CH615505A5 - - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten Weise durch die Primär- oder Sekundärmessgrösse beeinflusst des Schwingungszustandes einer Schwinganordnung in einem werden, und dadurch eine Frequenzänderung bewirken, die mit

Messumformer und zur Zufuhr von Energie an die Schwingan- bekannten Verfahren gemessen werden kann.

Ordnung, wobei mindestens ein die Frequenz bestimmender Zufolge des Umstandes, dass die in der Praxis anwendbaren

Parameter in der Schwinganordnung durch eine Messgrösse 60 Schwinganordnungen stets mit Verlusten in Form elektrischer beeinflusst wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vor- Widerstandsverluste oder mechanischer Reibungsverluste richtung zur Ausführung des Verfahrens. behaftet sind, muss der Schwinganordnung Energie zugeführt

Messumformer verschiedenster Art und unterschiedlichsten werden, damit diese imstande ist, während einer längeren Zeit-

Aufbaus werden zum Umformen chemischer oder physikali- periode die Schwingung aufrechtzuerhalten. Diese Zusatzener-

scher Primärmessgrössen in ein Signal verwendet, das zum ft5 gie wird in der Weise erhalten, dass die Schwingung durch ein

Übertragen und zur Weiterverarbeitung besser geeignet ist, als geeignetes Verfahren gemessen, verstärkt und an die Schwing-

die Primärmessgrösse. Im allgemeinen wird diese Umwandlung anordnung in einer solchen Phase zurückgeführt ist, dass der so durchgeführt, dass die Primärmessgrösse durch geeignete Schwingung eine Zusatzenergie zugeführt wird. Ein Beispiel für

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diese seit langem bekannte Technik sind die verschiedenen Oszillatorankopplungen, die auf dem Gebiet der Radiotechnik angetroffen werden. Ein entsprechendes Verfahren wird bei mechanischen Schwinganordnungen verwendet, zum Beispiel bei Schwinggabeloszillatoren oder -messumformern, die auf Frequenzänderungen einer schwingenden Saite basieren. Bei diesen Konstruktionen werden die mechanisch schwingenden Teile durch geeignete Mittel, wie einem Elektromagneten erregt, und die Bewegung oder Geschwindigkeit der Schwinganordnung wird mit einem anderen, dafür geeigneten Element, wie zum Beispiel einer Dauermagnetspule gemessen. Zufolge der mechanischen Schwingung wird eine Spannung in der Dauermagnetspule erzeugt, die nach Verstärkung der Erregerspule zugeführt wird, wodurch die Spannung konstantgehalten wird. Wenn sich dieses Verfahren der Spannungskonstanthaltung auch für viele Anwendungsfälle als befriedigend bewährt hat, so hat es doch mehrere Nachteile, insbesondere bei Anwendung auf Messumformer.

Die bekannten, oben beschriebenen Verfahren der Spannungskonstanthaltung in einer Schwinganordnung erfordern nebst der eigentlichen Schwinganordnung, dass ein weiteres Konstruktionselement mit eingebaut wird, um eine Messung des Schwingungszustandes der Schwinganordnung zu ermöglichen, so dass Energie in die Schwinganordnung zurückgespeist werden kann und dadurch die Schwingkreisverluste kompensiert werden können. Die Einfügung eines solchen Messelementes kompliziert die Konstruktion und ist auch mit einer Zunahme der Konstruktionskosten verbunden. Überdies kann unter Berücksichtigung der Genauigkeit und Stabilität die Konstruktion nicht auf die geeignete Weise ausgebildet werden.

Ausserdem können die bekannten Verfahren erfordern,

dass auch zwei Signalpfade vorhanden sind, der eine zur Zuführung der notwendigen Zusatzenergie und der andere zum Abtasten des Schwingungszustandes der Schwinganordnung. Dies bedeutet sowohl eine technische Komplikation als auch eine wirtschaftliche Belastung für die Konstruktion. Die technische Komplikation ergibt sich aus dem Umstand, dass beide Signalpfade eindeutig voneinander getrennt werden müssen, so dass keine Energieübertragung stattfinden kann. Wenn die Pfade nicht sauber voneinander getrennt werden, kann eine Schwingung entstehen, deren Frequenz keine Funktion des Parameter der Schwinganordnung ist. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus bedeutet die Verdoppelung der Anzahl Signalpfade, dass die Anzahl in einer elektrischen Schaltung erforderlichen Drähte oder Leitungen zunimmt, und dass diese Drähte oder Leitungen auch auf die bestmögliche Art und Weise voneinander getrennt werden müssen. Diese Nachteile treffen insbesondere auf Messwertumformer zu, die unter schwierigen Umgebungsbedingungen arbeiten und somit eine spezielle Anordnung der Signalleitungen erfordern.

