DE2841583C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur auto­ matischen Korrektur des Nullpunktes und/oder der Emp­ findlichkeit von Meßumformern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Aus­ übung eines derartigen Verfahrens ist in der DE-OS 26 12 399 beschrieben.

Kontrollen, nach denen der Nullpunkt und/oder die Emp­ findlichkeit eines Meßumformers nachgestellt wird, sind beispielsweise bei Digitalvoltmetern oder den Auswäge­ einrichtungen von elektrischen Waagen bekannt. Es ist auch bekannt, derartige Kontrollen automatisch durchzu­ führen. Eine automatische Kontrolle ist auf einen Anre­ gungsvorgang angewiesen, der vom Meßumformer oder einer Zusatzeinrichtung erzeugt wird. Es wäre denkbar, vom Nichtvorliegen eines Eingangssignals am Meßumformer ei­ nen Kontrollzyklus einleiten zu lassen. Bei vielen Pro­ zessen tritt dieser Zustand jedoch so selten auf, daß der Meßumformer in der Zwischenzeit unkontrollierten Nullpunkts- oder Empfindlichkeitsänderungen unterliegen kann. Beim Gegenstand der obengenannten deutschen Of­ fenlegungsschrift ist eine periodische Anregung der Kontrolle vorgesehen. Sie erfolgt über eine Logikschal­ tung. Die Dauer einer Periode soll dabei größenordnungs­ mäßig eine Zehntel Sekunde betragen.

Periodische Kontrollen führen jedoch, wie sich heraus­ gestellt hat, insbesondere bei dynamisch verlaufenden Meßwerten, zu unkontrollierbaren Fehlern, die, wenn überhaupt, nur durch Integration des Ausgangssignals des Meßumformers über verhältnismäßig lange Zeiten wie­ der aus dem Meßergebnis entfernt werden können. Zusätz­ liche Fehler können durch die periodische Kontrolle bei Meßumformern entstehen, deren Meßwertgeber Dehnungsmeß­ streifengeber sind, die von einer Speisequelle gespeist werden. Um den Nullpunkt dieser Geber mitzukontrollie­ ren, ist es oft erforderlich, während der Kontrolle die Speisequelle abzuschalten. Dadurch kühlen die Dehnungs­ meßstreifen ab. Beim Wiedereinschalten entstehen des­ halb zusätzliche Fehler, die sich dem Meßwert überla­ gern.

Aus der US-PS 40 44 846 ist ein Verfahren zur Korrektur des Tara­ wertes einer Waage bekannt, bei dem jeweils vor dem eigentlichen Meß­ prozeß ein Nullpunkt des Tarawertes in den meisten Fällen durch­ geführt wird. Eine automatische Korrektur mit einem vorgebbaren Referenzzustand ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, bei dem ein­ gangs genannten Verfahren ein Kriterium anzugeben, das zur Einleitung einer automatischen Kontrolle dienen kann, ohne daß zusätzliche Meßfehler entstehen. Außerdem soll eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des eingangs angegebenen Verfahrens angegeben werden.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Die periodische Kontrolle mit ihrem Abtastcharakter und die dadurch verursachten statistischen Fehler entfallen somit bei dem neuen Verfahren.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 wird durch den Gegenstand des Anspruchs 2 angegeben, mit mindestens einem automatisch ge­ steuerten Schaltglied zum Anlegen eines Referenzwertes an den Eingang des Meßumformers und mindestens einem automatisch gesteuerten weiteren Schaltglied zur Betä­ tigung eines einen Ausgang des Meßumformers mit einem der Nachstellung des Nullpunktes und/oder der Empfind­ lichkeit des Meßumformers dienenden Stelleingang ver­ bindenden Korrekturgliedes, ist zweckmäßig dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltglieder in Steuerverbindung mit dem Ausgang eines mit seinem Eingang am Ausgang des Meßumformers liegenden Meßwertänderungsdiskriminators stehen.

Bei einem nach der Ausschlagmethode arbeitenden Meßum­ former ist als Meßwertänderungsdiskriminator zweckmäßig ein Differentiationsdiskriminator vorgesehen.

Bei einem Meßumformer mit digitaler Meßwertausgabe ist der Meßwertänderungsdiskriminator vorteilhaft als Dif­ ferenzbildner ausgestaltet.

