DE3200362A1

DE3200362A1 - Pruefeinrichtung zur bestimmung von schwingungseigenschaften

Info

Publication number: DE3200362A1
Application number: DE19823200362
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Graz Krempl; Friedrich Dipl.Ing. Ruckenbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1982-01-08
Publication date: 1982-09-23
Also published as: US4467271A; CH657457A5; DE3200362C2; ATA61381A; AT369549B

Description

Prüfeinrichtung zur Bestimmung von Schwingungseigenschaften

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Schwirigungseigenschaften von Ueßwertaufnehmern, bzw. Meßv/ertaufnahmesystemen mit piezoelektrischen' Meßelementen, mit einem am vorhandenen Ableitanschluß des zu prüfenden Meßwertaufnehmers anschließbaren Wechselspannungει generator zur Erregung mechanischer Schwingungen des Meßelementes über den inversen piezoelektrischen Effekt, und einem Meßsystem zur Messung und Auswertung dieser Schwingungen.

Zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von piezoelektrischen Meßwertaufnehmern, welche üblicherweise zur Umsetzung von Zustandsanderungen mechanischer Art wie etwa Druckänderungen, Beschleunigungen oder dgl. in elektrische Signale dienen, sind mehrere Methoden bzw. l'rüfeinrichtungen bekannt. Im einfachsten Fall wird eine mechanische Stoßanregung der piezoelektrischen Meßelemente durch den Aufprall einer Kugel dazu benutzt, um die Meßelemente zu schwach gedämpften Schwingungen anzuregen, die an einem am vorhande- ^ -nen Ableitanschluß des zu prüfenden Meßwertaufnehmers angeschlossenen SpeicherOszillographen ausgezählt werden. Diese bekannte Methode hat den entscheidenden Nachteil,, daß durch die mechanische Stoßanregung nur eine gedämpfte Schwingung in einer Eigenfrequenz der jeweiligen Heßelemente angeregt werden kann und damit eine umfassende Aussage über das Schwingungsverhalten des Ließwertaufnehmers nicht möglich ist.

Weitere bekannte Prüfeinrichtungen zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von piezoelektrischen Meßwertaufnehmern funktionieren auf ähnliche Weise über eine Anregung der piezoelektrischen Meßelemente durch Stoßwellen - beispielsweise erzeugt durch ein Stoßwellenrohr - oder durch pneumatisch oder hydraulisch erzeugte Drucksprünge, wobei in diesen Pällen ebenfalls das über den piezoelektrischen

Effekt erhaltene Antwortsignal ausgewertet wird. Diese Methoden bzw. Prüfeinrichtungen werden heute hauptsächlich für instationäre Messungen, wie etwa in e'er Baixistik, herangezogen, ergeber jedoch aufgrund der begrenzten Anregungsmöglichkeiten kein vollständiges Bild der Schwingungseigenschaften der geprüften Ließ wert aufnehmer.

»Veiters sind Meßanordnungen bekannt, die über elektrodynamische Schwingsysteme sinusförmige Schwingamplituden erzeugen, wobei die auf den zu prüfenden Meßwertaufnehmer beispielsweise auf einen sogenannten Rütteltisch übertragenen Schwingungen über ein Meß- und Regelsystem auf konstante Werte eingeregelt werden. Diese Prüfung wird hauptsächlich zur Vermessung von Accelerometern mit niedriger Eigenfrequenz herangezogen, da mit den elektrodynamischen Schwingsystemen nur ein kleiner Frequenzbereich bis einige kHz überstrichen v/erden kann und auch sehr aufwendige ließaoparaturen erforderlich sind. Schließlich ist es auch bekannt, die piezoelektrischen Heizelemente eines Meßwertaufnehmers über den inversen piezoelektrischen Effekt zu mechanischen Schwingungen anzuregen und diese Schwingungen sodann über einen in der Prüfeinrichtung außerhalb des zu prüfenden Meßwertaufnehmers angeordneten Kondensator, dessen eine Elektrode unmittelbar mit den zu den Schwingungen angeregten ^eßelementen in Verbindung steht, auszuwerten. Bei piezoelektrischen Druckaufnehmern, deren Meßelemente unmittelbar mit einer vom zu messenden Druck beaufschlagbaren Membrane in Verbindung stehen, wird dabei üblicherweise diese Membrane unmittelbar als eine Elektrode des Auswertekondensators verwendet. Eine ähnliche bekannte Prüf einriciitung basiert darauf, da.? die piezoelektrischen Ließelemente des L"efv:ertaufnehmers direkt über die elektrostatische Anziehunr, die zwischen einer äußeren Elektrode und der Ilem-

