DE3336359A1

DE3336359A1 - Verfahren zum messen von frequenz oder periodendauer

Info

Publication number: DE3336359A1
Application number: DE19833336359
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 6905 Schriesheim Dittrich; Udo Dipl.-Ing. Reese (FH), 6720 Speyer
Original assignee: Elster Ag Mess und Regeltechnik 6700 Ludwigshafen; Elster AG Mess und Regeltechnik
Current assignee: Spanner Pollux GmbH
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1985-04-18

Description

Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer eines unbekannten Impuls zuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Messen von Frequenz oder Periodendauer durch Auszählen von Impulsen oder Ereignissen innerhalb einer vorgegebenen Torzeit ist seit langem gebräuchlich. Diese digitalen Meßverfahren besitzen eine systembedingten Fehler von plus oder minus eine Einheit, der durch die sogenannte Phasenunschärfe bedingt ist.
Will man diese Meßungenauigkeit möglichst klein halten, muß die Torzeit entsprechend verlängert werden. Soll eine Frequenz beispielsweise auf 1 %O genau bestimmt werden, muß die Torzeit wenigstens um den Faktor 1000 erhöht werden. Dies ist besonders dann lästig, wenn die zu messende Frequenz niedrig ist, beispielsweise zwischen 0 und 10 Hz liegt. Solch niedrige Frequenzen treten in vielen Bereichen der Technik auf, beispielsweise beim Prüfen oder Eichen von Verbrauchszählern für fluide Medien, wie Gas oder Wasser, bei denen aus den gezählten Umdrehungen eines Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Frequenz bzw. Periodendauer mit praktisch beliebiger Genauigkeit gemessen werden kann, ohne daß die Torzeit verlängert werden muß.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zählperiode zwischen zwei Impulsen des unbekannten Impulszuges in feine Abschnitte unterteilt, entsprechend der Frequenz des weiteren Impulszuges.
Dabei ist von besonderem Vorteil, daß weder die absolute Dauer der Torzeit bekannt, noch die Impulse des unbekannten Impulszuges untereinander äquidistant sein müssen. Auch die Frequenz des hochfrequenten weiteren Impulszuges muß weder bekannt, noch langzeitstabil sein. Trotzdem lassen sich Frequenz bzw. Periodendauer des unbekannten Impulszuges mit hoher Genauigkeit bestimmen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Zählfehler von + 1, die bei dem Auszählen der Phasenunschärfen systembedingt ebenfalls auftreten, durch die Differenzbildung der beiden Phasenunschärfen gegenseitig eliminieren.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht, wie schon erwähnt, beim Prüfen oder Eichen von Verbrauchszählern für fluide Medien, wobei Prüfling und Eichnormal in Reihe geschaltet und von derselben Menge des Fluids durchströmt und die Umdrehungen der Meßorgane von PrüflingenundEichnormale miteinander verglichen werden. Hier wird vorzugsweise aus den Umdrehungen des Meßorgans des Eichnormals durch entsprechende Frequenzteilung die Torzeit abgeleitet und die Umdrehungen des Meßorgans des Prüflings bilden die unbekannte Impulsfolge. Da bei dieser Prüfung der Verbrauchszähler die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids bei Beginn und Ende des MeSvorgangs, ebenso von Meßvorgang zu Meßvorgang, unterschiedlich sein kann, ist.die Unabhängigkeit des Meßergebnisses vcntangzeitstabilitäten von besonderem Vorteil.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Impulsdiagramms soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Der Impulszug, dessen Frequenz gemessen werden soll, ist mit I1, seine Frequenz mit f1 gekennzeichnet. Dieser Impulszug I1 ist im vorliegenden Beispiel als Rechteckkurve mit einem Puls-Pausen-Verhältnis von 1 : 1 dargestellt.
Ferner erkennt man einenzweiten Impulszug 12 mit der Frequenz f durch den die Torzeit TG gebildet wird. Die Frequenz f2 ist kleiner als die Frequenz f1.
Werden, wie im vorliegenden Beispiel, die ansteigenden Flanken des Impulszuges Ii ausgewertet, so werden beim herkömmlichen digitalen Meßverfahren die Flanken n1, n2 ... n gezählt, die x während der Torzeit TG auftreten. Die so ermittelte Frequenz weicht von der tatsächlichen Frequenz f1 aufgrund der Phasenunschärfe mehr oder weniger stark ab. Diese Tatsache ist in der Zeichnung durch die Zeitspanne t1 zwischen dem Beginn der Torzeit TG und der ersten nach Beginn der Torzeit TG auftretenden ansteigenden Flanke n1 des Impulszuges I1 sowie durch die Zeitspanne t2 zwischen dem Ende der Torzeit TG und der ersten nach Beendigung der Torzeit TG auftretenden ansteigenden Flanke nx+1 gekennzeichnet. Die nach dem herkömmlichen Frequenzmeßverfahren bestimmte Frequenz ist um die Zeitspanne t1 zu kurz und um die Zeitspanne t2 zu lang.
Durch Einführen eines weiteren Impuls zuges I3 mit einer Frequenz f3, die um einen der gewünschten Auflösung entsprechenden Faktor höher ist als die Frequenz f1 des unbekannten Impulszuges I1, kann diese Phasenunschärfe ausgemessen werden. Hierzu wird die Zahl der Impulse zwischen jeweils zwei ansteigenden Flanken n0 n1, n1 - n2... nx ~ nu+ des unbekannten Impulszuges I1 gezählt.
Sobald während einer solchen Zählperiode n0 - nl die Torzeit Tc beginnt, werden die Zählerstände bei Beginn ZO und am Ende Z2 dieser Meßperiode sowie bei Beginn Z1 der Torzeit TG gespeichert.
Die Zeitspanne t1 ergibt sich daraus durch Verhältnisbildung der Differenz von Z2 und Z1 bzw. Z2 und Z0.
In der gleichen Weise wird verfahren mit den Zählerständen Z3, Z4, Z5 der Zählperiode nx - nx+1, in die das Ende der Torzeit TG fällt. Auch hier wird die Zeitspann t2 nachgebildet durch das Verhältnis zwischen der Differenz von Z5 und Z3 und der Differenz von Z5 und Z4.
Da während jeder Zählperiode, in der die Torzeit TG beginnt bzw. endet, die Zählerstände neu bestimmt und abgespeichert werden, muß weder die Frequenz f1 des unbekannten Impulszuges I1, noch die Frequenz f3 des weiteren Impulszuges I3 konstant noch langzeitstabil sein. Es genügt eine Stabilität innerhalb jeder Zählperiode.
Während der Torzeit TG werden die ansteigenden Flanken n1, n2... des unbekannten Impulszuges I1 wie bisher üblich gemessen.
Der genaue Wert der Frequenz f1 wird bestimmt nach folgender Gleichung Z2 -Z1 Z5 - Z4 TG . fl =+ Z2 -Z0 - Z5 - Z3 Anhand eines Zahlenbeispiels soll die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare Zeitersparnis erläutert werden. Beträgt beispielsweise die Torzeit TG gleich 1 Sekunde, die während der Torzeit TG gemessene Pulszahl x = 31, und die Zählerstände Z0 = Z3 =0, Z1 = 816, Z2 = 2000, Z4 = 1625 und Z5 = 2000, so errechnet sich die Frequenz f1 zu f1 = 31,4045 Hz.
Die Torzeit beträgt wie gesagt lediglich eine Sekunde. Um mit dem herkömmlichen Frequenzmeßverfahren dieselbe Genauigkeit zu erreichen, müßte die Meßzeit 2000 Sekunden, d.h. über eine halbe Stunde, betragen.
Natürlich ist die Messung der der Phasenunschärfe entsprechenden Zeitspannen t1 bzw. t2 ebenfalls mit der den digitalen Frequenzmeßverfahren eigenen Ungenauigkeit von i 1 behaftet.
Durch die Differenzbildung (t1-+ 1) - (t + 1) heben sich diese systembedingten Fehler gegeneinander auf.
Die Werte der drei Frequenzen f1, f2 bzw. f3 müssen vor Beginn der Messung sinnvoll festgelegt werden. Gegebenenfalls können die durch geeignete Frequenzteiler manuell oder auch automatisch angepaßt werden. Auch wird man in der Praxis die Auf lösung, die durch das Verhältnis der Frequenz f3 zur Frequenz f1 gegeben ist, um etwa den Faktor 10 höher wählen als es dem rein rechnerischen Wert entspricht.