Die beim Stand der Technik vorhandenen Nachteile haben sich als von dereut grosser, praktischer Bedeutung erwiesen,

dass sie die oben angegebenen Vorteile eines frequenzmodulierten Signals überschattet und dadurch eine Entwicklung verhindert haben, die an sich für Messumformer erwünscht ist, die ein frequenzmoduliertes Ausgangssignal haben.

Durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäss vorliegender Erfindung können die nach dem Stand der Technik vorhandenen Nachteile vermieden werden. Zu diesem Zwecke ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Abtasten des Schwingungszustandes der Schwinganordnung über den gleichen Signalpfad erfolgt, der zum Zuführen der Energie in der Form von Impulsen mit dazwischenliegenden Intervallen, welche Intervalle länger sind als eine ganze Schwingungsperiode der Schwingunganordnung verwendet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung können für mechanische, elektrische oder akustische Schwinganordnungen oder deren Kombinationen verwendet werden. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass mechanische Schwinganordnungen in 5 Messwertumformern mit frequenzmodulierten Ausgangssignalen gewisse Vorteile gegenüber elektrischen Schwinganordnungen aufweisen. In der nachfolgenden Beschreibung werden Verfahren und Vorrichtungen, die sowohl mechanische als auch elektrische Schwinganordnungen enthalten angegeben.

io In dem angegebenen Verfahren kann die Energie der Schwinganordnung vorzugsweise während einer Impulsdauer zugeführt werden, die kürzer als das Intervall zwischen dem Ende einer Energiezufuhr und dem Beginn der nächstfolgenden Energiezufuhr ist.

15 Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, durch welche das 2d erfindungsgemässe Verfahren unter Verwendung einer mechanischen Schwinganordnung ausgeführt werden kann,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform unter Verwendung einer elektrischen Schwinganordnung, und

25 Fig. 3 und 4 eine schematische Darstellung weiterer Ausführungsformen unter Verwendung mechanischer Schwinganordnungen.

Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird das Abtasten des Schwingungszustandes einer Schwinganordnung eines 3o Messumformers über den gleichen Signalpfad durchgeführt, der zum Zuführen der Energie zum Erhalt der Schwingung in der Schwinganordnung verwendet wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens enthält einen Messumformer 1, der eine mechani-35 sehe Schwinganordnung enthält, die in diesem Fall von einem Schwingband 2 gebildet wird. Das Band, das gekrümmt eingezeichnet ist, ist zwischen zwei Befestigungspunkten montiert und kann ein Schwingband sein wie in der schwedischen Patentschrift Nr. 332 902 beschrieben. Der Messumformer 1 enthält 40 des weiteren Mittel zum Abtasten des Zustandes der Schwinganordnung und zum Zuführen von Energie an die Schwinganordnung, was in diesem Falle mit einer Spule 3 erfolgt. Die Spule 3 ist in der Nähe des Bandes angeordnet und so ausgebildet, dass ein Stromimpuls durch die Spule einen Kraftimpuls im 45 Band auslöst, wenn eine Bewegung im Band eine Spannung über der Spule erzeugt. Des weitern ist der Messumformer so ausgebildet, dass die zu messende Messgrösse die mechanische Schwinganordnung beeinflusst, d.h. das Band 2, so dass dessen Eigenschwingungsfrequenz durch Ändern der Messgrösse geän-50 dert wird. Der Messumformer kann an das Messobjekt direkt oder über ein Umformelement (zweites Messobjekt) angeschlossen werden, wie dies beispielsweise in der schwedischen Patentanmeldung Nr. 7600 709-5 beschrieben ist. Sowohl die Energiezufuhr zum Band 2 als auch das Abtasten der Bewegung 55 des Bandes kann natürlich auch mit anderen Mitteln als durch die Spule 3 erfolgen, zum Beispiel durch piezoelektrische, pneumatische oder akustische Mittel. Der Messumformer 1 ist über eine Signalleitung 4 an eine Vorrichtung zum Abtasten des Schwingungszustandes der Schwinganordnung 2 und zur Zufüh-60 rung eines Energieimpulses an die Schwinganordnung zu geeigneten Zeitpunkten angeschlossen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Leitung 4 ein zweiadriges Kabel, das im Messumformer 1 an die Spule 3 und am anderen Ende an eine Vorrichtung zum Abtasten des Schwingungszustandes — 65 hier als Verstärker 5 dargestellt - und an einen Impulsgenerator 6 angeschlossen ist, der so aufgebaut ist, dass bei Anlegen eines Signals an seinen Steuereingang (Triggereingang) 7 ein Stromimpuls an die Spule 3 gegeben werden kann. Der Steuereingang

