DE3537189A1 - Elektromagnetischer stroemungsmesser-wandler - Google Patents
Elektromagnetischer stroemungsmesser-wandlerInfo
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Description
Elektromagnetischer Strömungsmesser-Wandler
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser-Wandler
oder -umsetzer (im folgenden einfach als "Wandler" bezeichnet), der eine Abweichung
eines Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal verstärkt und in ein Frequenzsignal umwandelt und
weiterhin letzteres in das genannte Rückkopplungssignal 15
umwandelt; insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung an einem Meßspannen-Einstell- oder -Vorgabeteil
des Wandlers.
Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines
bisherigen Wandlers (oder Umsetzers) zur Gewährleistung von Kompatibilität zwischen dem Wandler und einem
Detektor. Dabei wird einer Eingangsklemme 10 ein auf eine Strömungs- oder Durchsatzmenge bezogenes Eingangssignal
e. aufgeprägt, das von einer Elektrode eines
-1
nicht dargestellten Detektors geliefert und das durch einen Verstärker 11 verstärkt wird. Der Verstärker 11
besitzt einen variablen Verstärkungsgrad (gain), so daß eine Meßkonstante zum Kompensieren von Änderungen der
Detektor-Charakteristik im Wandler gesetzt werden kann.
Eine Abweichung eines von einer Multiplizierstufe 12
gelieferten Rückkopplungssignals e,. vom Ausgangssignal
des Verstärkers 11 wird durch einen Abweich- bzw. Differentialverstärker 13 verstärkt, dessen Ausgangssignal
durch einen Synchron-Gleichrichterkreis 14
synchron zu einer Gleichspannung gleichgerichtet wird.
Diese Gleichspannung wird durch einen Spannung/Frequenz-Wandlerkreis
15 in ein Frequenzsignal umgesetzt, das
eine bestimmte Impulsdauer besitzt und dessen Frequenz 5
der (dem) Gleichspannungs(wert) entspricht. Dieses
Frequenzsignal wird durch einen Frequenz/Strom-Wandlerkreis 16 in einen Gleichstrom umgesetzt, über eine
Ausgangsklemme 17 ausgegeben und gleichzeitig einem Frequenzverhältnis-Wandlerkreis 18 eingespeist. Letzterer
besteht aus einem Verzögerungskreis, einem Frequenzverhältnis-Wählschalter, einem Zähler, einem
Gatter (gate) usw. (vgl. z.B. JP-OS 56-41944). Das Frequenz-Ausgangssignal dieses letzteren Wandlerkreises
18 wird der Multiplizierstufe 12 zugeführt. Ein einem Erregungsstrom proportionales Vergleichssignal e wird
über einen mit einer Erregerspule des Detektors in Reihe geschalteten Widerstand erzeugt und der Multiplizierstufe
12 über eine Klemme 19 eingegeben. Die
Multiplizierstufe 12 besteht z.B. aus Schalterelementen,
20
deren Ein/Ausschalten nach Maßgabe des Frequenz-Ausgangssignals
vom Frequenzverhältnis-Wandlerkreis 18 gesteuert wird, und sie liefert ein Rückkopplungssignal
e,., das dem Produkt aus dem Vergleichssignal e und dem
Frequenz-Ausgangssignal proportional ist. 25
Der Wandler (oder Umsetzer) mit dem beschriebenen Aufbau
nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Wenn die Eingangsfrequenz des Frequenzverhältnis-Wandlerkreises 18 mit
F..., die Ausgangsfrequenz mit F . und ein Frequenz-Demultiplikationsfaktor
(-verhältnis) mit K1 bezeichnet werden, ergibt sich die Beziehung F ..=K..F'. ... Da das
Vergleichssignal e durch die Multiplizierstufe 12 nach Maßgabe der Ausgangsfrequenz abgetastet oder abgegriffen
(sampled) wird, läßt sich das Rückkopplungssignal 35
e,- ausdrücken zu:
ef=Fo1er=K1Fi1er
Wenn
mit mf die Meßkonstante bezeichnet ist, ist im
Verstärker 11 ein Koeffizient 1/m,- zum Kompensieren von
Änderungen oder Schwankungen einer Signalspannung, die auf eine durch den Detektor zu erfassende Strömungsmenge
bezogen ist, gesetzt (set) worden, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 11 zu e./mf wird.
