CH615542A5 - Method and device for correcting the characteristic curve of an analog-digital converter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren der Kennlinie eines Analog-Digitalwandlers, der auf eine physikalische Messgrösse anspricht und dabei eine Messimpulsfolge mit entsprechender Frequenz liefert, wobei die die Messimpulsfrequenz als Funktion der Messgrösse darstellende Kennlinie innerhalb des Arbeitsbereiches des Wandlers im wesentlichen eine Gerade ist, die aufgrund der Beschaffenheit des Wandlers bei Verlängerung über den Arbeitsbereich des Wandlers hinaus die die Messimpulsfrequenz repräsentierende Koordinatenachse ausserhalb des Koordinatennullpunktes schneidet, bei

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welchem Verfahren der Messimpulsfolge eine Korrekturimpulsfolge überlagert und die Korrekturimpulsfrequenz so bemessen wird, dass die resultierende Kennlinie, die die Impulsfrequenz der aus der Überlagerung resultierenden Impulsfolge als Funktion der Messgrösse darstellt, durch den Koordinatennullpunkt verläuft.

Bei vielen Messinstrumenten besteht zwischen Ausgangssignal und Messgrösse eine exakte lineare Abhängigkeit, wobei die das Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Messgrösse darstellende Kennlinie eine Gerade ist. Aufgrund von Reibung, sonstigen physikalischen Einflüssen, der eigenen Beschaffenheit des Messinstrumentes usw. sind aber die Ausgangssignale nicht direkt proportional zur Messgrösse, d. h. die Kennlinie oder deren Verlängerung verläuft nicht durch, sondern seitlich des Ursprungspunktes des Koordinatensystems, in dem die Kennlinie dargestellt ist. Dadurch entstehen Schwierigkeiten, insbesondere dann, wenn das Ausgangssignal eine Folge von Impulsen ist, die jeweils durch proportional arbeitende Zähler summiert und registriert werden.

Aus der CH-PS 592 387 geht eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Korrigieren der Kennlinie eines Analog-Digital-wandlers hervor.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Korrigieren der Kennlinie eines Analog-Digitalwandlers, bei welchem die Impulsfolge über den gesamten Arbeitsbereich des Wandlers zur Messgrösse direkt proportional ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ergibt sich aus dem Patentanspruch 7.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer Messkennlinie in Form einer Geraden, welche die Frequenz der Ausgangsimpulse des Wandlers in Abhängigkeit vom Wert der Messgrösse darstellt,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung der Korrektur der Messkennlinie gemäss der Erfindung, Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Überlagerung von Messimpulsen und Korrekturimpulsen gemäss der Erfindung, Fig. 4 ein einfaches Blockschaltbild einer Korrekturschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 5 und 6 Diagramme zur Erläuterung der Überlagerung von Messimpulsen und Korrekturimpulsen gemäss zwei alternativen Arbeitsweisen der Schaltung nach Fig. 4, und

Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Korrekturschaltung gemäss der Erfindung.

Anhand von Fig. 1 werden zunächst die bei den bisher angewendeten Messverfahren auftretenden Schwierigkeiten, die in der Einleitung bereits angedeutet worden sind, kurz erläutert. Fig. 1 zeigt die Kennlinie eines Messinstrumentes der der Erfindung zugrundeliegenden Gattung, bei dem der Messgrössen-umformer eine Impulsfolge liefert, wobei die Frequenz der Impulse linear proportional der Messgrösse ist.

Als Beispiel ist ein Durchflussmengenmesser zum Messen des Durchflussvolumens q(m3/s) gewählt, in dem als Messgrös- . senumformer ein Rotor oder eine Kugel vorgesehen ist, deren Drehzahl als Frequenz f Hz in bekannter Weise erfasst wird. Als Kennlinie erhält man die in Fig. 1 mit der Bezugszahl A bezeichnete Gerade. Die Gerade A beginnt bei einem unteren Grenzwert fmjn, welcher dem geringsten Durchflussvolumen qmjn entspricht, bei dem der Messgrössenumformer anspricht und das daher in der Praxis noch erfasst werden kann. Die untere Grenze des Arbeitsbereiches wird also durch den Wert qmjn festgelegt. Die gestrichelt eingezeichnete Verlängerung der Geraden A verläuft nicht durch den Koordinatennullpunkt, sondern schneidet aufgrund von verschiedenen Störfaktoren,

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insbesondere hydraulischen Verlusten, die Ordinate im Punkt P unterhalb des Koordinatennullpunktes.