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7 des Impulsgenerators ist über einen Steuerkreis 8 an den Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsge-

Ausgang der Vorrichtung 5 angeschlossen. Die Arbeitsweise mässe Vorrichtung sind natürlich nicht nur auf die Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist folgende : im Zusammenhang mit mechanischen Schwinganordnungen beschränkt, sondern sie können mit Vorteil auch in den Fällen

Es wird angenommen, dass sich die Schwinganordnung, d.h. 5 angewendet werden, in denen der Messumformer eine elektri-in vorliegender Ausführungsform das Band 2, anfangs im Ruhe- sehe Schwinganordnung (Oszillator- oder Schwingkreis) entzustand befindet. Über eine Startsignalleitung 9 wird ein Startsi- hält, wobei der oder die frequenzbestimmenden Parameter gnal an den Steuerkreis 8 angelegt, das am Steuereingang 7 des durch die Amplitude der Primärmessgrösse beeinflusst werden.

Impulsgenerators 6 ein Signal erzeugt, so dass der Impulsgene- Fig. 2 zeigt einen Messumformer 10, der eine elektrische,

rator einen Energieimpuls an die Schwinganordnung abgibt, parallel schwingende Anordnung (Parallelschwingkreis) enthält, d.h. in vorliegendem Falle einen Stromimpuls durch die Spule 3. die aus einem Kondensator 11 und einer Induktivität 12 Der Eingang jenes Teiles der Vorrichtung, der den Schwin- besteht, die über einen aus einem Drahtpaar 13a und 13b gungszustand abtastet, d.h. in diesem Falle des Verstärkers 5, bestehenden Signalpfad an den Eingangsverstärker 14 und kann durch momentanes Abtrennen des Eingangs von der einen Impulsgenerator 15 auf die gleiche Weise angeschlossen Signalleitung vom Messumformer geschützt werden, oder aber , 5 sind, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, durch andere Schutzmassnahmen, wie zum Beispiel durch Die Drähte 13a und 13b sind aus praktischen Gründen nahe Schalter oder Dioden. Zufolge der vom Impulsgenerator 6 beeinander verlegt. Dadurch können sich bei grösseren Drahtabgegebenen Energieimpulse, wird der Schwinganordnung 2 längen Probleme ergeben, da die zwischen dem Drahtpaar eine mehr oder weniger ge gedämpfte Schwingung aufgedrückt. vorhandene Kopplungskapazität sich zur Kapazität 11 parallel Die Frequenz dieser Schwingung hängt von der Ausbildung der schaltet, und eine Änderung der Eigenschwingungsfrequenz der Schwinganordnung und von der Amplitude der Messgrösse ab, Schwinganordnung bewirkt. Dieser Störeinfluss kann dadurch wodurch der oder die Frequenz bestimmende oder bestimmen- verringert werden, dass einer der Drähte, wie beispielsweise den Parameter beeinflusst werden. Der Schwingungszustand der dargestellt der Draht 13a, mit einer Abschirmung umgeben Schwinganordnung 2 und somit deren Frequenz wird als Span- wird. Diese Abschirmung erhält das gleiche Potential wie der nung über die Anschlüsse der Spule 3 durch dafür geeignete 2* Draht 13a, und zwar durch Anschliessen der Abschirmung an Mittel (in vorliegender Ausführungsform durch den Verstärker den Ausgang eines Verstärkers 17, dessen Eingänge an die 5) gemessen, an deren Ausgang auf herkömmliche Weise (nicht Drähte 13a und 13b angeschlossen sind. Natürlich kann auch dargestellte) frequenzbestimmende Mittel angeschlossen wer- der Verstärker 14 für den gleichen Zweck verwendet werden, den können. Der Hauptzweck des Steuerkreises 8 besteht darin, Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung enthält gleich wie die in an den Impulsgenerator ein Steuersignal abzugeben, so dass an Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einen (hier mit 18 bezeichneten) die Schwinganordnung zu dem Zeitpunkt ein neuer Energieim- Steuereingang, einen (hier mit 19 bezeichneten) Steuerkreis puls abgegeben werden kann, zu dem dieser nicht in einem und eine (hier mit 20 bezeichnete) Startsignalleitung. Die wesentlichen Ausmass den Schwingungszustand der Schwingan- Arbeitsweise ist gleich wie die in Fig. 1 beschriebene Vorrich-ordnung in einem anderen Sinne als in einer Zunahme der tung.