Da die Schaltungsschleife insgesamt so ausgelegt ist,
daß das Ausgangssignal e./m _ des Verstärkers 11 mit dem
Rückkopplungssignal ef koinzidiert, werden folgende
Beziehungen erhalten:
15
15
— - ef * K1Fi1er (2)
mf
k1mf er
Wenn die Beziehung zwischen der Frequenz F... und einem Stromausgangssignal
I 1 an der Ausgangsklemme 17 zu ol
I1 = aiF. . {ei = Konversionskonstante) (4)
vorausgesetzt wird, erhält man folgende Beziehung:
Indem somit in den jeweiligen Fällen ein Satz aus dem Frequenz-Demultiplikationsfaktor K1 und der Meßkonstante
m gesetzt oder vorgegeben (set) wird, ist es
möglich, das Ausmaß der Meßspanne unter Erhaltung der
Kompatibilität zwischen Detektor und Wandler (oder Umsetzer) zu ändern.
Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau eines anderen bisherigen Wandlers (oder Umsetzers), der einen Nullabgleich
(oder eine Nullpunkteinstellung) zuläßt. Dabei wird das Eingangssignal e. durch einen Verstärker 20 verstärkt
x
und über einen Widerstand 21 für Meßspanneneinstellung an
eine invertierende Eingangsseite (-klemme) eines Abweichverstärkers
22 angelegt. Zwischen die invertierende Eingangsseite und die Ausgangsseite des Abweichverstärkers
22 ist eine Parallelschaltung geschaltet, 15
die aus einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1
besteht und die zum Glätten einer Eingangsspannung dient. Andererseits ist eine nicht-invertierende Eingangsseite (-klemme) des Abweichverstärkers 22 an ein
Sammelpotential (Masse) COM angeschlossen. Die Aus-
gangsseite des Abweichverstärkers 22 ist mit einem Synchron-Gleichrichterkreis 23 verbunden, durch den ein
Signal einer Synchron-Gleichrichtung unterworfen und einem Integrator 24 eingegeben wird.
Das Ausgangssignal des Integrators 24 wird durch einen
Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 25 in ein Frequenzsignal F._ umgewandelt, das einem Impulsbreitenkreis 26 aufgeprägt
wird, wodurch dessen Impulsdauer gleichmäßig gestaltet wird, und es dient zum Schließen und Öffnen
eines Schalters SWI. Die Vergleichsspannung e wird der
einen Seite des Schalters SW1 aufgeprägt und entsprechend dem Ausgangsimpuls des Impulsbreitenkreises 26
durchgeschaltet und gesperrt. Das resultierende Ausgangssignal wird über einen Widerstand 2 7 zur invertie-35
renden Eingangsseite des Abweichverstärkers 22 gegen-
S-
gekoppelt, so daß die Eingangsspannung des Abweichverstärkers 22 zu Null wird. Demzufolge wird ein Ausgangssignal
erhalten, dessen Frequenz F.„ dem Eingangs-1^
signal e. entspricht. Dieses Frequenzsignal F._ wird
durch z.B. einen Frequenz/Strom-Wandlerkreis 28 in ein Stromausgangssignal I „ umgesetzt und an der Ausgangsklemme
17 geliefert. Ein Nullpunkt in bezug auf eine
einzustellende oder vorgegebene Meßspanne kann dadurch 10
eingestellt werden, daß die Vergleichsspannung e dividiert und die erhaltene Spannung über einen Widerstand
29 für Nullabgleich an die invertierende Eingangsseite (-) des Abweichverstärkers angelegt wird.