Es gibt natürlich auch Fälle, in denen in der durch die Gerade A' angedeuteten Weise der Schnittpunkt P' der Kennlinie mit der Ordinate oberhalb des Koordinatennullpunktes liegt. So weisen nach dem hydrodynamischen Oszillatorprinzip arbeitende Durchflussmesser, beispielsweise Wirbelkammer-Durchflussmesser, die keine beweglichen Teile besitzen, eine die Ordinate oberhalb des Koordinatennullpunktes schneidende Kennlinie auf. Für die vorliegende Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob der Schnittpunkt oberhalb oder unterhalb des Koordinatennullpunktes liegt.

Zur Wiedergabe der Frequenz f wird normalerweise ein integrierendes oder direkt anzeigendes Gerät, beispielsweise ein Addierglied zum Aufsummieren der Impulse verwendet, das bei jedem Impuls jeweils um eine Einheit weitergeschaltet wird. Die Frequenz f ist nun nicht direkt proportional dem Durchflussvolumen q, da die die Kennlinie darstellende Gerade A nicht durch den Koordinatennullpunkt verläuft. Das Addierglied oder der Zähler weist andererseits eine von Null ausgehende Kennlinie auf, da sein Inhalt direkt proportional den zugeführten Impulsen ist. Zur Kompensation dieser Proportionalitätsabweichung wird der Addierer normalerweise so eingestellt, dass er die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Kennlinie B aufweist, deren Steigung a so bemessen ist, dass sie die Kennlinie A des Messgrössenumformers ungefähr in der Mitte qmed des gewünschten Arbeitsbereiches ai schneidet. Man erreicht diese Anpassung dadurch, dass man dem Addierer einen Proportionalitätsfaktor K = tana gibt. Dabei treten nun offensichtlich zu den Grenzen des Arbeitsbereiches hin zunehmende Messfehler auf. Da in vielen Fällen nur geringe Messfehler toleriert werden können, muss man zur Vermeidung von allzu grossen Messfehlern den Arbeitsbereich sehr stark einengen, was natürlich bei der praktischen Anwendung grosse Schwierigkeiten bereitet.

Die Erfindung bezweckt nun eine vollständige Korrektur der vom Messgrössenumformer gelieferten Messsignale, so dass die Messsignale nicht nur proportional, sondern vielmehr direkt proportional der Messgrösse sind, ohne dass dabei eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit in Kauf genommen zu werden braucht. Mit dieser Korrektur wird also bezweckt, dass die Verlängerung der Kennlinie den Koordinatennullpunkt schneidet. Erreicht wird diese Korrektur in einfacher Weise dadurch, dass der Messgrössenumformerfrequenz eine bestimmte, jedoch einstellbare Korrekturfrequenz überlagert wird, so dass die Kennlinie nach oben verschoben wird und in ihrer Verlängerung den Koordinatennullpunkt schneidet. Dies ist näher in Fig. 2 dargestellt, in der die nichtkorrigierte Frequenz des Messgrössenumformers durch die Gerade fg (entsprechend der Geraden A in Fig. 1) dargestellt ist, während die korrigierte Frequenz durch die Gerade fg korr dargestellt ist. Die zur Frequenz des Messgrössenumformers addierte konstante Frequenz ist mit fk bezeichnet und gilt:

fg korr fg fk

Innerhalb des in Fig. 2 mit a bezeichneten Arbeitsbereiches, der sich vom unteren Grenzwert fmin bis zu einem gewünschten oberen Grenzwert fmax erstreckt, ist also die korrigierte Frequenz fg korr direkt proportional zu q. Aus den vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, dass es ohne Bedeutung ist, ob die nichtkorrigierte Kennlinie die Ordinate unterhalb oder oberhalb des Koordinatennullpunktes schneidet. Falls die Kennlinie den Koordinatennullpunkt oberhalb der Kennlinie schneidet, muss die erforderliche Korrekturfrequenz lediglich von der Frequenz des Messgrössenumformers subtrahiert werden. Die Korrekturfrequenz wird also jeweils der Frequenz des Messgrössenumformers mit entsprechendem Vorzeichen überla-

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Zur Erzieiung der gewünschten Parallelverschiebung der Kennlinie des Messgrössenumformers ist erfindungsgemäss ein Impulsgenerator vorgesehen, der Impulse mit der gewünschten Korrekturfrequenz liefert und der mit dem Ausgang des Messgrössenumformers in Verbindung steht. Damit zur Erzielung der gewünschten Parallelverschiebung der Kennlinie des Messgrössenumformers eine fehlerfreie Frequenzüberlagerung erfolgt, müssen bestimmte Bedingungen eingehalten werden, wobei nachstehend die drei wichtigsten Bedingungen erläutert werden. Erstens dürfen keine Korrekturimpulse gesendet werden, wenn der Messgrössenumformer keine Impulse liefert, d. h. Korrekturimpulse dürfen erst dann gesendet werden, wenn der Messgrössenumformer einen Impuls geliefert hat. Zweitens dürfen vom Messgrössenumformer gelieferte Impulse nicht mit Korrekturimpulsen zusammenfallen, da dann der Addierer nur einen einzigen Impuls registrieren würde. Es müssen also eventuell vollständig oder teilweise zusammenfallende Impulse so voneinander getrennt werden, dass der Addierer beide Impulse erfassen kann. Drittens dürfen Korrekturimpulse dann nicht mehr gesendet werden, wenn der Messgrössenumformer anhält oder, falls die Frequenz des Messgrössenumformers die untere Grenzfrequenz fm,n des Arbeitsbereiches unterschreitet, muss die dann jedem Messimpuls überlagerte Anzahl von Korrekturimpulsen auf einen Maximalwert begrenzt werden.