-" bran des Lleßv/ertaufnehmers bei Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht, zu Schwingungen angeregt werden. Da diese elektrostatischen Anziehungskräfte extrem klein sind ergeben sich auch sehr kleine auszuwertende piezoelektrische Signale, weshalb diese iiethode nur für ileßwertaufnehmer mit einer hohen Kraft- bzw. Druckempfindlichkeit zur Prüfung

ausreichend ist. Abgesehen davon haben die beiden zuletzt genannten bekannten Methoden bzw. Einrichtungen den gravierenden Nachteil, daß die zu prüfenden Meßwertaufnehmer in eine sehr stabile Apparatur eingespannt werden müssen, damit eine planparallele Justierung der zusätzlichen äußeren Elektrode mit großer Genauigkeit möglich ist. Der Heßwertaufnehmer selbst bzw. seine Membrane muß weiters hochpräzise poliert werden um das Anlegen der erforderlichen hohen Gleich- bzw. Wechselspannungen zu ermöglichen. Allen der genannten Einrichtungen gemeinsam ist der Nachteil, daß der Meßwertaufnehmer zum Zwecke der Prüfung seiner Schwingungseigenschaften nicht in-der Anordnung belassen werden kann, in welcher er üblicherweise im normalen IJeCbetrieb eingesetzt ist. Damit ist es nicht möglich die Auswirkungen der bei jeder Meßaufgabe in unterschiedlichem !,laße auftretenden Umgebungseinflüsse auf den Heßwertaufnehmer zu berücksichtigen, welche z. B. darin bestehen können, daß der Meßwertaufnehmer bzw. sein Gehäuse im etwa in eine Indizierbohrung in der Y/and eines Druckraumes eingeschraubten Zustand wechselnden mechanischen oder thermischen Belastungen unterworfen ist, welche sich in ungünstigen Fällen auch unmittelbar beispielsweise auf die Vorspannung der Meßelemente selbst oder auf andere die Schwingungseigenschaften beeinflussende Größen auswirken können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es möglich ist,ausschließlich über die beim jeAveiligen Meßwert aufnehmer für die Ladungsableitung im normalen Meßbetrieb vorgesehenen Ableitanschlüsse die Schwingungseigensciiaften des Ließwertaufnehmers zu prüfen, auch wenn dieser am Orte seiner normalen Verwendung zur Aufnahme von I'ieF-werten angeordnet ist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß dac MeSsystem eine Subtraktionseinheit umfaßt, an deren einem .Eingang das Anregungssirnal des Wechselspannungsgenerators liegt und deren anderer Eingang mit dem Ableitanschluß des Meßwertaufnehmers verbindbar ist, und daß weiters eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem Ausgang der