Die bisherige Anordnung nach Fig. 1 ist jedoch mit den folgenden Nachteilen behaftet:
1 . Da der zum Einstellen oder Vorgeben der Meßspanne des Wandlers (oder Umsetzers) verwendete Frequenz-
verhältnis-Wandlerkreis aus einem Verzögerungskreis, einem Gatter (gate) und einem Binär- oder
Dezimalzähler aufgebaut ist, besitzt er einen komplizierten Aufbau. Da auf dem Gebiet elektromagnetischer
Strömungsmesser insbesondere ein immer
höherer Genauigkeitsgrad angestrebt wird, ist die Einstellung (setting) der Meßspanne mit einem (eine
Toleranz) von 0,1% nicht übersteigenden Genauigkeitsgrad wünschenswert, und es wird derzeit ein
Einstellkreis benötigt, der eine vierstellige Dezi-
malzahl zu verarbeiten vermag; wenn der Meßspannen-Einstellkreis aus Zählern aufgebaut ist, wird er
mithin kompliziert im Aufbau.
2. Beim elektromagnetischen Strömungsmesser variiert
die Größe des Ausgangssignals des Detektors von
Detektor zu Detektor geringfügig. Um deshalb einen Meßspannenfehler bei der Paarung eines beliebigen
Detektors und Wandlers auszuschließen, wird die Meß-5
konstante (meter constant), die das Ausmaß der Änderung der vom Detektor abgegebenen Signalspannung
darstellt, für jeden einzelnen Detektor bestimmt, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers der ersten
Stufe des Wandlers wird entsprechend der dem einge-
bauten Detektor eigenen Meßkonstante justiert. Um unter diesen Bedingungen den Verstärkungsgrad des
Verstärkers 11 einstellen zu können, wird ein analoger
Spannungsteilerkreis, wie ein Potentiometer, benötigt. Dabei ist es schwierig, einen Genauigkeitsgrad
einer Toleranz von nicht mehr als 0,1% zu
gewährleisten.
Die bisherige Anordnung nach Fig. 3 ist weiterhin mit den nachstehend aufgeführten Problemen behaftet:
3. Beim Wandler (oder Umsetzer) nach Fig. 2 wird die Meßspanne durch Einstellung des Widerstands 21 geändert; der Genauigkeitsgrad bei der Einstellung der
Meßspanne hängt mithin vom Genauigkeitsgrad des
Widerstands 21 ab. Es ist daher erforderlich, den Widerstandswert genau einzustellen oder vorzugeben;
diese Einstellmaßnahme unterliegt jedoch wegen ihres analogen Einstellsystems einer Einschränkung.
4. Da weiterhin beim oben geschilderten Vorgehen das
Stromausgangssignal I _ eingestellt und auf 0% gebracht
wird, wenn die Frequenz F.- gleich Null ist, verringert sich dieses Stromausgangssignal I 5 nicht über
0% hinaus, auch wenn der Widerstand 29 eingestellt und sein Widerstandswert auf eine Größe unter der-
-r
jenigen entsprechend 0% gesetzt wird; die Nullpunkteinstellung gestaltet sich somit schwierig.
Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Mangel des
Stands der Technik liegt damit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein digitales Vorgabe- oder Einstellsystem
zu schaffen, mit dem die Meßspanne eines Wandlers (oder Umsetzers) mit hohem Genauigkeitsgrad ein-
stellbar ist.
Erfindungsgemäß soll die Einstellung des Nullpunkts einfach und ohne Einführung einer Interferenz bzw.
einer gegenseitigen Beeinflussung zwischen der Meß-
spannenvorgabe und der Nullpunkteinstellung durchführbar
sein.
Die Erfindung bezweckt damit insbesondere die Schaffung eines Wandlers (oder Umsetzers), der mit jedem belie-
bigen Detektor kompatibel ist.