Die Bedingungen werden nun anhand von Fig. 3 näher erläutert. In Fig. 3 sind die Messimpulse entlang der Zeitachse a, die Korrekturimpulse entlang der Zeitachse b und die einander überlagerten Impulse entlang der Zeitachse c dargestellt. Fig. 3 zeigt den Fall, bei dem sich die Frequenz des Messumformers dem unteren Grenzwert nähert, wobei gi der vorletzte Impuls und g2 der letzte Impuls ist, der mit der Frequenz fmin gesendet worden ist. Mit g3 ist ein gegebenenfalls später ausserhalb des Arbeitsbereiches gesendeter Impuls bezeichnet. Die Korrekturimpulse ki, k2 usw. werden regelmässig nach einem entsprechend gewählten Zeitintervall gesendet. Entsprechend der vorstehend erläuterten dritten Bedingung muss die Korrekturimpulsfolge nach dem letzten Messimpuls g2 abgebrochen werden, wobei dieser Abbruch nicht gleichzeitig mit dem Auftreten des Messimpulses gi, sondern erst dann erfolgt, nachdem eine bestimmte Anzahl n Korrekturimpulse entsprechend dem Zeitintervall zwischen den Messimpulsen gi und g2 gesendet worden sind. Falls die geringste Messimpulsfrequenz fmin ist, beträgt das maximale Zeitintervall zwischen den Messimpulsen in diesem Fall tma)!, d. h. an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches gilt die Beziehung tmax = l/fmin- Hat die Korrekturfrequenz den Wert fk, dann ist die Anzahl n der Korrekturimpulse während dieses Zeitintervalls gleich tmax* fk oder fk/fmjn. In Fig. 3 ist durch die unterbrochene senkrechte Linie S angedeutet, dass nach dem letzten Messimpuls g2 nur noch n Korrekturimpulse gesendet werden. In Fig. 3 ist entlang der Zeitachse c die unmittelbar vor dem Anhalten des Messgrössenumformers vorliegende korrigierte Impulsfolge dargestellt.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass fmin im allgemeinen den untersten Punkt des geradlinigen Teils der Kennlinie des Messgrössenumformers darstellt. Wie schon angedeutet, werden in Wirklichkeit in bestimmten Fällen Messimpulse auch noch mit einer niedrigeren Frequenz als fmjn gesendet, die dann aber in einem ausserhalb des Arbeitsbereiches liegenden nichtlinearen Bereich auftreten. Insbesondere kann bei Durchflussmengenmessern für Medien mit hoher Viskosität bei Verringerung des Durchflusses der Messgrössenumformer Impulse abgeben, welche von der linearen Kennlinie abweichen und auf dem in Fig. 2 zum Endpunkt f'min führenden Kennlinienteil liegen. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung wird jedoch fmin immer so festgelegt, dass dieser Punkt am Ende des geradlinigen Teils der Kennlinie liegt. An diesem Prinzip ändert sich auch nichts, wenn eine Frequenzmultiplikation erfolgt, d. h. wenn das Ausgangssignai des Messgrössenumformers mit einem Faktor u multipliziert wird. Dabei muss auch die Korrekturfrequenz fk mit dem Faktor n multipliziert werden, so dass das Verhältnis n = fk/fmm unverändert bleibt.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Der mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Messgrössenumformer liefert eine Messimpulsfolge, deren Frequenz proportional der Messgrösse ist, beispielsweise proportional dem pro Zeiteinheit durch einen Strömungsmesser fliessenden Volumen. Der Ausgang des Messgrössenumformers 1 ist mit dem Eingang einer Korrektureinheit 2 und mit dem Steuereingang eines Gatters 3 verbunden. An den zweiten Eingang des Gatters 3 ist ein Impulsgenerator 4 zum Erzeugen von Korrekturimpulsen angeschlossen. Die vier Schaltungskomponenten sind aus Gründen der Vereinfachung als getrennte Einheiten dargestellt, können jedoch in verschiedener Weise miteinander vereinigt werden, beispielsweise in Form einer einzigen integrierten Schaltung.