Subtraktionseinheit verbunden ist und das als Differenz aus dem Antwortsignal des Meßwertaufnehmers und einem dem Anregungssignal proportionalen Signal gewonnene Meßsignal anzeigt bzw, "-eiterverarbeitet. Die über den an den normalen Ableitansehlüssen des Meßwertaufnehmers angeschlossenen Y/echselspannungsgenerator erregten mechanischen Schwingungen im lüeßelement führen ihrerseits über den normalen piezoelektrischen Effekt zu einem Antwortsignal_? welches allerdings noch mit Teilen des Anregungssignals vermischt ist. Über die Subtraktionseinheit ist es nun möglich, den vom Anregungssignal stammenden Anteil des Antwortsignals von diesem abzuziehen, wodurch unmittelbar das die Schwingungseigenschaften des geprüften Meßwertaufnehmers kennzeichnende Meßsignal als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssignal des Wechselspamiungsgenerators erhalten wird. Die angeschlossene Auswerteeinrichtunr kann nun beispielsweise dazu dienen, dieses Meßsignal über in der Elektronik übliche Gleichrichtungsschaltungen in ein amplitudenproportionales ^leichspannungssignal umzusetzen und etwa zusätzlich auch die Phasenlage dieses lleßsignals in Bezug auf das Anregungssignal über Phasenmeßschaltungen zu bestimmen. Diese das Meßsignal in eindeutiger Weise bestimmenden Werte können sodann beispielsweise analog oder digital angezeigt, auf einem Schreiber a.usgeschrieben, oder in einem Speicher zur 7/eiterverarbeitung abgespeichert werden. Mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung ist es also auch möglich einen beispielsweise in eine Indizierbohrung einer Druckraumbegrenzung eingesetzten lie ß-.vertauf nehmer lediglich durch Verbinden von dessen vorhandenen Ableitansehlüssen mit dem elektrischen Lüeßsystem im Bezug auf seine Schwingungseigenschaften zu untersuchen. Damit sind sämtliche im Horrr-aleinsatz des Ileßv/ertaufr.ehmers dessen Punktion und insbesondere Schwingungseigensehaften beeinflussenden Umgebungseinflüsne bei der Bestimmung der Schwingungseigenschaften mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung direkt mitberücicsiclitigbar, was eine sehr praxisnahe Prüfung erlaubt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß

das Meßsystem zusätzlich einen eigenen Spannungsteiler "beinhaltet, daß der Meßwertaufnehmer im angeschlossenen Zustand einen Teil dieses Spannungsteilers bildet und daß das Antwortsignal des Meßwertaufnehmers "bei Anregung über den Wechselspannungsgeneratar an dem anderen "bzw. einem der anderen Teile des Spannungsteilers abgenommen wird. Über diesen Spannungsteiler können die phasendrehenden Glieder des Meii systems, wie Kabelkapazitäten, Eingangskapazitäten der Subtraktionseinheit, Streukapazitäten im Meßwertaufnehmer sowie die Kapazität der Meßelemente selbst kompensiert werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Spannungsteiler ein einstellbares Glied aufweist, über welches auch die unterschiedlichen Eigenschaften von verschiedenen Meßwertaufnehmern bzw. Meßwertaufnahmesystemen berücksichtigt werden können.

Bei einer Prüfeinrichtung, bei v/elcher eine Ableitelektrode des zu prüfenden Ileßwertaufnehmers an der Gehäusemasse liegt, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der zu prüfende Meßwertaufnehmer im erdseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilernetzwerkes liegt. Durch den vorzugsweise mit phasendrehenden Widerständen oder einer Kombination von phasendrehenden und ohmschen Widerständen versehenen Spannungsteiler ist also in diesem Falle eine Impedanzschaltung gebildet. Der zu prüfende Meßwertaufnehmer kann bei dieser Impedanzschaltung in jede geerdete Prüfeinrichtung ohne weitere Vorkehrungen eingebaut werden. Dies ist besonders vorteilhaft für piezoelektrische Meßwertaufnehmer mit einem Ladungsaufnahmekontakt, bei dem eine Elektrode des Heßelementes mit dem Gehäuse des Meßwertaufnehmers leitend verbunden ist.