Amplitude der Schwingung beeinflusst. Somit kann der Steuer- Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausfüh-kreis 8 Mittel enthalten, um beispielsweise den Nulldurchgang rung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt, der Schwingung (so wie zum Beispiel in Fig. 6 dargestellt) zu In dieser Ausführungsform ist der Messumformer 21 gleich wie bestimmen, so wie des weiteren Mittel zur Bestimmung des in Fig. 1 mit einer mechanischen Schwinganordnung 22 verse-Zeitpunktes, an dem die Amplitude der gedämpften Schwin- hen. Jedoch kann die Vorrichtung natürlich eine elektrische gung niedriger wird als ein bestimmter Grenzwert und/oder 40 Schwinganordnung enthalten, wie zum Beispiel die oben unter sowohl Mittel zum Bestimmen der Zeit, die seit dem vorherge- Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene Anordnung. Eine Spule 23 henden Energieimpuls vergangen ist oder der Anzahl Schwin- wird als Mittel zur Zuführung der Energie an die Schwinganord-gungen, welche die Schwinganordnung seit Abgabe des vorher- nung 22 und zum Abtasten ihrer Schwingungsbewegung vergehenden Energieimpulses erzeugt hat, als auch Mittel zum wendet. Die Spule 23 ist an eine Einrichtung zum Abtasten der Steuern der in einem vom Impulsgenerator 6 abgegebenen 45 Schwingungen und zur Abgabe von Energieimpulsen über einen Impuls erhaltenen Energie. Der Steuerkreis 8 kann des weiteren Signalpfad 24 angeschlossen, der aus einem Drahtpaar 24a und Mittel für die Phasenverschiebung der eingehenden Signale 24b besteht. Einer der Drähte, nämlich der Draht 24b, ist erhalten, um sicherzustellen, dass der Energieimpuls zum richti- gemäss Darstellung an einen für die Vorrichtung gemeinsamen gen Zeitpunkt abgegeben wird. Solche Phasenverschiebungs- Erdungspunkt 25 angeschlossen. Ein aus einem Kondensator 26 mittel können natürlich auch im Verstärker 5 enthalten sein, der 50 und einem Thyristor 29 bestehender Impulsgenerator wird zur des weiteren auch Filter zum Filtern von Störsignalen enthalten Erzeugung der Energieimpulse verwendet. Der Kondensator kann, die ausserhalb des Frequenzbereiches liegen, in dem die wird auf eine manuell oder elektrisch mittels einer Spannungs-Schwingfrequenz der Schwinganordnung zufolge Änderungen einheit 27 über einen Widerstand 28 einstellbare Spannung der Amplitude der Primärmessgrösse ändern kann. Im oben aufgeladen. Der Thyristor 29 kann durch einen über eine Steu-angegebenen Beispiel wurde angenommen, dass die Amplitude 55 erleitung 30 gegebenen Steuerimpuls in den leitenden Zustand der Primärmessgrösse den oder die frequenzbestimmenden gebracht werden, so dass der Kondensator 26 durch die Spule Parameter der Schwinganordnung beeinflusst, oder die Pararne- 23 in dem Messumformer 21 entladen wird und dadurch Ener-ter der Schwinganordnung, und dass folglich die gie an die Schwinganordnung 22 liefert. Die Spule im Messum-Messumformerinformation als Frequenzänderung übertragen former 21 ist auch an einen Verstärker 31 angeschlossen, mögwird. Das erfindungsgemässe Verfahren kann natürlich in Fäl- 60 licherweise so wie in Fig. 3 dargestellt, über einen elektrisch len angewendet werden, in denen die Amplitude der Primär- gesteuerten Umpolschalter 32 und ein Filter 33. Der Zweck des grosse die Dämpfungseigenschaften der Schwinganordnung Schalters 32 ist der Schutz des Verstärkereingangs gegen einge-beeinflusst. In diesen Fällen sind in der Vorrichtung zum Bei- koppelte Hochenergieimpulse bei der Entladung des Kondensa-spiel ein Steuerkreis 8, Mittel zum Dämpfen der Schwingung in tors 26 durch den Thyristor 29. Der Zweck des Filters 33 einer an sich bekannten Weise angeordnet, zum Beispiel zwecks 65 besteht in der Verringerung von Störungen mit Frequenzen, die Bestimmen der Anzahl Schwingungen, die die Schwinganord- innerhalb des Bandes liegen, innerhalb dessen sich die Eigen-nung für eine bestimmte, prozentuelle Abnahme der Amplitude Schwingung der Schwinganordnung verändern kann. Ein der ausführen muss. gedämpften Eigenfrequenz der Schwinganordnung entspre-