Diese Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Strömungsmesser-Wandler
erfindungsgemäß gelöst durch einen Abweichverstärker zum Verstärken einer Abweichung eines
Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal, einen Wandlerkreis zum Umwandeln des verstärkten Ausgangssignals
des Abweichverstärkers in ein Frequenzsignal, eine erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum Frequenz-Demultiplizieren
des Frequenzsignals, eine digi-
tale Einstell- oder Vorgabeeinheit zum Vorgeben eines Frequenz-Demultiplikationsfaktors der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe
und eine erste Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer Vergleichsspannung
zwecks Lieferung des Rückkopplungs-
-t™-—·-
signals, wobei das Produkt aus einer Meßkonstante eines
Strömungsmengen-Detektors zur Bestimmung einer Strömungsmenge
und eine gegebene Gesamtmeßbereich-Strö-5
mungsgeschwindigkeit in der digitalen Vorgabeeinheit
setzbar ist.
Zum Einstellen und Erweitern des Bereichs des Nullabgleichs (oder der Nullpunkteinstellung) auf eine Größe
von weniger als 0%, ohne eine gegenseitige Beeinflussuncr zwischen Nullabgleich und Meßspanneneinstellung
herbeizuführen, kann der erfindungsgemäße Wandler weiterhin
einen Oszillator, eine zweite Impulsfrequenz-Multiplizierstufe
(rate multiplier) zum Frequenz-Demultiplizieren der Ausgangsfrequenz des Oszillators und
eine zweite Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der genannten Multiplizierstufe mit
einer auf die Vergleichsspannung bezogenen Nullpunktspannung, um die Ergebnisse zum Rückkopplungssignal· zu
addieren, aufweisen, wobei die digitale Vorgabeeinheit (setting unit) jeweiis denselben Frequenz-Demultiplikationsfaktor
in erster und zweiter Impulsfrequenz-Multiplizierstufe setzt.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bisherigen Wandlers
(oder Umsetzers) zur Gewährleistung von Kompatibilität
zwischen dem Wandler und einem Detektor,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bisherigen Wandlers, der einen Nullabgleich erlaubt,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Wandlers (oder Umsetzers) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
der eine digitale Einstellung oder Vorgabe einer Meßspanne zuläßt,
Fig. 4 eine graphische Darstellung von Wellenformen zur Darstellung der Eingangs- und Ausgangswellenformen
einer Meßspannen-Vorgabeeinheit beim Wandler nach Fig. 3,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Abwandlung des Wandlers nach Fig. 3,
Fig. 6 eine graphische Darstellung von an verschiedenen Abschnitten des Wandlers nach Fig. 5
auftretenden Wellenformen und
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungs- v form der Erfindung, bei der keine Interferenz
bzw. gegenseitige Beeinflussung zwischen der Nullpunkteinstellung und der Meßspanneneinstellung
oder -vorgabe auftritt.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden,
In den Fig. 3 bis 7 sind Schaltungselemente, welche dieselben Funktionen besitzen wie die entsprechenden
Elemente bei den bisherigen Anordnungen (nach Fig. 1 °^ und 2), mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet
und nicht mehr besonders beschrieben.
Die Anordnung nach Fig. 3 enthält eine Meßspannen-Vorgabeeinheit 30, mit der eine Meßspanne digital eingestellt
oder vorgegeben (set) werden kann. Die Vorgabe-
einheit 30 dividiert zu diesem Zweck die von einem Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 31 gelieferte Eingangsfrequenz F. ,. nach Maßgabe einer Einstell- oder Vorgabe-1^
größe zur Lieferung einer Ausgangsfrequenz F ^.