In Übereinstimmung mit den obigen Darlegungen werden die Messimpulse vom Messgrössenumformer 1 und die Korrekturimpulse vom Generator 4 in der Korrektureinheit 2 einander überlagert und gelangen dann zu einem nicht näher dargestellten Zähler oder Addierer. Es wird jedoch keine einfache Überlagerung der Impulse bewirkt, vielmehr sorgt die Korrektureinheit 2 zusammen mit der Gatterschaltung dafür, dass die oben angegebenen Bedingungen für die Überlagerung eingehalten werden.

Es soll zunächst auf die «Trennbedingung» eingegangen werden, gemäss der dafür gesorgt werden muss, dass ein Messimpuls und ein Korrekturimpuls, selbst wenn beide gleichzeitig auftreten, nicht zu einem einzigen Impuls vereinigt dem nachgeschalteten Zähler oder Addierer zugeführt werden. Die Korrekturschaltung sorgt für eine Trennung der beiden gleichzeitig auftretenden Impulse und enthält zu diesem Zweck einen Speicher, in dem gleichzeitig auftretende Impulse gespeichert und nacheinander ausgegeben werden. Wird gerade ein Impuls ausgegeben, wenn ein anderer Impuls zur Korrektureinheit fliesst, dann wird der neue Impuls im Speicher in eine Warteschlange eingereiht. Dieser neue Impuls wird erst dann ausgegeben, wenn nach Ausgabe des vorausgehenden Impulses ein bestimmtes Zeitintervall verstrichen ist, wodurch eine ausreichende Trennung der Impulse erreicht wird und das Addierwerk mit Sicherheit beide Impulse erfassen kann.

Das Gatter 3 sorgt für die Einhaltung der beiden verbleibenden Bedingungen, da es die beiden Impulsfolgen so koordiniert, dass Korrekturimpulse nur dann fortlaufend übertragen werden, wenn vorher ein Messimpuls aufgetreten ist, und andrerseits die Anzahl der Korrekturimpulse dann begrenzt wird, wenn der Abstand zwischen den Messimpulsen auf einen Wert angestiegen ist, der unterhalb der unteren Grenze des Messbereiches liegt. Einerseits lässt nun das Gatter nur dann Korrekturimpulse durch, wenn es vorher von einem Messimpuls angesteuert worden ist. Andererseits unterbricht das Gatter die Korrekturimpulsfolge dann, wenn ein Messimpuls fehlt, beispielsweise wenn gemäss Fig. 3 auf den Messimpuls g2 nicht ein Messimpuls gi folgt. Sollte jedoch einer oder mehrere verspätete Messimpulse folgen, dann lässt das Gatter für jeden solchen später folgenden Messimpuls nur eine vorgegebene maximale Anzahl an Korrekturimpulsen durch. Die Steuerung des Gatters kann entweder auf der Basis einer Zeitmessung oder auf der Basis einer Impulszählung erfolgen.

Bei einem auf Zeitbasis gesteuerten Gatter 3 bewirkt jeder Messimpuls eine Öffnung des Gatters für ein bestimmtes maximales Zeitintervall tmax, das dem reziproken Wert der unteren Grenzfrequenz fmjn entspricht. Bei einer über fmin liegenden Messimpulsfrequenz bleibt also das Gatter fortlaufend geöffnet.

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Die vorstehend erläuterte Situation ist in Fig. 5 dargestellt, in der die Messimpulse in der Zeile a und die Öffnungsintervalle tmax in der Zeile ä dargestellt sind. Die Korrekturimpulse sind in der Zeile b dargestellt, während die Ausgangsimpulse der Korrektureinheit in der Zeile c dargestellt sind. Aus Fig. 5 ist 5 ersichtlich, dass der Messimpuls gi das Gatter öffnet, so dass dieses einen nachfolgenden Korrekturimpuls ki durchlässt. Der nächste Messimpuls g'2 tritt nun beispielsweise aufgrund eines kurzzeitigen Stillstands des Messgrössenumformers erst dann auf, nachdem das Gatter wieder gesperrt ist. Der Messimpuls , 0 g' 2 öffnet nun das Gatter wieder, so dass der folgende Korrekturimpuls k2 wieder durchgelassen wird. Der darauffolgende Korrekturimpuls k3 wird jedoch nicht durchgelassen, da das Gatter bereits wieder gesperrt ist. Es sei angenommen, dass der Messimpuls g3 überhaupt nicht auftritt. , 5

Fig. 6 zeigt die Arbeitsweise des auf der Basis von Impulszählung gesteuerten Gatters, das fortlaufend höchstens eine vorbestimmte Anzahl n von Korrekturimpulsen durchlässt,

wobei n = fk/fmin ist und im vorliegenden Fall den Wert 3 hat.