Claims

Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer eines unbekannten Impulszuges (I1), dessen Pulse (n1, n2, ..nx) während einer Torzeit (TG) gezählt werden, worauf aus Pulszahl (x) und Torzeit (TG) die Frequenz (f1) bzw. die Periodendauer (1/f1) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei Pulsen (n0 - n1, n1 - n2, . .n x ,1) des unbekannten Impulszuges (I1) die Pulse eines weiteren Impulszuges (I3), dessen Frequenz (f3) erheblich höher ist als die Frequenz (f1) des unbekannten Impulszuges (11), gezählt werden, daß dann, wenn während einer solchen Zählperiode (nO - n1) der Beginn der Torzeit (TG) erkannt wird, die Zählerstände bei Beginn (ZO) und Ende (Z2) dieser Zählperiode (nO - n1) sowie bei Beginn (Z1) der Torzeit (TG) gespeichert werden, daß dann, wenn während einer der folgenden Zählperioden (nx - nx+1) das Ende der Torzeit (TG) erkannt wird, die Zählerstände bei Beginn (Z3) und Ende (Z5) dieser Zählperiode (n n nx+1) sowie am Ende (Z4) der Torzeit(TG) gespeichert werden, und daß die unbekannteFrequenz (f1) nach der Gleichung TG # f1 = x + Z2 + Z1 - Z5 - Z4 Z2 - Z0 Z5 - Z3 berechnet wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f3) des weiteren Impulszuges (13) um weinigstens den Faktor der gewünschten Auflösung höher ist als die Frequenz (f1) des unbekannten Impulszuges (I1).
3.) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 beim Prüfen oder Eichen von Verbrauchszählern für fluide Medien, wobei Prüfling und Eichnormal in Reihe geschaltet und von derselben Menge des Fluids durchströmt und die Umdrehungen der Meßorgane von Prüfling und Eichnormal miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Umdrehungen des Meßorgans des Eichnormals nach entsprechender Frequenzteilung die Torzeit (TG) abgeleitet wird und daß die Umdrehungen des Meßorgans des Prüflings die unbekannte Impulsfolge (I1) bilden.

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