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chendes Signal tritt am Ausgang des Verstärkers auf. Dieses anordnung liegt. Das Signal vom Phasendetektor stellt die Pha-Signal wird an einen Eingang einer Vergleichseinheit 34 gelegt, sendifferenz der an die beiden Eingänge angelegten Signale und deren Bezugsspannung über die Leitung 35 entweder von Hand somit auch die Frequenzdifferenz zwischen diesen Signalen dar. eingestellt wird oder durch an sich bekannte Mittel, gesteuert Das Signal wird vom Phasendetektor über den Schalter 51 und vom Signalverstärker 31. Das Ausgangssignal der Vergleichs- 5 dem Signalspeicher 52 zurück an den Oszillator 49 gegeben, so einheit, dessen Frequenz der der Schwinganordnung entspricht, dass die Frequenz des Oszillators in einer solchen Richtung schwingt, hat aber eine konstante Amplitude. Es wird an einen ändert, dass sie der von der Schwinganordnung erzeugten Fre-Zähler 36 angelegt. Dieser Zähler ist so aufgebaut, dass, wenn quenz entspricht. Vom Speicher 52 wird angenommen, dass er er eine bestimmte Anzahl von Impulsen gezählt hat, er einen die für die Stabilität dieses Steuerkreises erforderlichen Mittel, Impuls an einen Kreis 37 (monostabiler Flip-Flop) abgibt, der , „ zum Beispiel Filter, enthält. Nach Einstellung der Frequenz für seinerseits einen in seiner Dauer und Amplitude bestimmenden den Oszillator 49 wird diese Frequenz mit der von der Schwing-Steuerimpuls an den Thyristor 29 und gegebenenfalls an den anordnung 42 erzeugten Frequenz identisch sein und überdies Schalter 32 abgibt, wodurch ein Energieimpuls zur Schwingan- mit dieser letzteren Frequenz in Phase liegen. Nach einer gewis-ordnung gemäss obiger Beschreibung geliefert wird. Sofort nach sen, durch die im Steuerkreis 50 enthaltenen Steuermittel— Abgabe des Energieimpulses wird der Verstärker über den , 5 beispielsweise durch Zeitschaltungen, Zählkreise und den Schalter 32 und das Filter 33 gleichzeitig mit der Rückstellung Signalpegel abtastende Schaltungen oder Kombinationen dieser des Zählers 36 umgeschaltet, und der Zyklus wird wiederholt. Schaltungen - bestimmten Zeit wird ein zur Erzeugung eines Die durch die Schwinganordnung 22 gegebene Frequenz liegt Energieimpulses an die Schwinganordnung bestimmtes Signal am Ausgang des Verstärkers 31 oder der Vergleichseinheit 34. abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt öffnet der Schalter 51 und die Der untere, am Ausgang des Zählers 36 liegende Frequenzpegel 2I) Frequenz des Oszillators 49 bleibt auf dem vor dem öffnen kann auch als Ausgangssignal verwendet werden. Die zum dieses Schalters vorhandenen Wert. Unmittelbar darauf öffnet

Starten der Vorrichtung (zum Beispiel eine in Fig. 1 dargestellte der Schalter 46 zur gleichen Zeit wie der Schalter 54 schliesst, Startsignalleitung 9) verwendeten Mittel als auch herkömmliche wodurch dem Steuerkreis 50 ermöglicht wird, Informationen Mittel, die für das Rückstellen des Zählers und das Steuern des über das Ausgangssignal des Oszillators 49 zu erhalten. Wenn Ablaufs verwendet werden, sind in Fig. 3 nicht dargestellt. das Signal vom Oszillator 49 eine bestimmte Charakteristik

Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aus- aufweist, empfängt der Schalter 53 ein Signal vom Steuerkreis führung des erfindungsgemässen Verfahrens ist in Fig. 4 darge- 50 und schliesst, und ein Energieimpuls, dessen Länge durch steüt. Ein hier mit der Uberweisungszahl 41 bezeichneter Mess- den Steuerkreis 50 gegeben ist, wird über die Spule 43 der umformer ist mit einer mechanischen Schwinganordnung 42 Schwinganordnung zugeführt. Unmittelbar nach Ende des versehen. Der Schwingungszustand der Anordnung kann durch m Energieimpulses schliessen die Schalter 46 und 51 und der eine Spule 43 abgetastet werden, die zur Energiezuführung an Schalter 54 öffnet. Durch diese Vorrichtung, von der der Pha-die Schwinganordnung dient. Die Spule 43 ist gleich wie bei den senverriegelungskreis einen wesentlichen Teil bildet, wird ein oben beschriebenen Ausführungsformen an eine die Schwin- Einspeisen des Energieimpulses in die Schwinganordnung in gung abtastende und Energieimpulse erzeugende Vorrichtung einer solchen Phasenlage sichergestellt, dass Störungen der über einen Signalpfad 44 angeschlossen, der aus einem Draht- m Schwingungen der Anordnung vermieden werden. Die in der paar 44a und 44b besteht, wobei der Draht 44b an einen für die Schwinganordnung erzeugte Frequenz wird am Ausgang des Vorrichtung gemeinsamen Erdungspunkt 45 angeschlossen ist. Oszillators 49 reproduziert, sobald der Phasenverriegelungs-Der andere Draht 44a ist entweder direkt oder über einen kreis in Selbsthaltung gegangen ist. Somit bilden Frequenzände-