Die Vorgabeeinheit 30 besteht insbesondere aus vier Dezimal-Impulsfrequenzmultiplizierstufen RM11 - RM14,
und sie vermag die Eingangsfrequenz F._ durch ein(en)
ld
vierstelligen Frequenz-Demultiplikations- bzw. -Divisionsfaktor oder -verhältnis (1 - 9999) zu dividieren,
d.h. sie vermag ein Ausgangssignal zu liefern, dessen Frequenz von 1/10 000 bis 9999/10 000 der Eingangsfrequenz reicht. Um den Frequenz-Demultiplikations-
faktor (demultiplication factor) in der Vorgabeeinheit
zu setzen, sind an die betreffenden Multiplizierstufen RM1 1 - RM14 Setz- oder Vorgabeschalter SWI1 - SW14, die
als digitale Vorgabeelemente wirken, angeschlossen, mit
4 denen jede Zahl von vier Dezimalstellen, (nämlich) 10 ,
3 2 1
10 , 10 , 10 , gesetzt werden kann.
Zur Sicherstellung von Kompatibilität zwischen dem Detektor und dem Wandler ermöglicht die Ausführungsform
nach Fig. 3 die Einstellung oder Vorgabe einer Größe
entsprechend dem Produkt aus einer vorgegebenen Gesamtmeßbereich-Geschwindigkeit
der Strömung und einer Meßkonstante des Detektors mittels der Vorgabeschalter SK11 - SW14; dies bedeutet, daß es möglich ist, auch
die Meßkonstante vorzugeben.
30
30
Fig. 4 is eine graphische Darstellung der Eingangs- und Ausgangsfrequenzwellenformen der Meßspannen-Vorgabeeinheit
30. Die Wellenform (A) bezieht sich auf die Eingangsfrequenz F.-, die Wellenform (B) auf die Aus-
_ l3
gangsfrequenz F ,.
Wenn ein in der vierstelligen Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zu setzender Dateneingang S mit z.B.
S=1234 gewählt ist, enthält im Vergleich zur Wellenform
5
der Eingangsfrequenz (F.3) gemäß Fig. 4(A), die 1000
Impulse in einem gegebenen Intervall enthält, die Ausgangsfrequenz
F ^ 1234 Impulse, d.h. F ,=1234, und sie
besitzt eine in Fig. 4(B) gezeigte Impulsreihe mit
unbesetzten Sägezahnpositionen. Da mithin die Ausgans-10
wellenform der Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zu
einer Impulsreihe mit einigen unbesetzten Sägezahnpositionen wird, verringert sich das EIN/AUS-Verhältnis
der Impulse nach der Frequenz-Demultiplikation (bzw. Multiplikationsauflösung) im Vergleich zum vorherigen
Verhältnis proportional zur Zahl der unbesetzten Sägezahnpositionen
.
Auf diese Weise kann bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine einfach aufgebaute, kostensparende und auf
jeden gewünschten Frequenz-Demultiplikationsfaktor
setzbare digitale Meßspannen-Vorgabeeinheit durch Zusammenschalten von dezimalen Impulsfrequenz-Multiplizier(stufen)segmenten
und entsprechenden Vorgabeschaltern aufgebaut werden, wobei die Zahl der Stellen be-
liebig gewählt werden kann.
Fig. 5 veranschaulicht eine Abwandlung des Wandlers nach Fig. 3. Bei der Anordnung nach Fig. 5 wird eine
Ausgangsfrequenz F , durch Dividieren einer Eingangs-
frequenz F.. durch die Meßspannen-Vorgabeeinheit 30 nach Fig. 3 erhalten, mittels eines Frequenz-Demultiplizierkreises
32 entsprechend einer Zahl 1/N weiter zu F j. dividiert; dieses Ausgangssignal F _ wird durch
einen Impulsbreiten(dauer)kreis 33, der z.B. aus einem
monostabilen (Multivibrator-)Kreis bestehen kann, in
eine Impulsreihe einer bestimmten Dauer umgesetzt, und die resultierende Impulsreihe wird in der Multiplizierstufe
12 mit dem Vergleichssignal e multipliziert. ο
Während die die Impulsfrequenz- Multiplizierstufe (rate multiplier) als Meßspannen-Vorgabeeinheit 30 verwendende
Ausführungsform nach Fig. 3 die Ausgangsfrequenz gemäß Fig. 4(B) liefert, die eine Impulsreihe mit dis-
kreten und dichten Abschnitten aufgrund der unbesetzten Sägezahnpositionen bildet und die Schwankungen in das
Ausgangssignal einführt, ist die Ausfuhrungsform (Abwandlung) nach Fig. 5 diesbezüglich verbessert.