Soferne der zu prüfende Meßwertaufnehmer einen zweipoligen Ableitanschluß aufweist ist die Prüfeinrichtung in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung so aufgebaut, äa.B der Meßwertaufnehmer im spannungsseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilers liegt, wodurch eine sogenannte Admittanzschaltung gebildet ist, bei welcher die Kabelkapazitäten einen kapazitiven Widerstand gegen die Erde bil-

den und den Widerstand des erdseitigen Teiles zuzurechnen sind, sodaß nur die Kapazitäten und Innenwiderstände des Meßwertaufnehmers zu der elektrischen Rückwirkung "beitragen. Da die Kabelkapazitäten bei kurzen Meßkabeln in der Größenordnung der Kapazität des Meßwertaufnehmers liegen, bildet der Innenwiderstand und die Kapazität des Einganges der Subtraktionseinheit gegen Erde die Beschränkung der Meßempfindlichkeit. Da beispielsweise bei Feldeffekttransistoren die Eingangswiderstände in der Größenordnung von 10 Ohm und die Eingangskapazitäten bei 30 ρ Ρ liegen, können damit sehr empfindliche Prüfeinrichtungen auch für extrem kleine piezoelektrische Meßelemente bzw. Meßwertaufnehmer gebaut werden.

Es besteht jedoch auch bei Meßwertaufnehmern mit nur einem Ladungsabnalimekontakt die Möglichkeit sie in einer derartigen Admittanzschaltung zu prüfen. Zu diesem Zweck wird das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators an das Gehäuse des Meßwertaüfnehmers angelegt und das Antwortsignal am Ladungsabnahmekontakt abgenommen, wobei jedoch ein Kompensationswiderstand angeschlossen sein muß.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Subtraktionseinheit einen Differenzverstärker oder einen Operationsverstärker mit Differenzverstärkereingang beinhaltet. Am Ausgang dieses Verstärkers wird unmittelbar die elektrische Rückwirkung des piezoelektrischen Meßelementes als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssignal erhalten, soferne die noch vorhandenen Teile des Anregungssignals sauber vom Antwortsignal getrennt sind, wozu insbesonders eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung dieses Verstärkers beiträgt.

Im Lleßsystem ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein weiterer abgleichbarer Spannungsteiler vorgesehen, der mit der Subtraktionseinheit verbunden ist und eine Subtraktionsspannung liefert, mit welcher die aufgrund der Parallelwiderstände des zu prüfenden Meßwertaufnehmers bzw. des Anschlußkabels auftretende elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert ist. Das eigentliche ließsignal, also die elektrische Rückwirkung des Meßwertaufnehmers nuß

aus dem Antwortsignal derart rekonstruiert werden, daß diejenigen Anteile des Anregungssignals, die durch Par. aUelwiderstände im Meßwertaufnehmer oder im Zuleitungska-"bel auftreten, vom Antwortsignal wieder abgezogen werden. Diese Parallelwider stände können "bei Frequenzen des Anregungssignals, die keine Resonanzen des Meßwertaufnehmers bzw. Meßwertaufnahmesystems anregen ausgemessen und der Anteil des Anregungssignals im Antwortsignal auf diese Weise rechnerisch ermittelt werden. Ein Feinabgleich dieser Parallelwiderstände kann beispielsweise auch durch Einstellung der Phasenlage des Antwortsignals auf Hull oder auf kleine negative Werte bzw. durch einen Abgleich dieses weiteren Spannungsteilers auf die Symmetrie einer Resonanzkurve im Antwortsignal erfolgen. Weiters kann beispielsweise auch der Verlauf der Phase des Meßsignals wenn der weitere Spannungsteiler nicht richtig abgestimmt ist als Meßgröße ausgewertet werden. .