Schalter 46 an einen Verstärker 47 angeschlossen. Der Ausgang mngen des Oszillators 49 ein Mass für die Amplitude der die des Verstärkers 47 wird an einen sogenannten Phasenverriege- 40 Schwinganordnung 42 beeinflussenden Primärmessgrösse. Die lungskreis angeschlossen, der einen Phasendetektor 48 und Änderung der Messgrössenamplitude kann auch als Analogsi-

einen spannungsgesteuerten Oszillator 49 sowie einen Steuer- gnal am Ausgang des Phasendetektors 48 abgegriffen werden, kreis 50 aufweist, der (nicht dargestellte) Mittel und Schaltun- eventuell nach entsprechender Tiefpassfilterung. Zufolge des gen zum Steuern des Funktionsablaufes enthält. Der Phasende- Umstandes, dass die Frequenz des Oszillators 49 streng der tektor 48 empfängt ein Signal vom Verstärker und auch ein 45 Frequenz der Schwinganordnung 42 mit Ausnahme während Bezugssignal vom Ausgang des Oszillators 49. Der Oszillator 49 der kurzen Zeitintervalle, in denen die Energieimpulse der erhält seine Steuerspannung vom Ausgang des Phasendetektors Schwinganordnung aufgedrückt werden, folgt, kommt es zu 48 über einen Schalter 51 und einen Speicher 52. Der Ausgang einem Nachführen der Änderungen der Amplitude der Mess-des Oszillators 49 kann über einen Schalter 53 und die Leitung grosse, ohne dass sich Signalstörungen während der Zufuhr der 44a, eventuell über einen (nicht dargestellten) Leistungsverstär- 50 Energieimpulse ergeben. Da die Wirkungsweise des Phasenver-ker an die Spule 43 angeschlossen werden. Die Vorrichtung riegelungskreises auch der eines BandpassfUters entspricht, ist funktioniert wie folgt : Es wird angenommen, dass die Schwin- das Signal vom Oszillator 49 frei von Störkomponenten und hat gungsanordnung sich im Ruhe- bzw. Gleichgewichtszustand überdies einen hohen Signalpegel, was die weitere Signalverar-befindet. Ein erster Energieimpuls wird der Schwinganordnung beitung erleichtert und vereinfacht. Die Bandbreite der Filterais Stromimpuls an die Spule 43 zugeführt. Dieser Stromimpuls 55 Wirkung hängt von den Filtern (die in vorliegendem Fall als im kann entweder durch eine im Zusammenhang mit Fig. 3 Speicher 52 befindlich angenommen werden) ab, die zwischen beschriebene Einrichtung oder durch Schliessen des Schalters dem Ausgang des Phasendetektors mit dem Steuereingang des 53 der Ausführungsform Fig. 4 erhalten werden. Unmittelbar Oszillators 49 angeordnet sind. Diese Filterwirkung legt auch nach Ende des Stromimpulses öffnet der Schalter 53 und die den sogenannten Empfangsbereich des Phasenverriegelungs-Schalter 46 und 51 schliessen. Der Schalter 54 ist offen. Die 60 kreises fest, d.h. die grösste Frequenzdifferenz, die zwischen der mechanische Schwinganordnung 42 erzeugt in der Spule 43 eine Frequenz des Oszillators 49 beim Start der Anordnung und der Spannung, die über den Signalpfad 44 an den Verstärker 47 von der Schwinganordnung 42 erzeugten Frequenz bestehen angelegt wird, und ein den Schwingungszustand der Anordnung kann. Um einen schnellen und sicheren Start der Anordnung zu darstellendes Signal wird am Ausgang des Verstärkers erhalten. gewährleisten, muss das Filter dementsprechend ausgebildet Dieses Signal wird einem der Eingänge des Phasendetektors 48 w sein. Eine derartige Filterausbildung bedeutet jedoch, dass die zugeführt. Der andere Eingang des Phasendetektors wird durch Bandbreite der Filterwirkung des Phasenverriegelungskreises das Ausgangssignal des Oszillators 49 erregt, der so aufgebaut verhältnismässig breit ist, was einen Nachteil für die Unterdrük-ist, dass seine Frequenz in der Nähe der Frequenz der Schwing- kung eventueller Störsignale darstellt. Die Filterwirkung kann

