Korreklurimpulsfolge
dann, wenn ein Meßimpuls fehlt, beispielsweise
wenn gemäß Fig. 3 auf den Meßimpuls f·. nicht ein Meßimpuls e, folgt. Sollte jedoch einer
oder mehrere verspätete Meßimpulse folgen, dann läßt das Gatter für jeden solchen später folgenden
Meßimpuls nur eine vorgegebene maximale Anzahl an Korrekturimpulsen durch. Die Steuerung des Gatter
kann entweder auf der Basis einer Zeitmessung oder auf der Basis einer Impulszählung erfolgen.
Bei einem auf Zeitbasis gesteuerten Gatter 3 bewirkt jeder Meßimpuls eine Öffnung des Gatters für
ein bestimmtes maximales Zeitintervall /miIi. das dem
reziproken Wert der unteren Grcnz.frequenz fmm entspricht.
Bei einer über fmm liegenden Meßimpulsfrequenz
bleibt also das Gatter fortlaufend geöffnet.
Die vorstehend erläuterte Situation ist in Fig. 5 dargestellt, in der die Meßimpulse in der Zeile Tt und
die Öffnungsintervalle tmax in der Zeile α dargestellt
sind. Die Korrekturimpulse sind in der Zeile b dargestellt,
wahrend die Ausgangsimpulse der Korrektureinheit in der Zeile
<· dargestellt sind. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Meßimpuls g, das Gatter öffnet,
so daß dieses einen nachfolgenden Korrekturimpuls k, durchläßt. Der nächste Meßimpuls g\ tritt nun beispielsweise
aufgrund eines kurzzeitigen Stillstands des Meßgrößenumformers erst dann auf. nachdem das
Gatter wieder gesperrt ist. Der Meßimpuls g\ öffnet
nun das Gatter wieder, so daß -'.er folgende Korrekturimpuls
A:, wieder durchgelassen wird. Der darauffolgende
Korrekturimpuls k, wird jedoch nicht durchgelassen, da das Gatter bereits wieder gesperrt ist. Es
sei angenommen, daß der Meßimpuls g, überhaupt nicht auftritt.
Fig. 6 zeigt die Arbeitsweise des auf der Basis von Impulszählung gesteuerten Gatters, das fortlaufend
höchstens eine vorbestimmte Anzahl /i von KorrekturimpuI'-Ξη
durchläßt, wobei n=fjfmm ist und im
vorliegenden Fall den Wert 3 hat. Wie in Fig. 5 sind die Meßimpulse in Zeile a, die Korrekturimpulse in
Zeile b und die überlagerten Fmpulse in Zeile c dargestellt.
Der Meßimpuls g, öffnet das Gatter, das daraufhin drei Korrekturimpulse durchläßt, worauf das
Gatter gesperrt wird, wie durch die Linie 5 angedeutet ist, da keine weiteren Meßimpulse auftreten. Sollte
jedoch später noch ein Meßimpuls g. auftreten. löst
dieser wiederum drei Korrekturimpulse aus. wie dies in lig. (i rechts von der Linie S gestrichelt dargestellt
ist. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß sowohl in I- ig. 3 als auch in lig. fi aus Gründen
der Übersichtlichkeit und zum besseren Verständnis die Korrekturfrei|iienz viel höher als die
Meßimpulsfrequenz gewählt worden ist. Tatsächlich liegen jedoch die beiden Frequenzen in der gleichen
Größenordnung, d. h. n~ I. und in manchen Füllen
ist sogar fk kleiner als j .
Im zuletzt beschriebenen Fall erhält man eine Nähertingslösung.
weil die vom Gatter durchgelassene Anzahl von Impulsen delinitionsgemäß gleich /ι = lk
I111n ist und dieser Quotient zur nächsten positiven
ganzen Zahl aufgerundet werden muß. Man kann jedoch ohne große Schwierigkeiten das Gatter so abändern,
daß das Clatter im Durchschnitt eine dem Sollwert η entsprechende Anzahl von Impulsen durch-
f l:ltt<lr
........
zugeordnet, der dafür sorgt, daß das Gatter einmal
eine etwas größere als η und einmal eine etwas kleinere als η Anzahl V bzw. K von Impulsen
durchläßt, so daß die durchschnittliche vom Gatter ilurchgelassene Anzahl an Impulsen nach // konvergiert.