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß der die Subtraktionsspannung liefernde weitere Spannungsteiler grob auf eine jeweils zu prüfende Serie von gleichartigen Meßwertaufnehmern abgleichbar ist, daß sowohl das Anregungssignal als auch das Antwortsignal mittels eines Analog-Digital-Konverters digitalisiert werden und daß die Pein-Kompensation der Rückwirkung des Anregungssignals über digitale Signalverarbeitung erfolgt. Durch die damit zumindest teilweise erfolgende analoge Subtraktion der abzuziehenden Teile des Anregungssignals ist ein Grobabgleich der Prüfeinrichtung auf die Art der jeweils zu prüfenden Ließwert auf nehmer möglich, wodurch die Verwendung von Analog-Digital-Konvertern mit geringer Bitauflösung für den Peinab?leich möglich ist. Dieser Peinabglei'ch kann sodann über digitale Signalverarbeitung erfolgen.

Die Subtraktionseinheit kann in "Weiterbildung der Erfindung auch von einer Heßbrückenschaltung gebildet sein, wobei der zu prüfende Meßwertaufnehmer in einen Zweig dieser ließbrückenschaltung und ein gleichartiger iJeßwertaufnehaer in einen anderen Zweig so einschaltbar sind, daß sich die elektrische Rückwirkung des Anregungssignals korn-

pensiert, wobei weiters die Umgebungsbedingungen des zu prüfenden Meßwertaufnehmers zur Simulierung von verschiedenen Anwendungsbedingungen veränderbar aina. Diese Anordnung erincc"¹ iclit es auf sehr einfache Weise das Schwingungsverhalten eines zu prüfenden Meßwertaufnehmers in Abhängigkeit von wechselnden äußeren Einflüssen wie beispielsweise Druck oder Temperatur oder dgl., zu bestimmen. Da sich die Umgebungsbedingungen für den zweiten, gleichartigen Meßwertaufnehmer in der'Meßbrückenschaltung nicht ändern,wird das erhaltene Meßsignal tatsächlich für die Änderung der Schwingungseigenschaften aufgrund der jeweils geänderten Umgebungsbedingungen für den zu prüfenden Meßwertaufnehmer signifikant sein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dai? der für die Messung mit dem zu prüfenden .^:ießwertaufnehmer im normalen Ließbetrieb üblicherweise vorhandene Ladungsverstärker unmittelbar auch einen Teil der Subtraktionseinheit bildet. Damit ist ein wesentlicher Teil der normalen Meßeinrichtung bzw. Ließ schaltung auch gleichzeitig als Bestandteil der Prüfeinrichtung für den Meßwertauf nehiaer verwendet, was einerseits die zusätzlichen Kosten für eine derartige Prüfeinrichtung senkt und andererseits die laufende Überwachung der Schwingungseigenschaften des lie ßwert aufnehme rs auch im normalen Meß- betrieb sehr erleichtert. Durch einen in der Schaltungsanordnung angeordneten Umschalter kann beispielsweise eine unmittelbare Umschaltung der Punktion des Verstärkers und damit Unschal tung vom Ließbetrieb auf den Prüf betrieb durchgeführt werden.

Besonders vorteilhaft ist es weiters, wenn das i.le3-system in unmittelbarer ITahe des zu prüfenden 1.IeTwertaufnehmer ε angeordnet, vorzugsweise direkt in diesen integriert ir.t, da damit die negativen Auswirkungen längerer Anschlußkabel auf die IJeßgencuigkeit entfallen.

Schließlich ist gemäß der Erfindung auch noch vorgesehen, daß das Ließ sy st em einen Mikroprozessor oder liikrokomputer zur Steuerung des Prüfvorganges und/oder zur Signalverarbeitung umfaßt, was die gesamte Prüfprozedur

- 12 - _-_■ - ■

vereinfacht. :

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Pig. 1 zeigt die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung für einen Meßwertaufnehmer mit zweipoliger Ableitung in Admittanzschaltung,

Pig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung für einen Meßwertaufnehmer mit ein

poliger Ableitung in Impedanzschaltung, Pig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der

Erfindung mit einer Meßbrückenschaltung, Pig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung mit einem Synchrongleichrichter und