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung von Wellenformen
zur Veranschaulichung der Wirkungen des durch den Wandler nach Fig. 5 durchgeführten Frequenz-Demultiplikationsprozesses.
Fig. 6(A) zeigt dabei die Ausgangsfrequenz F . der Meßspannen-Vorgabeeinheit 30,
während die Fig. 6(B) bis 6(D) die Wellenformen der Ausgangsfrequenz F 5 des Frequenz-Demultiplizierkreises
32 veranschaulichen. Insbesondere entsprechen die Wellenform (B) einer 1/2-Frequenzteilung (-Demultiplikation),
die Wellenform (C) einer 1/22-Frequenzteilung
und die Wellenform (D) einer 1/2 -Frequenzteilung. Wie aus diesen Wellenformen hervorgeht, nimmt das Ausgangssignal
mit einer Erhöhung des Frequenz-Demultiplikationsfaktors allmählich eine bestimmte Periode an.
Schwankungen des Ausgangssignals werden mithin bei Ver-
wendung des Frequenz-Demultiplikationskreises verringert.
Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher der Abweichverstärker 22 an seiner invertierenden Eingangsseite (-) die Summe aus
/Λ
-νί-
dem im Verstärker 20 verstärkten und über einen Widerstand 34 zugeführten Eingangssignal, einer Spannung für
Nullabgleich, die durch Spannungsteilung der Vergleichs-5
spannung e erzeugt und über den Widerstand 29 und den Schalter SW2 geliefert wird, und der über den Schalter
SW1 zugeführten Rückkopplungsspannung abnimmt. Das Ausgangssignal des Abweichverstärkers 22 wird durch den
Synchron-Gleichrichterkreis 23 in eine Gleichspannung umgewandelt, und diese resultierende Gleichspannung
wird durch den Integrator 24 und einen Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 35 in ein Frequenzsignal F.,. umgesetzt.
Eine Impulsfrequenz-Multiplizier(stufen)einheit
RMA kann beispielsweise vier Stellen (digits) behandeln, 15
und sie dividiert die Eingangsfrequenz F15 zwecks Lieferung
der Ergebnisse zu einem Impulsbreitenkreis 36. Letzterer vergleichmäßigt die Impulsdauer der Ausgangsfrequenz
F r der Multipliziereinheit RMA zur Lieferung
eines Steuersignals zum Schließen und Öffnen des Schal-20
ters SW1.
Zusätzlich zur obigen Impulsfrequenz-Multipliziereinheit
RMA ist eine weitere Impulsfrequenz-Multipliziereinheit RMB vorgesehen, der eine bestimmte Bezugsfre-
quenz F z.B. von einem Oszillator 37 aufgeprägt wird. Ein einem Frequenz-Demultiplikationsfaktor K_ identischer
Frequenz-Demultiplikationsfaktor zur Bestimmung der Meßspanne wird mittels einer digitalen Vorgabeeinheit
38 eingegeben (set in). Das von der Einheit RMB
gelieferte dividierte Frequenzsignal wird durch einen Impulsbreitenkreis 39 zu einer Impulsreihe geändert, um
den Schalter SW2 zu schließen und zu öffnen. An der einen Seite des Schalters SW2 liegt eine Spannung e1
für Nullabgleich an, die durch Dividieren der Vergleichs-
spannung e erhalten wird.
