DD233182A1 - DIRECT DIGITAL COMPENSATION MEASUREMENT SYSTEM - Google Patents

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DD233182A1
DD233182A1 DD27185684A DD27185684A DD233182A1 DD 233182 A1 DD233182 A1 DD 233182A1 DD 27185684 A DD27185684 A DD 27185684A DD 27185684 A DD27185684 A DD 27185684A DD 233182 A1 DD233182 A1 DD 233182A1
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compensation
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DD27185684A
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Ralf Weidner
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Mineraloelverbundleitung Schwe
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein direktes digitales Kompensationsmesssystem. Das Messsystem erfasst physikalische Messgroessen ueber Waagebalken bzw. Messfeder mittels Schrittmotor, indem die Auslenkung des Waagebalkens oder der Messfeder aus der Gleichgewichtslage mit Hilfe eines Indikators als Messwertsignal (groesser/gleich/kleiner) erfasst und an eine Ansteuerlogik fuer den Schrittmotor zugeleitet wird. Die Ansteuerlogik gibt energiereiche Impulsfolgen fuer den Rechts- bzw. Linkslauf des Schrittmotors aus. Gleichzeitig werden diese Impulsfolgen dem Vor-Rueckwaerts-Zaehler zugefuehrt, der entsprechend dem Verhaeltnis von Schrittmotorstellwinkel zu Messgroessenaenderung abgestimmt ist.The invention relates to a direct digital compensation measuring system. The measuring system records physical measured variables via balance beam or measuring spring by means of a stepping motor by detecting the deflection of the balance beam or spring from the equilibrium position with the help of an indicator as a measured value signal (greater / equal / smaller) and supplying it to a control logic for the stepper motor. The control logic outputs high-energy pulse sequences for the clockwise or anti-clockwise rotation of the stepper motor. At the same time, these pulse sequences are fed to the pre-backward counter, which is tuned according to the ratio of stepping motor angle to Meßgroessenaenderung.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung physikalischer Größen, die sich in zum Meßwert proportionale Wegänderungen wandeln lassen, eine große räumliche Trennung zwischen Meß- und Auswerteort mit Einwirkung elektromagnetischer oder elektrostatischer Störfelder aufweisen und einer hohen digitalen Meßwertauflösung bedürfen.The invention relates to a method for the measurement of physical quantities that can be converted into proportional to the measured value path changes, have a large spatial separation between the measuring and evaluation with exposure to electromagnetic or electrostatic interference fields and require a high digital Meßwertauflösung.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind zahlreiche analog arbeitende Kompensationsmeßverfahren, die nach dem Prinzip der Weg- bzw. Kraftkompensation durch elektromagnetische Systeme arbeiten. Besonders für reine Wegmeßsysteme, wie z. B. . Füllstandsmesser, mit Meßwertauflösungen von etwa 1:10000 und größer sind diese Verfahren aufgrund von Schwingungsproblemen und damit unmöglich werdender analog-digital-Umsetzung nicht geeignet.Numerous analogously working Kompensationsmeßverfahren that work on the principle of displacement or force compensation by electromagnetic systems are known. Especially for pure position measuring systems, such. B.. Filling level, with Meßwertauflösungen of about 1: 10000 and larger, these methods are not suitable due to vibration problems and thus becoming impossible analog-digital conversion.