Pig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel nach der

Erfindung mit einem Ladungsverstärker. Die Prüfeinrichtung^nach Pig. t zeigt einen zu prüfenden Meßwertaufnehmer mit zwei Ladungsabnahmekontakten 1, 2, wobei das piezoelektrische Meßelement 3 gegenüber dem Gehäuse 4 des Meßwertaufnehmers elektrisch isoliert eingebaut ist. Diese Prüfeinrichtung beinhaltet einen durchstimmbaren Prequenzgenerator 5 mit geringem Klirrfaktor, einen phasendurchstimmbaren Spannungsteiler 6 und einen V^. 25 Differenzverstärker 7, welcher hochohmige Eingänge und eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung aufweist. Am Ausgang des Differenzverstärkers 7 ist weiters ein Wechselspannungsmeßgerät 8 zur Anzeige des Meßsignals angeschlossen. Der Widerstand 9 dient zur Kompensation des Eingangsstromes und bildet mit dem Eingangswiderstand des nichtinvertierenden Einganges des Spannungsteilers mit dem piezoelektrischen Sensor einen Spannungsteiler an dem das Antwortsignal des Sensors abgenommen wird. Die Kompensation des Anteiles des Anregungssignales vom Antwortsignal wird durch die Subtraktionseinheit 1.0. vorgenommen, wobei am Spannungsteiler 6 der Subtraktiohswert der Anregungsspannung eingestellt und im Differenzverstärker 7 die Subtraktion vorgenommen wird. Die eigentliche Subtraktions-

einheit ist strichpunktiert eingezeichnet und mit 10 "bezeichnet.

Pig. 2 zeigt eine Prüfeinrichtung füi einen Meßwertaufnehmer mit nur einem eigenen Ladungsabnahmekontakt 11, wobei die andere Elektrode des piezoelektrischen Meßelementes 13 mit dem Gehäuse 14 des Meßwertaufnehmers elektrisch leitend verbunden ist. Das Antwortsignal des Meßwertaufnehmers wird am Anschlußpunkt 12 des Meßwertaufnehmers an den Meßwiderstand 19 abgenommen und mit Hilfe des Differenzverstärkers 17 wird vom Antwortsignal ein Teil des Anregungssignals, der am Spannungsteiler 16 einstellbar ist, subtrahiert. Am Ausgang des Differenzverstärkers 17 kann das lleßsignal mit Hilfe eines Wechselspannungsvoltmeters 18 angezeigt oder aber einem Schreiber 20 zugeführt werden. Die Subtraktionseinheit ist wiederum strichpunktiert eingezeichnet und hier mit 10' bezeichnet.

In Fig. 3 ist eine Prüfeinrichtung mit einer Admittanzschaltung für einen mit zwei eigenen Ladungsabnähmekontakten 21, 22 versehenen Ließwertaufnehmer dargestellt.

Weiters ist ein aus den einigt ellbaren Widerständen 27, 28, 29 bestehender Spannungsteiler und ein weiterer Referenz-Spannungsteiler 26 vorgesehen. Die Widerstände 27 und 29 dienen dabei zur Kompensation ohmscher Verluste in den Leitungen und im Meßwertaufnehmer selbst sowie des EingangswiderStandes und zur Verbesserung der Gleichtaktunterdrückung des Operationsverstärkers, der einstellbare Kondensator 28 dient zum Abgleichen der Kapazität des Meßwertaufnehmers und der Kabelkapazitäten. Der Operationsverstärker 30 ermittelt die elektrische Rückwirkung des LieSwertaufnehmers durch Subtraktion eines Teiles des Anregungssignals, welcher am Spannungsteiler 26 abgenommen wird, vom Antwortsignal des I.Ießwertaufnehmers. Für Meßwertaufnehmer mit nur einem eigenen Ladungsabnahmekontakt müßte das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators an das Gehäuse 24 des Lüeßwertaufnehmers und der Ladungsabnahmekontakt an die Widerstände 27, 28, 29 und an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 angelegt werden. Die Subtraktionseinheit ist auch hier

wiederum strichpunktiert umgrenzt und mit 10" "bezeichnet. Am Ausgang der Subtraktionseinheit 10" ist wiederum ein Wechselspannungsmeßgerät 31 zur Anzeige der Amplitudenhöhe des Meßsignals angeschlossen.