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jedoch entsprechend dem bekannten Stand der Technik mit Hilfe elektronisch gesteuerter Filterelemente gesteuert werden. Und zwar werden letztere über den Ausgang des Phasendetektors 48 und Schaltungen im Steuerkreis SO, die an den Ausgang angeschlossen sind, in einer solchen Weise gesteuert, dass, sobald die Phase der Frequenz des Oszillators 40 der Phase der Frequenz der Schwinganordnung 42 nachläuft, die Parameter für das Filter zwischen dem Ausgang des Phasendetektors 48 und dem Eingang des Oszillators 49 in einer solchen Richtung geändert werden, dass die Bandbreite des Phasenverriegelungskreises abnimmt.

Selbstverständlich kann das oben in bezug auf die Fig. 3 und 4 beschriebene Verfahren mit dem im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschriebenen Verfahren zur Verringerung des Einflusses der Kabelkapazität kombiniert werden.

Der an die Schwinganordnung zur Erzeugung der Schwingung abgegebene Energieimpuls kann verschiedene Formen und Längen haben. Es kann ein Impuls verwendet werden, der die gleiche Form wie ein Vielfaches einer ganzen oder halben Periode der Frequenz der Swinganordnung hat, um Störungen des Betriebs der Schwinganordnung zu vermeiden, welche die gewünschte Verstärkerwirkung unterdrücken. Vom messtechnischen Standpunkt aus kann es wünschenswert sein, den Messumformer und seine Schwinganordnungen so auszubilden, dass eine möglichst grosse Frequenzänderung erzielbar ist. In diesem Falle kann es von Vorteil sein, eine Vorrichtung der Art s wie in Fig. 4 dargestellt zu benutzen, um eine Impulsform zu erzeugen, die gleich einem Vielfachen einer ganzen oder halben Schwingungsperiode ist. Es hat sich als vorteilhat erwiesen, einen Impuls zu verwenden, der im Vergleich zur Schwingungsperiode der Anordnung kurz ist.

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Obwohl nicht dargestellt, so ist es doch im Rahmen der beschriebenen Erfindung möglich, die gleiche Vorrichtung zum Abtasten des Zustandes von und zum Zuführen von Energie für mehrere Messumformer zu verwenden, indem zwischen den i5 Messumformern und der genannten Vorrichtung in einer an sich bekannten Weise ein Umschalter angeordnet wird. Obschon die Signalpfade in den oben beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen aus elektrischen Drähten bestehen, können im Rahmen vorliegender Erfindung die io Signalpfade auch andere Übertragungsmittel, wie zum Beispiel eine Mikrowellenübertragungseinrichtung, eine akustische oder optische Übertragungseinrichtung sein.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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   PATENTANSPRÜCHE Mittel in eine andere physikalische oder chemische Messgrösse

   1. Verfahren zum Abtasten des Schwingungszustandes einer umgewandelt wird, die entweder bereits selbst das gewünschte Schwinganordnung in einem Messumformer und zur Zufuhr von Signal darstellt, oder auf einfache Weise in die gewünschte Energie an die Schwinganordnung zur Erhaltung des Schwin- Signalform umgewandelt werden kann. In einigen Fällen kann gungszustandes der Schwinganordnung, wobei mindestens ein 5 die Primärmessgrösse direkt in die gewünschte Signalform die Frequenz bestimmender Parameter in der Schwinganord- umgewandelt werden. So kann beispielsweise eine Längenände-nung durch eine Messgrösse beeinflusst wird, dadurch gekenn- rung mit Hilfe eines Potentiometers direkt in eine Widerstandszeichnet, dass das Abtasten des Schwingungszustandes der änderung umgeformt werden, während in manchen Fällen die Schwinganordnung über den gleichen Signalpfad erfolgt, der Umformung in die Endform über eine Sekundärmessgrösse zum Zuführen der Energie in der Form von Impulsen mit i() durchgeführt wird. So kann zum Beispiel eine Kraft oder ein dazwischenliegenden Intervallen, welche Intervalle länger sind Flüssigkeitsdruck in eine Längenänderung dadurch umgeformt als eine ganze Schwingungsperiode der Schwinganordnung, ver- werden, dass die Primärgrösse auf einen elastischen Körper wendet wird. einwirkt, dessen Dehnung mit geeigneten Mitteln, wie etwa
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, einem Dehnungsmesser gemessen wird.