Bei der beschriebenen Anordnung bestimmt sich eine Nullabgleichspannung e zu K_f e1. Wenn der Verstärkungsgrad
der Einfachheit halber zu 1 vorausgesetzt wird, gilt an der Eingangsseite des Abweichverstärkers
22 folgende Beziehung:
ei + ez - K2Fi5er (6)
Unter Heranziehung der Beziehung e =K„f e1 ergibt sich
2 Z Γ Ζ
folgendes:
e e' f
1 K e
1 K e
Das erste Glied (term) an der rechten Seite ist ein dem Eingangssignal e. proportionales Glied, während das
zweite Glied nicht vom Frequenz-Demultiplikationsfaktor
K_ abhängt, sondern durch die Nullabgleichspannung e
Z
z
bestimmt wird. Infolgedessen kann eine Interferenz bzw.
gegenseitige Beinflussung zwischen Meßspanneneinstellung und Nullabgleich ausgeschaltet werden.
Um weiterhin eine Erweiterung eines variablen Bereichs
des Nullabgleichs in Richtung auf eine Größe kleiner als 0% zu ermöglichen, wird die Größe e so gesetzt
oder vorgegeben, daß die Frequenz F. ,. eine gegebene
Größe f annimmt, wenn das Eingangssignal e.=0 entspricht. Durch Einsetzen von e.=0 und F.c=f in Glei-ι
15 ο
chung (7) ergibt sich mithin folgendes:
Dies bedeutet, daß die obige Beziehung nicht vom Fre-
quenz-Demultiplikationsfaktor K„ abhängt.
Infolgedessen besteht keine Interferenz oder gegenseitige
Beeinflussung zwischen der Meßspanneneinstellung und dem Nullabgleich; die Meßspanne kann daher
5
digital mit hohem Genauigkeitsgrad eingestellt oder vorgegeben werden, und die Einstellung oder Vorgabe des
Nullpunkts ist ebenfalls mit hoher Genauigkeit möglich. Die Ausgangsgröße f entsprechend dem Eingangssignal
e.=0 des Spannung/Frequenz-Wandlerkreises 35 wird durch x
einen Abzieh- oder Subtrahierkreis 40 von der Ausgangsgröße f entsprechend dem Eingangssignal e.Φ0 abgezogen.
An einer Ausgangsklemme 41 liegt sodann ein Impuls-Ausgangssignal entsprechend dem Eingangssignal an.
Wenn zudem der Erregungsstrom stabil ist, kann das Vergleichssignal
e durch eine feste Spannung ersetzt werden, die von einer vom Erregungsstrom unabhängigen
Spannungsquelle geliefert wird.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ergibt, bietet die Erfindung die
folgenden Wirkungen und Vorteile:
1. Da die digitale Meßspannen-Vorgabeeinheit im Rück-
kopplungskreis des Wandlers (oder Umsetzers) zum Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals vorgesehen
ist und das Produkt aus der Meßkonstante des Detektors und der Meßbereich-Strömungsgeschwindigkeit
in der digitalen Vorgabeeinheit gesetzt wird,
kann die Meßspanne mit hohem Genauigkeitsgrad vorgegeben werden, und Kompabilität zwischen dem Detektor
und dem Wandler wird mit einem einfachen Schaltungsaufbau gewährleistet. Da es weiterhin nicht
nötig ist, eine Kombination aus einer Analog- und
einer Digitalschaltung zu verwenden, ist der Aufbau
des erfindungsgemäßen Wandlers entsprechend vereinfacht.
2. Da die gleiche Gruppe von Schaltern die Einstellung
der Meßspanne ermöglicht und die Kompatibilität mit dem Detektor sicherstellt, ist der erfindungsgemäße
Wandler wirtschaftlich ausgelegt.