Dafür werden Meßsysteme eingesetzt, die eine Kompensation mit Hilfe eines Umkehrmotors beinhalten und die zur Kompensation benötigten Umdrehungen einer Welle über Codescheiben in parallel oder serielle Impulsfolgen wandeln. Bei diesem System ist eine digitale, rechneransteuerungsgerechte Meßwertauswertung möglich, jedoch sind diese Systeme bei großen Übertragungsstrecken sehr empfindlich gegen elektromagnetische und elektrostatische Störeinflüsse.For this purpose, measuring systems are used which include compensation by means of a reversing motor and which convert the rotations of a shaft required for compensation via code disks into parallel or serial pulse trains. In this system, a digital, computer-control-oriented measured value evaluation is possible, but these systems are very sensitive to electromagnetic and electrostatic interference for large transmission distances.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Meßverfahren zu schaffen, das die oben genannten Nachteile ausschließt und ein wartungsarmes, störeinflußfreies, hochempfindliches und schwingungsfreies Meßverfahren mit hoher Meßwertauflösung zu schaffen, das unter Einbeziehung verfügbarer Standardbauelemente, wie Schrittmotor und mikroelektronischer hochintegrierter Bauelemente, arbeitet.It is the object of the invention to provide a measuring method which eliminates the above-mentioned disadvantages and to provide a low maintenance, interference free, high sensitive and vibration free high resolution measuring method which utilizes available standard components such as stepping motor and microelectronic highly integrated devices.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wirdThe technical problem which is solved by the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aller bekannten Meßverfahren zur digitalen Erfassung meßwertproportionaler Wegänderungen auszuschalten und damit ein störsicheres und hochgenaues Meßsystem zu schaffen.It is the object of the invention to eliminate the disadvantages of all known measuring methods for the digital detection of measured value proportional path changes and thus to provide a fail-safe and highly accurate measuring system.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die über bekannte mechanische Systeme erfaßte physikalische Meßgröße über einen Waagebalken bzw. eine Meßfeder mit Hilfe eines Schrittmotors mit entsprechendem SteJIgetriebe kompensiert wird, indem die Auslenkung des Waagebalkens oderder Meßfeder aus der Gleichgewichtslage mit Hilfe eines Indikators, der die Signale „Meßwert wird größer", „Meßwert ist kompensiert" und „Meßwert wird kleiner" erfaßt und an eine Logikzur Ansteuerung des Schrittmotors geleitet wird, die aus den Indikatorsignalen Impulsfolgen für Links- bzw. Rechtslauf des Schrittmotors bildet und diese energiereichen Impulse einen Vor-Rückwärts-Zähler zuführt, der auf das Verhältnis von Schrittmotor-Stellwinkel zu Meßgrößenänderung abgestimmt ist. Eine große Störsicherheit ist dadurch gewährleistet, daß die vom Gleichgewichtsindikator, der sich am Meßort befindet, an die Ansteuerlogik gegebenen „größer-kleiner-lmpulse" hur dann als richtig ausgewertet werden, wenn sie eine Mindestimpulslänge, die auf die maximal möglicheAccording to the invention the object is achieved in that the physical measured variable detected via known mechanical systems is compensated by a balance beam or a measuring spring by means of a stepping motor with a corresponding SteJigetriebe by the deflection of the balance beam or the measuring spring from the equilibrium position by means of an indicator, the Signals "measured value is greater", "measured value is compensated" and "measured value is smaller" are detected and passed to a logic for controlling the stepping motor, which forms from the indicator signals impulse sequences for clockwise or counterclockwise rotation of the stepping motor and these energetic impulses A large interference immunity is ensured by the fact that the of the equilibrium indicator, which is located at the measuring location, given to the control logic "larger-smaller pulses" hur then be evaluated as correct if they have a minimum pulse length that is at the maximum possible

Meßgrößenänderungsgeschwindigkeit abgestimmt ist, aufweisen und daß von der Ansteuerlogik nur solche Impulse an den Schrittmotor gegeben werden, die mit absoluter Sicherheit das zur Kompensation erforderliche maximale Drehmoment im Schrittmotor erzeugen und daß die Zählung dieser Impulse aufgrund des hohen Energiegehaltes absolut störsicher ist. AusführungsbeispielMeßgrößenänderungsgeschwindigkeit is tuned, and that of the control logic only those pulses are given to the stepper motor, which generate the maximum torque required for compensation in the stepper motor with absolute certainty and that the count of these pulses is absolutely immune to interference due to the high energy content. embodiment

Die Erfindung sei am Beispiel einer Füllstandsmeßeinrichtung für Flüssigkeitsbehälter erläutert. Nach der bekannten Methode des Kraftvergleiches wird der Schwimmer 1 mit dem Meßseil und der Seiltrommel 2 so lange bewegt, bis der Auftrieb des Schwimmers 1 gleich der Federkraft der Kompensationsfeder 5 ist. Dabei wird die Seiltrommel 2 durch den Schrittmotor 3 angetrieben, der seine Drehimpulse aus der Ansteuerlogik 7 bezieht, deren Impulsfolge und somit die Drehrichtung vom Gleichgewichtsindikator 6 bestimmt wird. Mit einem bekannten Vor-Rückwärts-Zähler 8 werden cie Drehimpulse gezählt und es wird somit der Meßwert gebildet.The invention will be explained using the example of a level measuring device for liquid container. According to the known method of comparing the force of the float 1 with the measuring cable and the cable drum 2 is moved until the buoyancy of the float 1 is equal to the spring force of the compensation spring 5. In this case, the cable drum 2 is driven by the stepping motor 3, which receives its angular momentum from the Ansteuerlogik 7, the pulse sequence and thus the direction of rotation of the equilibrium indicator 6 is determined. With a known up-down counter 8 cie angular pulses are counted and thus the measured value is formed.

Im Beispiel besteht der Gleichgewichtsindikator aus zwei kontaktlosen magnetischen Schaltern B 461 G (Di und D2), die die Auslenkung des Waagebalkens 4 über die Monoflops D6 und D7, die durch einen Zeitgeber B 555 (D3) getaktet werden, an ein Rechts-Links-Schieberregister D8 signalisieren, dessen Ausgangsimpulsfolgen über die Verstärker D9 bis Du den Schrittmotor 3 in Drehung versetzen.In the example, the equilibrium indicator consists of two non-contact magnetic switches B 461 G (Di and D2) which direct the deflection of the balance beam 4 to the right-left via the monoflops D6 and D7 which are clocked by a timer B 555 (D3). Signal shift register D8 whose output pulse trains via the amplifier D9 to you put the stepper motor 3 in rotation.