Ein einfaches numerisches Beispiel veideutlich!
dieses Prinzip. Angenommen der Quotient fk fmm,
d. h. die gewünschte Anzahl // von Korrekturimpulsen ist 2.6. Der Wert 2.(i entspricht nun '' . oiler der
ganzen Zahl 2 zuzüglich '.'<. Wenn also das (iatter so
gesteuert wird, daß jeweils im Laufe von fünf aufeinanderfolgenden
Öffnungsintervallen während drei Intervallen jeweils drei Korrekturimpulse und während
zwei Intervallen jeweils nur zwei Korrekturimpulse hindurchgelassen werden, dann beträgt der Durchschnittswert
für eine längere Folge von Meßimpulsen offensichtlich 2.d.
Anhand von Fig. 7 wird nun eine Schaltung erläutert,
welche die drei oben angeführten L'berlagerungsbedingungen
erfüllt. Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 7 unterscheidet sich von der Aibeitsweise
der Schaltung nach F-"ig. 4. da die Schaltung
nach Fig. 7 aus in integrierter Schaltung ausgcluhrten
Standardkomponenten aufgebaut ist. Bei der Schaltung nach Fig. 7 werden die Meßimpulse nicht unmittelbar
den Korrekturimpulsen überlagert, vielmehr werden durch die Meßimpulse sekundäre Meßimpulse
ausgelöst, die von der gleichen Impulsquelle stammen,
die auch die Korrekturimpulse liefert. Die sekundären Meßimpulse und die Korrekturimpulse werden addiert
und in der nachstehend erläuterten Weise zu eilem
korrigierten Ausgangssi'.nal verarbeitet.
Der in Fig. 7 dargestellte Meßwcrtumformer 60. bei dem es sich beispielsweise um einen Durchflußmesser
der obengenannten Art handelt, liefert ein Analogsigna!, das in geeigneter Weise verstärkt und
in ein impulsförmiges Signal umgesetzt wild, das auf
der Ausgangsleitung 62 auftritt. Mit dem auf der Ausgangsleitung 62 auftretenden Signal wird dann ein sogenannter
Stoßgenerator 64 beaufschlagt, der die Eigenschaft hat. daß er nach Empfang eines Eingangsimpulses jeweils eine Impulsserie, beispielsweise zehn
Impulse, liefert. Der Generator 64 erhält die Impulse für eine solche Impuisserie von einem Impulsgeber
66, der von einem Kristalloszillator 68 gespeist wird,
weicher eine hohe Basisfrequenz von beispielsweise
1 MHz liefert. Der Impulsgeber 66 hat die Eigenschaft, daß er erstens die Frequenz der vom Oszillator
68 cnipfiingcncn Impulse tmlersetzt, beispielsweise
um den Faktor K), und zweitens an eine Reihe von
Ausgangsklemmen Impulsfolgen mit der verringerten PrCi]IiCiI/ liefert, wobei die Impulsfolge zeitlich
zueinander versetzt sind. Von einer Ausgangskleninie
des Inipulsgebers 66 wiril über die Leitung 70 eine
Impulsfolge, die im vorliegenden Fall eine Frequenz von IOD kflz f·at. dem Stoßgenerator 64 zum Zerhakken
zugeführ;. Der Stoßgenerator 64 liefert also jeweils beim Empfang eines Meßimpulses an die Ausgangsleitung
72 eine Impulssei ic, die im vorliegenden Heispiel ID Impulse umfaßt, wobei die Impulse innerhalb
der Serie eine Frequenz von 100 kHz aufweisen. Die Impulsserie wird über die Ausgangsleitung 72 einem
ODER-Glied 74 zugeführt.