3. Da die beiden, jeweils die Impulsfrequenz-Multipliziereinheit enthaltenden Wege vorgesehen sind und
von der digitalen Vorgabeeinheit der gleiche Frequenz-Demultiplikationsfaktor
durch Umschaltung zu den betreffenden Wegen geliefert wird, wodurch die
Rückkopplungsspannung und die Nullabgleichspannung relativ zueinander geändert werden, können die Meßspanne
mittels eines digitalen Systems mit hoher Genauigkeit geändert, der Bereich des Nullabgleichs
eingestellt und auf eine Größe von unter 0% erwei-
tert und eine Interferenz oder gegenseitige Beeinflussung
zwischen Nullabgleich und Meßspanneneinstellung verhindert werden. Diese Vorteile können
beim Stand der Technik nicht erzielt werden.
Claims (8)
1. Elektromagnetischer Strömungsmesser-Wandler,
gekennzeichnet durch 10
einen Abweichverstärker zum Verstärken einer Abweichung eines Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal,
einen Wandlerkreis zum Umwandeln des verstärkten Ausgangssignals des Abweichverstärkers in ein Frequenzsignal ,
eine erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals,
eine digitale Einstell- oder Vorgabeeinheit z'um Vorgeben eines Frequenz-Demultiplikationsfaktors der
ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe und
eine erste Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe
mit einer Vergleichsspannung zwecks Lieferung des Rückkopplungssignals,
wobei das Produkt aus einer Meßkonstante eines Strömungsmengen-Detektors zur Bestimmung einer
Strömungsmenge und eine gegebene Gesamtmeßbereich-Strömungsgeschwindigkeit in der digitalen Vorgabeeinheit
setzbar ist.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe (rate
multiplier) eine Dezimal-Impulsfrequenzmultiplizierstufe
ist.
3. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Frequenz-Demultipliziereinheit zum Umsetzen des Ausgangssignals
der ersten Impulsfrequenz-Multiplizier-
stufe in eine Impulsreihe einer im wesentlichen gleichmäßigen Impulsdauer und zum Liefern der Impulsbreite
zur ersten Multipliziereinheit.
4. Elektromagnetischer Strömungsmesser-Wandler,
gekennzeichnet durch
einen Abweichverstärker zum Verstärken einer Abweichung eines Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal
,
einen Wandlerkreis zum Umwandeln des verstärkten Ausgangssignals des Abweichverstärkers in ein Frequenzsignal
,
eine erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum
Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals, eine erste Multipliziereinheit zum Multiplizieren
des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer Vergleichsspannung zwecks
Lieferung des Rückkopplungssignals, einen Oszillator zur Erzeugung einer Bezugsfrequenz,
eine zweite Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum
Frequenz-Demultiplizieren der Bezugsfrequenz, eine zweite Multipliziereinheit zum Multiplizieren
des Ausgangssignals der zweiten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer auf die Vergleichsspannung
bezogenen Nullpunktspannung zwecks Lieferung eines
zum Rückkopplungssignal zu addierenden Ausgangssignals und
eine digitale Einstell- oder Vorgabeeinheit zum Vorgeben jeweils desselben Demultiplikationsfaktors in
erster und zweiter Impulsfrequenz-Multiplizierstufe.
35
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als erste und zweite Impulsfrequenz-Multiplizierstufe
jeweils Dezimal-Impulsfrequenzmultiplizier-
stufen vorgesehen sind.
6. Wandler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Frequenz-Demultipliziereinheiten zum Umsetzen jedes
Ausgangssignals von erster und zweiter Impulsfrequenz-Multiplizierstufe
in eine Impulsreihe einer im wesentlichen gleichmäßigen Impulsdauer und zum Liefern jeder Impulsreihe zur betreffenden ersten
bzw. zweiten Multiplizierstufe.
7. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Produkt aus einer Meßkonstante eines Strömungsmengen-Detektors
zur Bestimmung einer Strömungsmenge und eine gegebene Gesamtmeßbereich-Strömungsgeschwindigkeit
in der digitalen Vorgabeeinheit setzbar ist. 20
8. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsausgangssignal durch eine Äbzieh- oder Subtrahierschaltung
durch Abziehen einer bestimmten Größe vom
Ausgangssignal von der (einer) Spannung/Frequenz-25
Wandlerschaltung erhaltbar ist.
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