Bei einem Meßumformer, der in seinem Signalweg einen Spannungs-Frequenz-Wandler aufweist, kann der Eingang des Meßwertänderungsdiskriminators an dessen Ausgang angeschlossen sein.

Bei einem derartigen Meßumformer bildet zweckmäßig die Änderung des zeitlichen Abstandes aufeinanderfolgender Impulse des Spannungs-Frequenz-Wandlers das Diskrimina­ tionskriterium.

Meßumformer, die innerhalb ihres Signalweges einen Span­ nungs-Frequenz-Wandler aufweisen, können sowohl für Messungen nach der Ausschlag- als auch nach einer Nach­ laufmethode verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung mit fünf Fi­ guren verdeutlicht. Die Figuren stellen als zum Teil stark schematisierte Blockschaltbilder jeweils ein an­ deres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ge­ zeigt, das nach der sogenannten Ausschlagmethode arbei­ tet. Das Ausgangssignal eines Meßwertgebers G wird dem Eingang E eines Meßumformers MU zugeführt. Am Ausgang A des Meßumformers MU liegt sowohl der Eingang eines Meß­ wertänderungsdiskriminators DI als auch der Eingang ei­ nes Korrekturgliedes KG. Der Ausgang des Korrekturglie­ des ist mit dem Eingang E des Meßumformers MU verbunden. An den Ausgang A des Meßumformers MU ist außerdem eine nicht dargestellte Anzeigeeinheit anschließbar. Ein Aus­ gang des Meßwertänderungsdiskriminators DI ist mit einem Steuereingang des Korrekturgliedes KG und mit einer nicht dargestellten Einrichtung verbunden, die es ge­ stattet, am Eingang E des Meßumformers oder schon inner­ halb des Meßwertgebers G einen Referenzzustand herzu­ stellen. Dies kann beispielsweise ein Schalter sein, der den Eingang E des Meßumformers MU an Nullpotential legt oder den Meßwertgeber G, der beispielsweise als Dehnungsmeßstreifenbrücke ausgebildet ist, von seiner Speisespannungsversorgung abtrennt oder auch einen Teil der physikalischen Meßgröße simuliert (z. B. auch Meß­ größe Null). Wie ersichtlich, wird das Korrektursignal beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in kompensatori­ scher Weise vom Ausgang A des Meßumformers MU an dessen Eingang E zurückgeführt. Dabei darf das Korrekturglied KG nichtlineare Übertragungseigenschaften haben.