Von einer anderen Ausgangsklenime des Impulsgebers
66 wird über die Leitung 76 eine andere Impulsfolge abgenommen, die ebenfalls eine Frequenz
von IOD kHz aufweist, jedoch zeitlich gegenüber der über die Leitung 70 abgenommenen Impulsfolge versetzt
ist. Die über die Leitung 76 abgenommene Impulsfolge wird zur Erzeugung der erforderliehen Korrektursignale
verwendet. Zur Erzeugung der Korrektur.ignalc wurden oben anhand von Fig. 5 und fi zwei
Ciatteranordnungen erläutert, von denen die eine auf
Zeitbasis und die andere auf Zählbasis arbeitet. Hei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird die über die
Leitung 76 abgenommene Impulsfolge einem UND-Glied 78 zugeführt, das in Abhängigkeit von den auf
der Leitung 62 auftretenden Meßimpulsen geöffnet wird, da die Meßimpulse nicht nur dem Stoßgenerator
64. sondern auch einem monostabilcn Flip-Flop 80 zugeführt werden, das nach jedem Meßimpuls das
UND-Glied 78 für eine vorgegebene Zeitspanne zum Durchlaß der auf tier Leitung 76 anliegenden Impulsfolge
öffnet. Das monostabile Flip-Flop 80 sorgt dafür, daß die erste und dritte der obenerwähnten drei
bedingungen erfüllt wird, d. h. keine Korrekturimpulse erzeugt werden, bevor nicht ein Meßimpuls aufgetreten
ist. und die Korrcktiirimpulsc nicht mehr weiter unbegrenzt auftreten können. nachum; keine
Meßimpulse mehr erzeugt werden.
1>MC VlMII L'N |5-VIIICU tO Ulli LUgCIUSNCMC IMI|)UI>-
folge gelangt zu einem Frequenzteiler 82, der die Frequenz
der Impulsfolge verringert, im vorliegenden Falle um den Faktor 100 untersetzt, so daß die auf
der Leitung 84 auftretende Impulsfolge eine Frequenz von I kHz aufweist. Die Leitung 84 führt zum Eingang
eines Multipliziergliedes 86, an dem in bekannter Weise mit Hilfe von dekadischen Zifierrädern ein die
gewünschte Frequenz, gewährleistender Multiplikator eingestellt werden kann. Die auf der Ausgangsleitung
88 des Multipliziergliedes 84 auftretenden Impulse, deren Frequenz beispielsweise Ii) fk beträgt, werden
dem ODER-Glied 74 zugeführt und dort zu den in Abhängigkeit von den Meßimpulsen vom Stoßgencrator
64 erzeugten Impulsserien addiert.
In der verstehend erläuterten Weise erhält man also
eine der Summe fg + fk entsprechende korrigierte
Meßimpulsfrequenz^j,,,,, wobei/, so einzustellen ist,
daß :n der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise die fgknrr darstellende
Gerade den Koordinatennullpunkt schneidet. Der dem jeweiligen Meßgerät angepaßte Wert
von fk wird am Multiplizierglied 86 unter Berücksichtigung
der Tatsache eingestellt, daß die auf der Leitung 72 auftretenden Impulse den Wert 10 f repräsentieren.
Die auf der Ausgangsleitung 30 des ODER-Gliedes 74 auftretende Signalkombination ist
Die zweite /i,r Korrektur der Meßimpulse erforderliche
Bedingung, dsiß nämlich die Meßimpulse und
die Korrekturiiiipulse immer so voneinander getrennt
sein müssen, daß sie beim Addieren nicht zusammenfallen,
wird bei der Schaltung nach Fig. 7 automatisch dadurch gewährleistet, daß die Meßimpulse oder vielmehr
die von den Meßimpulsen abhängigen Impulse und die Korrekturiiiipulse von der gleichen Quelle
stammen, nämlich vom Hochfrequenzoszillator 68. dessen Impulse in gleiche, jedoch zeitlich versetzte
Impulsfolgen aufgeteilt werden, von denen jeweils zwei zur Erzeugung der sekundären Meßimpulse bzw.
Korrekturimpulse verwendet werden.