Pig. 4 zeigt eine Prüfeinrichtung mit einem steuerbaren Wechselapannun£sgenerator 35 sowie einem über eine Kapazitätsdiode 33 abstimmbaren Spannungsteiler 36, über welchen die Phasendrehung des vom Antwort-Signal des zu prüfenden Meßwertaufnehners 32 abzuziehenden Subtraktionssignals durch einen Mikroprozessor 42 über einen Analog-Digital-Konverter■43 eingestellt werden kann. Das Meßsignal wird über den phasendrehenden Widerstand 39» der mit dem Ladungsabnahmekontakt des Meßwertaufnehmers 32 verbunden ist, gewonnen. Durch die Subtraktion des Antwortsignales des Meßwertaufnehmers vom .Anregungssignal- mit Hilfe der Subtraktionseinheit 10"', die den Operationsverstärker 44 beinhaltet, erhält man unmittelbar die elektrische- Rückwirkung des Meßwertaufnehmers als Wechselspannungssignal. In der angeschlossenen Synchrongleichrichterschaltung erfolgt durch die Multiplizierer 37 eine phasenstarre Gleichrichtung des Meßsignals, die durch einen integrierenden Tiefpaß 38 von den hochfrequenten Multiplikationspro'dukten abgetrennt . wird. Durch eine um 90 verschobene Synohrongl ei einrichtung

wird der Vektoranteil des phasenverschobenen Signals der \_ 25 elektrischen Rückwirkung erhalten. Über einen Multiplexer 40 und den Analog-Digital-Wandler 41 werden die Amplitudenvektoren in den Mikroprozessor 42 eingelesen. Sie können sodann in Amplitude und Phase umgerechnet werden und sind weiters über die Schnittstelle 45 abrufbar. Verwendet man den Operationsverstärker 44 gleichzeitig auch als Ladungsverstärker so können die Meßwerte des !.Ie-I: v/er tauf nehme rs über eine Fourier-Transformation im Mikroprozessor 42 korrigiert werden. Die eigentliche Subtraktionseinheit ist auch hier wiederum strichpunktiert umrandet und mit 10"' bezeichnet.

In Fi^. 5 ist eine Prüfeinrichtung dargestellt, mit welcher alternativ die Schv/in^ungceigenschaften des Meßwertaufnehmers 51 bestimmt v/erden können oder unmittelbar

Messungen mit dem ließwertaufnehmer 51 durchführbar sind. Der 7/echselspannungsgenerator 55 liefert das Anregungssignal, das über eine Schaltebene 5^ a au. einen phaseneinstellbaren Spannungsteiler 52 angelegt wird. Das Antwortsignal des zu prüfenden Heßwertaufnehmers 51 wird über einen Operationsverstärker 54 verstärkt und durch einen weiteren Operationsverstärker 56 wird die elektrische Rückwirkung des l'eßwertauf nehmers, also das eigentliche üeirsignal, durch Subtraktion eines entsprechenden Teiles des Anregungssignalε ermittelt. Dieses Meßsignal wird über einen Präzisionsgleichrichter 58 gleichgerichtet und über ein Anzeigeinstrument 58" angezeigt. Weiters wird mit Hilfe eines Schreibers 60, an dessen einem Eingang eine frequenzproportionale Spannung des V/echselspannungsgenerators 55 liegt, eine frequenzcharakteristik des geprüften •:ieiv;ert auf nehme rs ausgeschrieben. Durch Umschalten des die-Schaltebenen 53 a, 53 b und 53 c aufweisenden Schalters wird der Operationsverstärker 54 zu einem Ladungsverstärker, dessen Ausgangssignal in einem intern oder extern getriggerten CCD-Speicher 59 zwischengespeichert und über den Schreiber 60 ausgeschrieben werden kann. Die eigentliche Subtraktionseinheit ist hier mit 10"" bezeichnet.