In Fig. 2 ist ebenfalls ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nach der Ausschlagmethode arbeitet, dar­ gestellt. Auf den Geber G folgt der Meßumformer MU, an dessen Ausgang wieder die Eingänge eines Meßwertände­ rungsdiskriminators DI und eines Korrekturgliedes KG angeschlossen sind. Der Ausgang des Korrekturgliedes KG ist, abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, an einen Summierungseingang S eines Verstärkers V ge­ legt und beeinflußt dort das Ausgangssignal des Meßum­ formers MU in additiver Weise. Ein Ausgang des Meßwert­ änderungsdiskriminators DI steht in Steuerverbindung mit dem Korrekturglied KG und einer nicht dargestellten Schalteinheit, die den gleichen Aufgaben dient wie schon beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein Meßumformer verwendet ist, der nach der Nach­ laufmethode arbeitet. Als Meßwertgeber dient dabei eine Widerstandsbrückenschaltung WZ, beispielsweise aus Deh­ nungsmeßstreifen. Die Brückenschaltung wird an zwei Punkten über eine nicht näher bezeichnete Gleichrich­ teranordnung aus der Sekundärwicklung eines Transforma­ tors TR 1 gespeist. Die Sekundärwicklung des Transforma­ tors TR 1 ist durch einen Umschalter S 2 direkt an die Speisediagonale der Widerstandsbrückenschaltung WZ an­ schließbar. Einem der Widerstände der Widerstandsbrüc­ kenschaltung WZ kann über einen Schalter S 4 ein Wider­ stand R parallel geschaltet werden. Dem Ausgangssignal U _M der Widerstandsbrückenschaltung WZ ist das an einem Kompensationswiderstand RK anfallende Signal U _N entge­ gengeschaltet. Die Differenz Δ U der beiden Signale liegt am Eingang eines Nullverstärkers NV. Auf den Nullver­ stärker folgt ein Dynamikfilter DF, das störende Schwan­ kungen der Signaldifferenz Δ U vom Eingang eines Span­ nungs-Frequenz-Wandlers SF fernhält. Auf diese Weise wird der Meßwert beruhigt. Die Ausgangsimpuls­ folge des Spannungs-Frequenz-Wandlers SF liegt am Zähl­ eingang eines Vorwärts-Rückwärtszählers BZ und am Ein­ gang eines Meßwertänderungsdiskriminators DI. Der je­ weilige Inhalt des Zählers BZ kann über einen Schalter S 3 an Vergleichseingänge eines Vergleichers VG gelegt werden, dessen korrespondierende Eingänge mit Ausgängen eines Zahleneinstellers EST verbunden sind. Bitausgänge des Zählers BZ sind weiter an einen Speicher SP geführt. Der Speicherinhalt gelangt über eine Faktorbaugruppe F und eine Leistungsstufe L an eine Anzeigeeinheit AZ. Zwischen der Faktorbaugruppe F und der Leistungsstufe L ist ein Digitalausgang DA vorgesehen. Der Kompensa­ tionswiderstand RK liegt am Ausgang eines digitalen Kompensators MK, dessen Einstellung vom Inhalt des Vor­ wärts-Rückwärtszählers BZ gesteuert ist. Ein weiterer Kompensationswiderstand RK′, der im Signalweg des Meß­ signales U _M liegt, ist mit dem Ausgang eines zweiten digitalen Kompensators ANK verbunden. Das an ihm anfal­ lende Signal entspricht dem Zählerinhalt des Zählers BZ, wenn über einen Steuereingang ST eines UND-Gliedes UG, der vom Ausgangssignal des Signaländerungsdiskrimina­ tors DI gesteuert ist, der Nullstellkompensator ANK an die Bitausgänge des Zählers BZ angeschlossen ist. Im Signalkreis liegen weitere kompensative Widerstände, die der Einstellung eines Tarawertes und einer Totlast dienen. Sie werden von entsprechenden Einrichtungen ge­ speist, die zusammen mit Speisetransformatoren für die Kompensatoren MK und ANK primärseitig mit dem Transfor­ mator TR 1 in Reihe liegen.