Die am Ausgang 90 des ODER-Gliedes 74 auftretenden überlagerten Impulse werden einem weiteren
Miiltiplizierglied 92 zugeführt, an dem zu Anpas-Mingszweckcn
ein Dimensionsfaktor K als Multiplikator einstellbar ist, so daß die am Ausgang 94 lies
Multipliz.iergliedes 92 auftretenden Impulse eine solche Frequenz K ■ IO(/, +Λ ) aufweisen, daß jeder zur
Zählung vorgesehene Impuls genau der gewünschten Meßeinheit, beispielsweise einer Durehflußmenge
von I 1 pro Minute entspricht. Da die Impulse nahe beieinanderliegen können (obwohl sie niemals zusammenfallen,
weil der Mindestimpulsabstand stets eine Mikrosekunde im Hinblick auf die Frequenz der
gemeinsamen Impulsquelle 11 MHz| ist), sind manche Zähler, insbesondere elektromechanische Zähler,
zum Zählen der Impulse nicht geeignet, so daß die am Ausgang 94 des Multipliz.iergliedes 92 auftretenden
Impulse einem Impulsformer 96 zugeführt werden, in dem einerseits das Zeitintervall zwischen ankommenden
Impulsen und andererseits die Breite der Impulse selbst ohne Veränderung ihrer Gesamtzahl
gestreckt werden kann. Ein derartiger Streckeffekt ist mit Hilfe eines Aufwärts-Abwärts-Zählverfahsens
möglich und der Impulsformer 96 basiert daher auf einem bekannten Aufwärts-Abwärts-Zähler. Der
Ausgang des Impulsformer 96 steht über eine Leitung 98 mit dem Eingang einer Zählertreiberstufe 100
in Verbindung. Die auf der Leitung 98 auftretenden mifniisc 'ocMizcii einen solchen Anstand sowie eine
solche Dauer, daß sie ohne Schwierigkeiten von einem mechanischen Zähler 102 oder einem elektronischen
Zähler 104 erfaßt werden können.
Bei der Schaltung nach Fig. 7 wird die Frequenz des Korrcktursignals in spezieller Weise modifiziert,
beispielsweise durch den Impulsgeber 66 und durch den Frequenzteiler 82. und es ist weiterhin eine gemeinsame
Impulsqucllc mit einer F'requenz von I MHz. vorgesehen.
Ein großer Vorteil der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 besteht darin, daß die Korrekturimpulsfrequenz
in einfacher Weise durch Kompensation der verschiedenen den Meßwert beeinflussenden Störgrößen
modifiziert werden kann. Bei Durchflußmessern beispielsweise bewirken Temperaturschwankungen
entsprechende Schwankungen der Viskosität des Strömungsmediums, und dadurch bedingte Meßfehler
können korrigiert werden, indem die Frequenz der Korrekturimpulse in Abhängigkeit von der Temperatur
geändert wird, was automatisch erfolgen kann. Weiterhin kann die Frequenz im Hinblick auf Herstellungstoleranzen
zwischen verschiedenen Meßgrößenumformern so modifiziert werden, daß bei jedem einzelnen
Instrument optimale Genauigkeit erreicht wird.
Flicrzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Erzeugen von Impulsen mit einer physikalischen Meßgröße im wesentlichen
direkt proportionaler Impulsfolgefrequenz, bei dem
a) Meßimpulse einer von der Meßgröße im wesentlichen linear abhängigen Impulsfolgefrequenz
erzeugt werden,
b) Korrekturimpulsc einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz
erzeugt werden,
c) jeweils nach einem Meßimpuls auftretende ausgewählte Korrekturimpulse mit Impulsen
einer von der Meßgröße im wesentlichen linear abhängigen Impulsfolgefrequenz derart
überlagert werden, daß die resultierende Impulsfolge eine mit der Meßgröße über einen
konstanten Faktor verknüpfte Impulsfolgcf/equenz
hat, nach Patent 24 53 136, dadurch gekennzeichnet, daß
d) Basisimpulse vorgegebener Impulsfolgefrequenz erzeugt werden,
e) die Korrekturimpulse sowie zeitlich gegen diese versetzte Hilfsimpulse vorgegebener
Impulsfolgefrequenz aus den Basisimpulsen abgeleitet werden,
f) die mit den Korrekturimpulsen überlagerten Impulse aus jeweils einer Zahl von jeweils
nach einem Meßimpuls auftretenden Hilfsimpuken
gebildet werden.