Wie in Fig. 5 sind die Messimpulse in Zeile a, die Korrekturim- 2o pulse in Zeile b und die überlagerten Impulse in Zeile c dargestellt. Der Messimpuls g2 öffnet das Gatter, das daraufhin drei Korrekturimpulse durchlässt, worauf das Gatter gesperrt wird, wie durch die Linie S angedeutet ist, da keine weiteren Messimpulse auftreten. Sollte jedoch später noch ein Messimpuls g3 25 auftreten, löst dieser wiederum drei Korrekturimpulse aus, wie dies in Fig. 6 rechts von der Linie S gestrichelt dargestellt ist. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit und zum besseren Verständnis die Korrekturfrequenz viel 30 höher als die Messimpulsfrequenz gewählt worden ist. Tatsächlich liegen jedoch die beiden Frequenzen in der gleichen Grös-senordnung, d. h. n 1 und in manchen Fällen ist sogar f^ kleiner als fg.

Im zuletzt beschriebenen Fall erhält man eine Näherungslö- 35 sung, weil die vom Gatter durchgelassene Anzahl von Impulsen definitionsgemäss gleich n = fk/fmin ist und dieser Quotient zur nächsten positiven ganzen Zahl aufgerundet werden muss. Man kann jedoch ohne grosse Schwierigkeiten das Gatter so abändern, dass das Gatter im Durchschnitt eine dem Sollwert n 40 entsprechende Anzahl vom Impulsen durchlässt. Zu diesem Zweck wird dem Gatter ein Speicher zugeordnet, der dafür sorgt, dass das Gatter einmal eine etwas grössere als n und einmal eine etwas kleinere als n Anzahl N bzw. K von Impulsen durchlässt, so dass die durchschnittliche vom Gatter durchge- 45 lassene Anzahl an Impulsen nach n konvergiert.

Ein einfaches numerisches Beispiel verdeutlicht dieses Prinzip. Angenommen der Quotient fk/fmin. d. h. die gewünschte Anzahl n von Korrekturimpulsen, ist 2,6. Der Wert 2,6 entspricht nun 13/5 oder der ganzen Zahl 2 zuzüglich 3/5. Wenn *> also das Gatter so gesteuert wird, dass jeweils im Laufe von fünf aufeinanderfolgenden Öffnungsintervallen während drei Intervallen jeweils drei Korrekturimpulse und während zwei Intervallen jeweils nur zwei Korrekturimpulse hindurchgelassen werden, dann beträgt der Durchschnittswert für eine längere Folge von Messimpulsen offensichtlich 2,6.

Anhand von Fig. 7 wird nun eine Schaltung erläutert,

welche die drei oben angeführten Überlagerungsbedingungen erfüllt. Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 7 unterschei- „„ det sich von der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 4. da die Schaltung nach Fig. 7 aus in integrierter Schaltung ausgeführten Standardkomponenten aufgebaut ist. Bei der Schaltung nach Fig. 7 werden die Messimpulse nicht unmittelbar den Korrekturimpulsen überlagert, vielmehr werden durch die Messim-pulse sekundäre Messimpulse ausgelöst, die von der gleichen Impulsquelle stammen, die auch die Korrekturimpulse liefert. Die sekundären Messimpulse und die Korrekturimpulse wer615 542

den addiert und in der nachstehend erläuterten Weise zu einem korrigierten Ausgangssignal verarbeitet.

Der in Fig. 7 dargestellte Messwertumformer 60, bei dem es sich beispielsweise um einen Durchflussmesser der oben genannten Art handelt, liefert ein Analogsignal, das in geeigneter Weise verstärkt und in ein impulsförmiges Signal umgesetzt wird, das auf der Ausgangsleitung 62 auftritt. Mit dem auf der Ausgangsleitung 62 auftretenden Signal wird dann ein sogenannter Stossgenerator 64 beaufschlagt, der die Eigenschaft hat, dass er nach Empfang eines Eingangsimpulses jeweils eine Impulsserie, beispielsweise zehn Impulse, liefert. Der Generator 64 erhält die Impulse für eine solche Impulsserie von einem Impulsgeber 66, der von einem Kristalloszillator 68 gespeist wird, welcher eine hohe Basisfrequenz von beispielsweise 1 MHz liefert. Der Impulsgeber 66 hat die Eigenschaft, dass er erstens die Frequenz der vom Oszillator 68 empfangenen Impulse untersetzt, beispielsweise um den Faktor 10, und zweitens an eine Reihe von Ausgangsklemmen Impulsfolgen mit der verringerten Frequenz liefert, wobei die Impulsfolgen zeitlich zueinander versetzt sind. Ein derartiger Impulsgeber kann beispielsweise ein bekannter Dekadendecodierzähler sein. Von einer Ausgangsklemme des Impulsgebers 66 wird über die Leitung 70 eine Impulsfolge, die im vorliegenden Falle eine Frequenz von 100 kHz hat, dem Stossgenerator 64 zum Zerhacken zugeführt. Der Stossgenerator 64 liefert also jeweils beim Empfang eines Messimpulses an die Ausgangsleitung 72 eine Impulsserie, die im vorliegenden Beispiel 10 Impulse umfasst, wobei die Impulse innerhalb der Serie eine Frequenz von 100 kHz aufweisen. Die Impulsserie wird über die Ausgangsleitung 62 einem ODER-Glied 74 zugeführt.