Der Meßwertänderungsdiskriminator DI stellt fest, wann die am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers SF an­ fallende Inkrementimpulsfolge eine für einen Kontroll­ vorgang zulässige Impulsrate erreicht hat. Dann wird der Schalter S 2 über einen Ausgang des Diskriminators DI umgelegt und damit die Widerstandsbrückenschaltung WZ von der Gleichspannung abgeschaltet. Über das UND- Glied UG wird der automatische Nullstellkomparator ANK mit dem Inhalt des Zählers BZ beschickt. Dieser Inhalt stellt zu diesem Zeitpunkt den Nullpunktkorrekturwert dar. Mit Hilfe des Widerstandes R und des Schalters S 4, der ebenfalls vom Ausgang des Diskriminators DI gesteu­ ert wird, kann zusätzlich neben einer Nullpunktskorrek­ tur eine Empfindlichkeitskorrektur durchgeführt werden. Die Empfindlichkeit wird anhand einer Prüfzahl kontrol­ liert, die über den Zahlensteller EST eingegeben wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Erfindung an einem Meßumformer verwirklicht, bei dem ebenfalls das Nachlaufprinzip verwendet ist. Der Meßwertgeber ist ebenfalls eine Widerstandsbrückenschaltung DMS, bei­ spielsweise aus Dehnungsmeßstreifen. Seine Speisediago­ nale ist über einen Umschalter S 2′ mit einer Gleichrich­ terschaltung GL 1 verbunden, die an die Sekundärwicklung eines Transformators TR 1′ angeschlossen ist. An der Meß­ diagonalen der Widerstandsbrückenschaltung DMS liegt das Signal U _M′ . Ihm ist das Kompensationssignal U _K entgegen­ geschaltet, das als Spannungsabfall am Widerstand RK′′ anfällt. Die Signaldifferenz liegt über eine Filter­ schaltung GF 2 am Eingang eines Nullverstärkers NV′. Der Ausgang des Nullverstärkers NV′ ist über einen Tiefpaß TP mit dem Eingang eines Spannungs-Frequenz-Wandlers SPF verbunden. Der Impulsausgang des Spannungs-Frequenz- Wandlers liegt am Zähleingang eines Vor- und Rückwärts­ zählers Z 1. Bitausgänge des Zählers sind mit einer An­ zeigeeinheit AZ′ verbunden. Weiter sind die Bitausgänge des Zählers Z 1 an Vergleichseingänge eines Vergleichers DV angelegt, dessen korrespondierende Eingänge an Bit­ ausgängen eines Zeitbasiszählers Z 2 liegen. Der Zähl­ eingang des Zeitbasiszählers Z 2 wird von einem Taktge­ nerator TG mit einer Impulsfolge beschickt. Der Mittel­ wert des Stromes durch den Kompensationswiderstand RK′′, an dem das Kompensationssignal U _K anfällt, wird mittels eines Schalttransistors TS 1 bestimmt, dessen Einschalt­ zeit über eine Flip-Flop-Schaltung FF gesteuert ist, dessen einer Steuereingang am Ausgang des Vergleichers DV anliegt und der Signal führt, wenn die Imhalte der beiden Zähler Z 1 und Z 2 gleich sind. Ein inverser Aus­ gang der Flip-Flop-Schaltung FF steuert einen zweiten Schalttransistor TS 2, der dafür sorgt, daß die Speise­ quelle für den Kompensationsstrom immer gleichmäßig be­ lastet wird. Der zweite Steuereingang der Flip-Flop- Schaltung FF ist über einen umgehbaren Frequenzunter­ setzer US mit dem Ausgang eines zweiten Vergleichers DV′ verbunden, der die Inhalte des Zählers Z 2 einer­ seits und eines Speichers ZN andererseits vergleicht. Der Inhalt des Speichers ZN wird dem Vergleicher DV′ nicht direkt, sondern über einen Komplementärwertbild­ ner KB zugeführt. Der Speicher ZN wird über einen Schal­ ter S 1′ mit dem Inhalt des Zählers Z 1 beschickt. Das in der Anzeigeeinheit AZ′ enthaltene Zählergebnis wird über einen Schalter S 3′ und einen dritten Vergleicher DV′′ mit dem Inhalt eines Zahleneinstellers EST′ verglichen. Die Schalter S 1′, S 2′, S 3′ und ein Schalter S 4′, mit dessen Hilfe einem der Widerstände der Widerstandsbrüc­ kenschaltung DMS ein zusätzlicher Widerstand parallel geschaltet werden kann, werden durch Steuerausgänge ei­ nes Meßwertänderungsdiskriminators DI gesteuert, dessen Eingang am Frequenzausgang des Spannungs-Frequenz-Wand­ lers SPF liegt. Der Diskriminator DI stellt fest, wann die Inkrementimpulsfolge eine zulässige Impulsrate er­ reicht hat. Daraufhin wird die Speisung der Widerstands­ brückenschaltung DMS mittels des Schalters S 2′ abge­ schaltet. Der Schalter S 1′ schaltet den Inhalt des Zäh­ lers Z 1 an den Speicher ZN durch und verbessert so einen eventuell darin schon gespeicherten Nullpunktkorrektur­ wert. Diese Zuschaltung kann verzögert vorgenommen wer­ den. Die Zeit für den Abgleich wird gegebenenfalls durch Veränderung der Einstellzeit des Tiefpasses TP so ge­ wählt, daß keine unzulässige Nullpunktsänderung des Meß­ wertgebers in Widerstandsbrückenschaltung DMS infolge Abkühlung eintritt. Um eine Abkühlung zu verhindern, sind auch andere Maßnahmen, beispielsweise eine Wech­ selspannungsheizung der Dehnungsmeßstreifen der Wider­ standsbrückenschaltung DMS, möglich. Eine Sperre am Meß­ wertänderungsdiskriminator kann dafür sorgen, daß die bei jedem beruhigten Meßwert mögliche, bei stehendem Meßwert sich in einer gewählten Zeitfolge wiederholende Prüfung nicht durchgeführt wird, falls betriebliche Gründe dies geboten erscheinen lassen.

Auch eine Änderung der Signalverstärkung im Nachlauf­ kreis ist möglich.