   dass die Energie der Schwinganordnung während einer Impuls- 15 Bis heute sind die vom sowohl technischen als auch wirt-

   dauer zugeführt wird, die kürzer als das Intervall zwischen dem schaftlichen Standpunkt am besten zur Signalverarbeitung und

   Ende einer Energiezuführung und dem Beginn der nächsten ist. -darstellung geeigneten Bauteile und daraus hergestellten Aus-
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, rüstungen in Analogtechnik ausgeführte Ausrüstungen gewe-dass die Energie während einer Impulsdauer zugeführt wird, die sen, so dass die meisten Messumformer zum Umwandeln von nicht länger als eine ganze Periode der Schwingung der 2» Analogsignalen konstruiert wurden, d.h. die Information vom Schwinganordnung ist. Messumformer ist in der Form einer Pegeländerung des Aus-
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- gangssignals vom Messumformer abgegeben worden, zum Beizeichnet, dass die Energie in Impulsen zugeführt wird, deren spiel in der Form einer Änderung eines Gleichstromes, eines Dauer erheblich kürzer als eine halbe Periode der Schwingung Wechselstromes oder eines Druckes, wie eines Luftdruckes, der Schwinganordnung ist. 25 Die Entwicklung der letzten Jahre auf dem Gebiet der
5. 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Digitalsignalverarbeitungstechnik und die zunehmende, mögli-Anspruch 1 mit einem Messumformer, der versehen ist mit che Erhöhung der Genauigkeit und Stabilität haben bewirkt, einer Schwinganordnung, einem zwischen dem Messumformer dass eine Umwandlung von analoger in digitale Form in die und Mitteln zum Abtasten des Schwingungszustandes der Signalübertragungskette vom Messumformer zur signalverar-Schwinganordnung geschaltetem Signalpfad und separate, mit 30 behenden Ausrüstung eingeführt hat werden müssen.

   einer Steuereinheit (8 ; 19; 37 ; 50) verbundene Energiezuführ- Eine andere Art von Messumformer, die besser zur direkte-mittel (6 ; 15 ; 26-29) zur Zufuhr von Energie zur Erhaltung der ren Verwendung mit digitalen Signalverarbeitungsanlagen Schwingung der Schwinganordnung, und einem Messobjekt, das geeignet ist, ist ein Umformer eines solchen Typs, der seine an den Messumformer zur Beeinflussung der Schwinganord- Ausgangsinformation in Form einer Frequenzänderung statt nung mittels mindestens eines frequenzbestimmenden Pararne- 35 einer Amplitudenänderung des Ausgangssignals abgibt. Bei ters angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Signal- einer Signalübertragung durch Frequenzmodulation hat im pfad (4 ; 13 ; 24; 44) zwischen dem Messumformer (1 ; 10 ; 21 ; Gegensatz zur Amplitudenmodulation der Analogmessumfor-41) und den Abtastmitteln (5,8 ; 14,19 ; 31 ; 48) mit dem mer ausser dem äusserst vereinfachten Verfahren bei Anschluss Signalpfad zwischen dem Messumformer und den Energiezu- an einer Digitalsignal-Verarbeitungsausrüstung auch den Vorführmitteln (6 ; 15 ; 26-29) identisch ist. 40 teil einer geringeren Störungsempfindlichkeit und niedrigerer
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, Anforderungen an die Signalleitungen.

   dass die Energiezuführmittel einen Kondensator (26), eine Die Informationen in Form von frequenzmodulierten Signa-

   Spannungseinheit (27), einen Widerstand (28) und einen Thyri- len übertragende Messumformer sind natürlich so aufgebaut,

   stor (29) enthalten. dass die Primärmessgrösse, gegebenenfalls nach Umwandlung
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, 45 in einem geeigneten Umwandlungselement, die Parameter in dass die Energiezuführmittel einen Oszillator (49) enthalten. einer elektrisch, akustisch oder mechanisch schwingenden
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, Anordnung (Schwingkreis) beeinflussen kann, so dass die dass der Oszillator (49) über einen Phasendetektor (48) an die Eigenfrequenz der Schwinganordnung eine Änderung erfährt, Steuereinheit angeschlossen ist. die eine Funktion der Änderung der Primärmessgrösse ist. So
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, 50 kann beispielsweise die Eigenfrequenz in einer elektrischen dass die Schwinganordnung des Messumformers eine mechani- Schwinganordnung dadurch beeinflusst werden, dass der Prische Schwinganordnung (2 ; 22 ; 42) ist. märmessgrösse ermöglicht wird, entweder die Induktivität oder die Kapazität oder zugleich beide zu beeinflussen. In einer mechanischen Schwinganordnung kann die Masse oder ihre

   55 Rückstellkraft, d.h. die Federkonstante, auf entsprechende