Von einer anderen Ausgangsklemme des Impulsgebers 66 wird über die Leitung 76 eine andere Impulsfolge abgenommen, die ebenfalls eine Frequenz von 100 kHz aufweist; jedoch zeitlich gegenüber der über die Leitung 70 abgenommenen Impulsfolge versetzt ist. Die über die Leitung 76 abgenommene Impulsfolge wird zur Erzeugung der erforderlichen Korrektursignale verwendet. Zur Erzeugung der Korrektursignale wurden oben anhand von Fig. 5 und 6 zwei Gatteranordnungen erläutert, von denen die eine auf Zeitbasis und die andere auf Zählbasis arbeitet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird die über die Leitung 76 abgenommene Impulsfolge einem UND-Glied 78 zugeführt, das in Abhängigkeit von den auf der Leitung 62 auftretenden Messimpulsen geöffnet wird, da die Messimpulse nicht nur dem Stossgenerator 64, sondern auch einem monostabilen Flip-Flop 80 zugeführt werden, der nach jedem Messimpuls das UND-Glied 78 für eine vorgegebene Zeitspanne zum Durchlass der auf der Leitung 76 anliegenden Impulsfolge öffnet. Der monostabile Flip-Flop 80 sorgt dafür, dass die erste und dritte der oben erwähnten drei Bedingungen erfüllt wird, d. h. keine Korrekturimpulse erzeugt werden,

bevor nicht ein Messimpuls aufgetreten ist, und die Korrekturimpulse nicht mehr weiter unbegrenzt auftreten können, nachdem keine Messimpulse mehr erzeugt werden.

Die vom UND-Glied 78 durchgelassene Impulsfolge gelangt zu einem Frequenzteiler 82, der die Frequenz der Impulsfolge verringert, im vorliegenden Falle um den Faktor 100 untersetzt, so dass die auf der Leitung 84 auftretende Impulsfolge eine Frequenz von 1 kHz aufweist. Die Leitung 84 führt zum Eingang eines Multipliziergliedes 86, an dem in bekannter Weise mit Hilfe von dekadischen Zifferrädern ein die gewünschte Frequenz gewährleistender Multiplikator eingestellt werden kann. Die auf der Ausgangsleitung 88 des Multipliziergliedes 84 auftretenden Impulse, deren Frequenz beispielsweise 10 fk beträgt, werden dem ODER-Glied 74 zugeführt und dort zu den in Abhängigkeit von den Messimpulsen vom Stossgenerator 64 erzeugten Impulsserien addiert.

In der vorstehend erläuterten Weise erhält man also eine der Summe fg + fk entsprechende korrigierte Messimpulsfre

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quenz fg korr, wobei fk so einzustellen ist, dass in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise die fg korr darstellende Gerade den Koordinatennullpunkt schneidet. Der dem jeweiligen Messgerät ange-passte Wert von fk wird am Multiplizierglied 86 unter Berücksichtigung der Tatsache eingestellt, dass die auf der Leitung 72 auftretenden Impulse den Wert 10 fg repräsentieren. Die auf der Ausgangsleitung 90 des ODER-Gliedes 74 auftretende Signalkombination ist also 10(fg + fk).

Die zweite zur Korrektur der Messimpulse erforderliche Bedingung, dass nämlich die Messimpulse und die Korrekturimpulse immer so voneinander getrennt sein müssen, dass sie beim Addieren nicht zusammenfallen, wird bei der Schaltung nach Fig. 7 automatisch dadurch gewährleistet, dass die Messimpulse oder vielmehr die von den Messimpulsen abhängigen Impulse und die Korrekturimpulse von der gleichen Quelle stammen, nämlich vom Hochfrequenzoszillator 68, dessen Impulse in gleiche, jedoch zeitlich versetzte Impulsfolgen aufgeteilt werden, von denen jeweils zwei zur Erzeugung der sekundären Messimpulse bzw. Korrekturimpulse verwendet werden.