2. Verfahren nach Ansi-ruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die maximale Zahl der jeweils nach einem Meßimpuls zur überlagerung ausgewählten
Korrekturimpulse auf die Anzahl der während des maximal zulässigen Meßimpulsabstandes
erzeugten Korrekturimpulse beschränkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der nach einem
Meßimpuls ausgewählten Korrekturimpulse in zufälliger Weise jeweils aus zwei möglichen Weiten
derart ausgewählt wird, daß der Durchschnittswert der Zahl der pro Meßimpuls ausgewählten
Korrekturimpulse konstant ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse
der resultierenden Impulsfolge vor einer Addition bezüglich ihrer Dauer sowie ihres Abstandes
gestreckt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit
a) einem Meßimpulsgeber zur Erzeugung von Meßimpulsen mit einer von der Meßgröße
im wesentlichen linear abhängigen Impulsfolgefrequenz,
b) einem Korrekturimpulsgeber zur Erzeugung von Korrekturimpulen einer vorgegebenen
Impulsfolgefrequenz,
c) einer von den Meßimpulsen jeweils während einer bestimmten Zeitspanne für die Korrekturimpulsc
geöffneten Torschaltung,
d) einer Übcrlagcrungsschaltung zur Zusammenfassung der von der Torschaltung diirchgelassenen
Korrekturimpulse sowie von hinsichtlich der Impulsfolgefrcquenz mit der
Meßgröße im wesentlichen linear zusammenhängenden Impulsen zu einer resultierenden
Impulsfolge, deren Impulsfolgefrequenz der mit einem konstanten Faktor multiplizierten Meßgröße gleich ist, nach
ι Patent 24 53 136, dadurch gekennzeichnet,
daß
e) ein Basisoszillator (68) zur Erzeugung von Basisimpulsen vorgegebener Impulsfolgefrequenz
vorgesehen ist,
in f) der Korrekturimpulsgeber eine von dem Ba
sisoszillator (68) gespeiste Impuisverarbeitungsschaltung
(66) zur Erzeugung der Korrekturimpulse aus den Basisimpulsen aufweist,
r. g) die Impulsverarbeitungsschaltung (66)
außerdem zur Ableitung von zeitlich gegen die Korrekturimpulse versetzten Hilfsimpulsen
vorgegebener Impulsfolgefrequenz aus den Basisimpulsen ausgebildet ist,
in h) ein von den Hilfsimpulsen beaufschlagter
Schaltkreis (64) zur Weiterleitung einer bestimmten Zahl von Hilfsimpulsen an die
Überlagerungsschaltung (74) jeweils bei Auftreten eines Meßimpulses vorgesehen ist.
r>
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Öffnungszeit der Torschaltung (80, 78) entsprechend dem maximal zulässigen
Abstand der Meßimpulse bemessen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, daiii
durch gekennzeichnet, daß die Torschaltung eine
von den Meßimpulsen beaufschlagte monostabile Kippschaltung (80) und ein einerseits an deren
Ausgang sowie andererseits an die Impulsverarbeitungsschaltung (66) angeschlossenes UND-r>
Glied (78) umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen UND-Glied (78) und
Uberlagerungsschaltung (74) eine Frequenzumsetzerschaltung (82, 86) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Ansptrucb 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Überlagerungsschaltung (74) ein Multiplizierglied (92) und ein Impulsformer
(96) nachgeschaltet sind.
Applications Claiming Priority (1)
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US05/709,432 US4061030A (en) | 1973-11-09 | 1976-07-28 | Method and device for correcting the output signal from a digital transducer for measuring a physical magnitude or variable |
Publications (3)
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DE2733689C3 true DE2733689C3 (de) | 1980-10-09 |
Family
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FR (1) | FR2360214A2 (de) |
GB (1) | GB1589884A (de) |
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DE3713956A1 (de) * | 1987-04-25 | 1988-11-03 | Horst Dipl Phys Prof D Ziegler | Fuehleinheit |
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AT316161B (de) * | 1972-07-17 | 1974-06-25 | Pletscher Geb | Ofen zum Schmelzen oder Warmhalten von Metallen |
SE377612B (de) * | 1973-11-09 | 1975-07-14 | T L B Greverus |
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