Weiterhin kann unter ausgewählten anderen Bedingungen, beispielsweise bei entlasteter oder beruhigter Waage, auch ein von der Anzeige abgeleiteter Prüfwert mit ei­ nem bei der Inbetriebnahme eingestellten Prüfwert ver­ glichen werden. Dies erfolgt durch Schließen der Schal­ ter S 3′ und S 4′. Sowohl die Korrekturwerte für die Null­ stellung und die Empfindlichkeit können auf die Anzeige durchgeschaltet werden.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, angewendet auf einen Meßumformer, nach dem Nachlauf­ prinzip dargestellt, bei dem das Ausgangssignal eines Meßwertgebers G über einen Verstärker V′ und einen Span­ nungs-Frequenz-Wandler UF den Inhalt eines Zählers Z be­ stimmt. Der Zählerinhalt beaufschlagt einen Speicher M. Bitausgänge des Speichers M sind mit dem Digitalteil ei­ nes Digital-Analog-Wandlers DA verbunden. Der Analogaus­ gang des Digital-Analog-Wandlers DA liegt am Eingang des Verstärkers V′ und kompensiert dort das Ausgangssignal des Meßwertgebers G. Ein Meßwertänderungsdiskriminator DI ist an den Ausgang des Spannungs-Frequenz-Wandlers UF angeschlossen. Eine Steuerleitung verbindet den Ausgang des Meßwertänderungsdiskriminators DI mit einem Schalter SD, der den digitalen Ausgang eines Analog-Digital-Wand­ lers AD mit dem Eingang eines zweiten Digital-Analog- Wandlers DA′ verbindet. Der Analogausgang des Digital- Analog-Wandlers DA′ liegt ebenfalls am Eingang des Ver­ stärkers V′. Ein Signalrückführweg vom Ausgang des Ver­ stärkers V′ über den Analog-Digital-Wandler AD, den Schalter SD und den Digital-Analog-Wandler DA′ dient der automatischen Nullstellung des Meßumformers. Im Ge­ gensatz zu den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Aus­ führungsbeispielen, bei denen die automatische Korrektur von einem Digitalwert ausging, geht beim Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 5 die Korrektur über die am Ausgang des Verstärkers V′ anliegende analoge Abweichung vor sich.

Bei Meßprozessen, bei denen die Meßwerte mit größeren statistischen Schwankungen anfallen, wird eine Korrek­ tur vorteilhafterweise nach einer Addition und Mittel­ wertbildung der Ergebnisse mehrerer Kontrollen vorge­ nommen.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung digitalisierter Korrekturwerte, weil sie als Zahlenwert gespeichert werden können und damit ihre Langzeitstabilität gegeben ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur automatischen Korrektur des Nullpunktes und/oder der Empfindlichkeit von Meßumformern, bei dem in jeweils auf Meßphasen folgenden Kontrollphasen von mindestens einem Schaltglied wenigstens ein vorgebbarer, für die Nullpunkts- und/oder Empfindlichkeitskorrektur erforderlicher physikalischer Referenzzustand am Eingang des Meßumformers herbeigeführt wird, aufgrund dessen in einem mit seinem Eingang am Ausgang des Meßumformers liegenden Korrekturgliedes eine Korrektureinstellung des Nullpunktes und/oder der Empfindlichkeit vorgenommen wird und das Ausgangssignal des Korrekturgliedes an einen Stelleingang zur Nachstellung des Nullpunktes und/oder der Empfindlichkeit gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollphase durch die Detektion einer vorgegebene Grenzen über- oder unterschreitende Meßwertänderung des beruhigten Meßwerts eingeleitet wird.

2. Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem automatisch gesteuer­ ten Schaltglied zum Anlegen eines Referenzwertes an den Eingang des Meßumformers und mindestens einem automa­ tisch gesteuerten weiteren Schaltglied zur Betätigung eines Korrekturgliedes, das zwischen einen Ausgang des Meßumformers und eine der Nach­ stellung des Nullpunktes und/oder der Empfindlichkeit des Meßumformers dienenden Stelleingang geschaltet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltglieder in Steuerver­ bindung mit dem Ausgang eines mit seinem Eingang am Ausgang des Meßumformers liegenden Meßwertänderungs­ diskriminators stehen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertänderungs­ diskriminator bei einem nach der Ausschlagmethode arbei­ tenden Meßumformer ein Differentiationsdiskriminator ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertänderungs­ diskriminator bei einem Meßumformer mit digitaler Meß­ wertausgabe ein Differenzbildner ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Meß­ wertänderungsdiskriminators bei einem Meßumformer mit einem Spannungs-Frequenz-Wandler an dessen Ausgang an­ geschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des zeitlichen Abstandes aufeinanderfolgender Impulse des Spannungs-Frequenz-Wandlers das Diskriminationskriterium des Meßwertänderungsdiskriminators bildet.