Die am Ausgang 90 des ODER-Gliedes 74 auftretenden überlagerten Impulse werden einem weiteren Multiplizierglied 92 zugeführt, an dem zu Anpassungszwecken ein Dimensionsfaktor K als Multiplikator einstellbar ist, so dass die am Ausgang 94 des Multipliziergliedes 92 auftretenden Impulse eine solche Frequenz K • 10(fg + fk) aufweisen, dass jeder zur Zählung vorgesehene Impuls genau der gewünschten Messeinheit, beispielsweise einer Durchflussmenge von 11 pro Minute entspricht. Da die Impulse nahe beieinanderliegen können (obwohl sie niemals zusammenfallen, weil der Mindestimpuls-abstand stets eine Mikrosekunde im Hinblick auf die Frequenz der gemeinsamen Impulsquelle (1 MHz) ist, sind manche Zähler, insbesondere elektromechanische Zähler, zum Zählen der Impulse nicht geeignet, so dass die am Ausgang 94 des Addiergliedes 92 auftretenden Impulse einem Impulsformer 9b /ugc führt werden, in dem einerseits das Zeitintervall zwischen ankommenden Impulsen und andererseits die Breite der Impulse selbst ohne Veränderung ihrer Gesamtzahl gestreckt 5 werden kann. Ein derartiger Streckeffekt ist mit Hilfe eines Aufwärts-Abwärts-Zählverfahrens möglich und der Impulsformer 96 basiert daher auf einem bekannten Aufwärts-Abwärts-Zähler. Der Ausgang des Impulsformers 96 steht über eine Leitung 98 mit dem Eingang einer Zählertreiberstufe 100 in Ver-l0 bindung. Die auf der Leitung 98 auftretenden Impulse besitzen einen solchen Abstand sowie eine solche Dauer, dass sie ohne Schwierigkeiten von einem mechanischen Zähler 102 oder einem elektronischen Zähler 104 erfasst werden können.

Bei der Schaltung nach Fig. 7 wird die Frequenz des Kor-l5 rektursignals in spezieller Weise modifiziert, beispielsweise durch den Impulsgeber 66 und durch den Frequenzteiler 82, und es ist weiterhin eine gemeinsame Impulsquelle mit einer Frequenz von 1 MHz vorgesehen. Die oben angeführten Frequenzwerte können natürlich entsprechend den jeweiligen 20 Bedingungen im Rahmen der Erfindung abgeändert werden.

Ein grosser Vorteil der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 besteht darin, dass die Korrekturimpulsfrequenz in einfacher Weise durch Kompensation der verschiedenen den Messwert 25 beeinflussenden Störgrössen modifiziert werden kann. Bei Durchflussmessern beispielsweise bewirken Temperaturschwankungen entsprechende Schwankungen der Viskosität des Strömungsmediums und dadurch bedingte Messfehler können korrigiert werden, indem die Frequenz der Korrekturim-30 pulse in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird, was automatisch erfolgen kann. Weiterhin kann die Frequenz im Hinblick auf Herstellungstoleranzen zwischen verschiedenen Messgrössenumformern so modifiziert werden, dass bei jedem einzelnen Instrument optimale Genauigkeit erreicht wird.

Claims (11)

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1. Verfahren zum Korrigieren der Kennlinie eines Analog-Digitalwandlers, der auf eine physikalische Messgrösse anspricht und dabei eine Messimpulsfolge mit entsprechender Frequenz liefert, wobei die die Messimpulsfrequenz als Funktion der Messgrösse darstellende Kennlinie innerhalb des Arbeitsbereiches des Wandlers im wesentlichen eine Gerade ist, die aufgrund der Beschaffenheit des Wandlers bei Verlängerung über den Arbeitsbereich des Wandlers hinaus die die Messimpulsfrequenz repräsentierende Koordinationsachse ausserhalb des Koordinatennullpunktes schneidet, bei welchem Verfahren der Messimpulsfolge eine Korrekturimpulsfolge überlagert und die Korrekturimpulsfrequenz so bemessen wird, dass die resultierende Kennlinie, die die Impulsfrequenz der aus der Überlagerung resultierenden Impulsfolge als Funktion der Messgrösse darstellt, durch den Koordinatennullpunkt verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Basisimpulsfolge mit vorgegebener Frequenz erzeugt wird,

b) die Basisimpulsfolge in mindestens zwei Unterimpulsfolgen aufgeteilt wird, deren Impulse zeitlich gegeneinander versetzt sind,

c) unter Steuerung durch die Messimpulse von der einen Unterimpulsfolge Korrekturimpulse abgetrennt werden,

