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Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Amplitudenverlaufs bei Digital-Analog-Wandlern
Zur Erfassung und Weiterverarbeitung von Mess- und Regelsignalen schnell veränderlicher Vorgänge werden in verstärktem Masse elektronische Geräte verwendet, die irgend eine analoge physikalische Grö- sse in eine Frequenz oder Impulsfolge umwandeln, verstärken und sie anschliessend wieder in einen analogen Spannungs- oder Strombereich überführen. Ziel derartiger Messverfahren ist es, die systembedingte strenge Proportionalität der Messgebergrösse zur Ausgangsgrösse vorteilhaft auszunutzen, wie es z. B. bei der Umformung von einer Drehzahl in eine proportionale Frequenz leicht der Fall ist. Bei der Verstärkung kann man sich mehrerer Kippstufen bedienen und umgeht dadurch den Weg der Gleichstromverstärkung.
Bei der Rückwandlung der Impulse in einen analogen Spannungswert treten jedoch Abweichungen auf, die vor allem an der oberen Grenze des Messbereiches nicht mehr vernachlässigbar sind. So beträgt bei einer bekannten Anordnung eines elektronischen Drehzahlmessers der Messfehler zirka 80/0 in einem Messbereich von der niedrigsten zur höchsten Drehzahl von 1 : 10. Man ist daher gezwungen, den Messbereich der bekannten Anordnung auf 1 : 3 einzuschränken, um den Fehler in erträglichen Grenzen zu halten. Um jedoch bei der bekannten Anordnung einen grossen Frequenzbereich überstreichen zu können, wird auf die Möglichkeit der Frequenztransformation zurückgegriffen. Hiezu wird jedoch ein erheblicher Aufwand an Schaltmitteln, z. B. Relais und Frequenzwandler, erforderlich. Ausserdem besteht diese Möglichkeit nur bei der Drehzahlmessung.
Will man z. B. an Hauptantrieben von Arbeitsmaschinen einen durchgehenden Drehzahlregelbereich im Verhältnis von mindestens 1 : 30 überstreichen, wobei der Fehler unter 10/0 bleiben soll, so ist die bekannte Schaltung für diesen Zweck nicht verwendbar.
Der Gegenstand der Erfindung, der eine Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Amplitudenverlaufes bei DigitalAnalog-Wandlern mit einem elektronischen Drehzahlmessumformer, bei welchem innerhalb des durch ein Verhältnis von 1 : 3 zwischen der niedrigsten und der höchsten Drehzahl bestimmten Messbereiches die Ausgangsgrösse proportional der anliegenden Drehzahl ist, bestehend aus einer Impulsformerstufe, die über ein R-C-Glied, einen monostabilen Multivibrator und ein Glättungsfilter mit einer Korrekturschaltung verbunden ist, betrifft, löst die Aufgabe, die im Hinblick auf eine Drehzahlregelung bestehenden Mängel der bekannten Anordnung eines elektronischen Drehzahlmessers zu vermeiden, einen extrem grossen Messbereich im Verhältnis 1 :
300 zu erreichen und ohne Umschaltung die bereits erwähnten Linearitätsabweichungen zu beseitigen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass zwei hintereinandergeschaltete Kathoden-Verstärker- stufen (in Röhren-oder Halbleiterschaltung) vorgesehen sind, wobei die Ausgangsspannung der einen Kathoden-Verstärkerstufe über in Reihe geschaltete Stabilisatorröhren (oder Zenerdioden) an einem Spannungsteiler liegt, so dass ein Teilbetrag des Spannungsabfalles über einen Punkt des Spannungsteilers an die Kathoden des monostabilen Multivibrators geschaltet ist, wodurch eine von der Messfrequenz abgeleitete Grösse die Betriebsspannung des monostabilen Multivibrators so erhöht, dass die Ausgangsgrösse der Messfrequenz innerhalb des durch ein Verhältnis von 1 : 300 zwischen der niedrigsten und der höchsten Drehzahl gegebenen Bereiches streng proportional zur Eingangsfrequenz oder Drehzahl ist.
In der Zeichnung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles ein Frequenz- bzw. Drehzahlmessumformer mit extrem grossem Messbereich gezeigt. An den Eingang E der erfindungsgemässen Schaltungsan-
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taktbehafteter oder phqtoelektrischer Abtastung verwendet wird. Die Spannungsimpulse von beliebiger Kurvenform werden in einer Impulsformerstufe 1 (Schmitt-Trigger) in Rechteckimpulse verwandelt und gelangen differenziert auf einen monostabilen Multivibrator 2. Ein Glättungsfilter 3 ist so dimensioniert, dass es die Spannungsimpulse konstanter Breite zu einer welligkeitsfreien Gleichspannung inte- griert, die eine Kathoden-Verstärkerstufe 4 beaufschlagt, an deren Ausgang A die lineare Ausgangsspannung UA abgenommen werden kann.
Nach der Erfindung wird eine weitere Kathoden-Verstärkerstufe 5 dazu verwendet, die Spannung Un am Punkt S des Spannungsteilers 8 so zu beeinflussen, dass die Betriebsspannung U des Multivibrators 2 bei grösser werdender Ausgangsspannung UA erhöht wird. Zur Überbrückung des Gleichspannungspotentals der Kathode der Kathoden-Verstärkerstufe 5 zum Spannungsteiler 8 dienen die Stabilisatorröhren 6 und 7. AmPunkt S des Spannungsteilers 8 kann die Spannung UH so eingestellt werden, dass die schon bei einem Verhältnis von 1 : 3 beginnende Nichtlinearität der bekannten Anordnung beseitigt wird, während beim Erfindungsgegenstand über einen extrem grossen Messbereich im Verhältnis 1 : 300 nur eine Abweichung kleiner als 1% vom Endwert zu verzeichnen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zurLinearisierung desAmplitudenverlaufes bei Digital-Analog-Wandlern mit einem elektronischen Drehzahlmessumformer, bei welchem innerhalb des durch ein Verhältnis von 1 : 3 zwischen der niedrigsten und der höchsten Drehzahl bestimmten Messbereiches die Ausgangsgrösse proportional der anliegenden Drehzahl ist, bestehend aus einer Impulsformerstufe, die über ein R-C-Glied, einen monostabilen Multivibrator und einGlättungsfilter mit einerKorrekturschaltung verbunden ist, da-
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stärkerstufe (5) über in Reihe geschaltete Stabilisatorröhren (6 :
7) (oder Zenerdioden) an einem Spannungsteiler (8) liegt, so dass ein Teilbetrag des Spannungsabfalles über einen Punkt (S) des Spannungsteilers (8) an die Kathoden des monostabilen Multivibrators (2) geschaltet ist, wodurch eine von der Messfre- quenz abgeleitete Grosse die Betriebsspannung (U) des monostabilen Multivibrators so erhöht, dass die Ausgangsgrösse (UA) der Messfrequenz (f) innerhalb des durch ein Verhältnis von 1 : 300 zwischen der niedrigsten und der höchsten Drehzahl gegebenen Bereiches streng proportional zur Eingangsfrequenzoder Drehzahl ist.
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