1981 12 15

Claims

Patentansprüche :

1. Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von Meßwertaufnehmern bzw. Meßwertauf nähme systemen mit piezoelektrischen Meßelementen, mit einem am vorhandenen Ableitanschluß des zu prüfenden Meßwertaufnehmers anschließbaren Wechselspannungsgenerator zur Erregung mechanischer Schwingungen des Meßelementes über den inversen piezoelektrischen Effekt, und einem Meßsystem zur Messung und Auswertung dieser Schwingungen, dadurch gekennzeichnet , daß das Lüeßsystem eine Subtraktionseinheit umfaßt, an deren einem Eingang das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators liegt und deren anderer Eingang mit dem Ableitanschluß des lie ßwertauf nehmers verbindbar ist, und da£ weiters eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem Ausgang der Subtraktionseinheit verbunden ist und das als Differenz aus dem Antwortsignal des Heßwertaufnehmers und einem dem Anregungssignal proportionalen Signal gewonnene Meßsignal anzeigt bzw. weiterverarbeitet.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ueßsystem zusätzlich einen eigenen Spannungsteiler beinhaltet, daß der Meßwertaufnehmer im angeschlossenen Zustand einen Teil dieses Spannungsteilers bildet und daß das Antwortsignal des Ileßwertaufnehmers bei Anregung über den Wechselspannungsgenerator an dem anderen bzw. einen der anderen Teile des Spannungsteilers abgenommen wird.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler ein einstellbares Glied aufweist.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Ableitelektrode des zu prüfenden Keßwertaufnehmers an der Gehäusemasse liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der. zu

prüfende ließwert auf nehmer im erdseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilernetzwerkes liegt.

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zu prüfende Lleßwertaufnehmer einen zweipoligen Ableitanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert aufnehmer im spannungsseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilers lie^t.

6. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionseinheit einen Differenzverstärker oder einen Operationsverstärker mit Differenzverstärkereingang beinhaltet.

7. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im ließ syst em ein weiterer abgleichbarer Spannungsteiler vorgesehen ist, der mit der Subtraktionseinheit verbunden ist und eine Subtraktionsspannung liefert, mit welcher die aufgrund der Parallelwiderstände des zu prüfenden KeI?wertaufnehmers bzw. des Anschlußkabels auftretende elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert ist.

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Subtraktionsspannung liefernde weitere Spannungsteiler grob auf eine jeweils zu prüfende Serie von gleichartigen Me ,"wer tauf nehmern abgleichbar ist, daß sowohl das Anregungssignal als auch das Antwortsignal mittels eines Analog-Digital-Konverters digitalisiert werden und daß die Pein-Kornpensation der Rückwirkung des Anregungssignals über digitale Signalverarbeitung erfolgt.

9. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionseinheit von einer Ilei'.brückehschaltung gebildet ist, daß der zu prüfende Heßwertaufnehmer in einen Zweig dieser Ließbrückenschaltung und ein gleichartiger ilevwertaufnehmer in einen anderen Zweig so einschaltbar sind, daß sich die elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert, und daC die Umgebunr-obedinguri£en des zu prüfenden UeiBwertaufnetmers sur Simulierung von verschiedenen Anvendungsbedinrungen veränderbar sind.

"··""- 3200382

10. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Messung mit dem zu prüfenden Meßvjertauf nehmer im normalen MeC-betrieb übIr ^hcrv/eise vorhandene Ladungsverstärker unmittelbar auch einen Teil der Subtraktionseinheit bildet.

11. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dal? das Meßsystem in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Meßwertaufnehmers angeordnet, vorzugsweise direkt in diesen integriert ist.

12. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer zur Steuerung des Prüfvorgan- £es und/oder zur Signalverarbeitung umfaßt.