d) unter Steuerung durch die Messimpulse von der zweiten Unterimpulsfolge für jeden Messimpuls eine vorgegebene Anzahl von sekundären Messimpulsen abgeleitet wird, und e) die Korrekturimpulse und die sekundären Messimpulse zu der resultierenden korrigierten Impulsfolge überlagert werden, wobei bei graphischer Darstellung der Frequenz in Abhängigkeit von der Messgrösse die Kennlinie durch den Koordinatennullpunkt verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass beim Abtrennen der Korrekturimpulse aus der einen Unterimpulsfolge die Anzahl der pro Messimpuls erzeugten Korrekturimpulse begrenzt wird, wenn die Messimpulsfrequenz unter die untere Grenze des Arbeitsbereiches abfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Anzahl der Korrekturimpulse diese nur während einer Zeitspanne abgetrennt werden, die nicht grösser ist als das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Messimpulsen an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Korrekturimpulse auf einen Wert n begrenzt wird, der nicht grösser ist als der Quotient aus der Korrekturimpulsfrequenz und der Messimpulsfrequenz an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Korrekturimpulse abwechselnd in einer den ganzen Zahlen N und K entsprechenden Anzahl gesendet werden, wobei N und K unmittelbar über bzw. unmittelbar unter der Zahl n liegen und dadurch der Durchschnittswert der pro Messimpuls erzeugten Korrekturimpulse gleich n ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Überlagerung der Korrekturimpulse und der sekundären Messimpulse resultierende korrigierte Impulsfolge zur Vergrösserung des Zeitintervalls zwischen den Impulsen sowie zur Verbreitung der Impulse selbst gestreckt wird, ohne dass dabei die Gesamtzahl der Impulse verändert wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (68) zum Erzeugen von Impulsen mit einer Basisfrequenz, einen vom Impulsgenerator (68) gespeisten Impulsgeber (66) zum Erzeugen von mindestens zwei Unterimpulsfolgen (70,76), deren Impulse zeitlich zueinander versetzt sind, eine erste Aus-wertungs- (80,78) und Umsetzereinrichtung (82,86), die durch jeden Messimpuls (62) ansteuerbar ist und daraufhin Teile der einen Unterimpulsfolge zur Erzeugung von n*fk Korrekturimpulsen (88) durchlässt, wobei n eine positive Zahl und fk die Korrekturfrequenz ist, eine zweite Auswertungs- und Umsetzereinrichtung (64), die auf jeden Messimpuls (62) anspricht und dabei Teile der anderen Unterimpulse (70) zur Erzeugung von sekundären Messimpulsen (72) mit einer Frequenz von n • fg durchlässt, wobei fg die Messkennlinienfrequenz ist, und durch eine Additionseinrichtung (74) zum Erzeugen einer korrigierten Impulsfolge (90) aus den sekundären Messimpulsen (72) und den Korrekturimpulsen (88), wobei die korrigierte Impulsfolge eine Frequenz von n • fg korr = n • fk + n • fg, somit fg korr = fk - fg, wobei fg korr die korrigierte Messkennlinienfrequenz ist, und der Wert fk mit Hilfe der ersten Auswertungs- und Umwandlungseinrichtung (86) so eingestellt ist, dass die resultierende Kennlinie durch den Koordinatennullpunkt verläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auswertungseinrichtung jeweils nach Empfang eines Messimpulses Korrekturimpulse während eines Zeitintervalls durchlässt, das nicht grösser ist als die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Messimpulsen an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auswertungseinrichtung jeweils nach Empfang eines Messimpulses Korrekturimpulse durchlässt, deren Anzahl im Durchschnitt nicht grösser ist als der Quotient der Korrekturimpulsfrequenz und der Messimpulsfrequenz an der unteren Grenze des Arbeitsbereiches.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Auswertungs- und Umsetzereinrichtungen Schaltmittel enthält, die auf einen Messgrössenimpuis ansprechen und daraufhin eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen der betreffenden Unterimpulsfolge durchlassen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auswertungs- und Umsetzereinrichtung ein Verknüpfungsglied enthält, das mit der einen Unterimpulsfolge beaufschlagt wird und durch eine monostabile Schaltung ansteuerbar ist, die auf einen Messimpuls anspricht und das Verknüpfungsglied daraufhin für eine vorgegebene Zeitspanne zum Durchlass der einen Unterimpulsfolge ansteuert, die nachfolgend in einem steuerbaren Frequenzumsetzer in Korrekturimpulse entsprechender Korrekturfrequenz umgesetzt werden, die zweite Verknüpfungs- und Umsetzereinrichtung einen Generator enthält, der auf einen Messimpuls anspricht und daraufhin eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen der zweiten Unterimpulsfolge liefert und die Additionseinrichtung ein Verknüpfungsglied enthält, an dessen Eingänge sowohl der Generator als auch der Frequenzumsetzer angeschlossen sind und das ein aus Addition der beiden Frequenzen gebildetes Impulssignal liefert, das proportional zur korrigierten Messimpulsfrequenz ist, und die Addiereinrichtung weiterhin ein Multiplizierglied sowie ein Impulsformerglied enthält, zur Erzeugung einer proportional angepassten und gestreckten Aus-gangsimpuls-Version des Verknüpfungsgliedes der Addiereinrichtung.