Dabei ergibt sich dessen Rechtslauf aus der Kontaktgabe von Dlz dessen Linkslauf aus der Kontaktgabe von D2 und dessen Stillstand aus dem Kräftegleichgewicht am Waagebalken 4, d. h. der Lage außerhalb des Einschaltbereiches von Di und D2. Schrittmotor 3, Getriebe und Seiltrommel 2 seien am Beispiel so aufeinander abgestimmt, daß 48 Impulse des Zeitgebers D3 eine Wegänderung des Schwimmers 1 um 1 mm bewirken. DerZähler 8 bildet durch die 48:1 Teiler D4 und D5, die Vor- und Rückwärtszähler Di2 bis Di6 (für fünfstelligen Meßwert), die BCDzu Siebensegment-Dekoder D17 bis D2i und die Siebensegment LED-Anzeigen H, bis H5 aus den bis zum Erreichen des Gleichgewichtes notwendigen Impulsen aus D6 (Vorwärtszählen) oder D7 (Rückwärtszäh'len), den Meßwert.This results in its clockwise rotation from the contact of Dlz whose left-hand rotation from the contact of D2 and its stoppage from the balance of power on the balance beam 4, d. H. the position outside the switch-on range of Di and D2. Stepper motor 3, gear and cable drum 2 are so matched to each other in the example that cause 48 pulses of the timer D3 a change in the path of the float 1 by 1 mm. The counter 8 forms the 48: 1 divisors D4 and D5, the up and down counters Di2 to Di6 (for five-digit measurement), the BCD to seven-segment decoders D17 to D2i and the seven-segment LED displays H to H5 off to reach of balance necessary from D6 (counting up) or D7 (counting backwards), the measured value.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:Invention claim: Beansprucht wird ein direktes digitales Kompensationsmeßsystem zur Messung physikalischer Größen, die sich mit Hilfe bekannter Meßsysteme in proportionale Weg- bzw. Kraftänderungen wandeln lassen, gekennzeichnet dadurch, daß der Kraftbzw. Wegausgleich mit Hilfe eines Schrittmotors, mit einem auf den Meßbereich und die Meßbereichsauflösung abgestimmten Stellgetriebe, erfolgt und die zum Ausgleich notwendige Anzahl von Drehimpulsen in Abhängigkeit von der Drehrichtung gezählt wird, wobei der augenblickliche Zählerinhalt den Meßwert darstellt, und daß durch die energiereichen Drehimpulse kein Informationsverlust zwischen der in einer Meßzentrale installierten Ansteuerelektronik mit Zähl- und Ausgabeeinrichtung und dem örtlich installierten Kompensationssystem auftritt.Claimed is a direct digital Kompensationsmeßsystem for measuring physical quantities that can be converted by means of known measuring systems into proportional path or force changes, characterized in that the Kraftbzw. Distance compensation with the help of a stepper motor, with a matched to the measuring range and the Meßbereichsauflösung control gear, takes place and the necessary number of compensation for the balance number of angular momentum depending on the direction of rotation, wherein the instantaneous counter content represents the measured value, and that no loss of information due to the high-energy angular momentum occurs between the installed in a control panel control electronics with counting and output device and the locally installed compensation system. HierzuFor this 2 Seiten Zeichnungen2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung physikalischer Größen, die sich in zum Meßwert proportionale Wegänderungen wandeln lassen, eine große räumliche Trennung zwischen Meß- und Auswerteort mit Einwirkung elektromagnetischer oder elektrostatischer Störfelder aufweisen und einer hohen digitalen Meßwertauflösung bedürfen.The invention relates to a method for the measurement of physical quantities that can be converted into proportional to the measured value path changes, have a large spatial separation between the measuring and evaluation with exposure to electromagnetic or electrostatic interference fields and require a high digital Meßwertauflösung. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Bekannt sind zahlreiche analog arbeitende Kompensationsmeßverfahren, die nach dem Prinzip der Weg- bzw. Kraftkompensation durch elektromagnetische Systeme arbeiten. Besonders für reine Wegmeßsysteme, wie z. B. Füllstandsmesser, mit Meßwertauflösungen von etwa 1:10000 und größer sind diese Verfahren aufgrund von Schwingungsproblemen und damit unmöglich werdender analog-digital-Umsetzung nicht geeignet. Dafür werden Meßsysteme eingesetzt, die eine Kompensation mit Hilfe eines Umkehrmotors beinhalten und die zur Kompensation benötigten Umdrehungen einer Welle über Codescheiben in parallel oder serielle Impulsfolgen wandeln. Bei diesem System ist eine digitale, rechneransteuerungsgerechte Meßwertauswertung möglich, jedoch sind diese Systeme bei großen Übertragungsstrecken sehr empfindlich gegen elektromagnetische und elektrostatische Störeinflüsse.Numerous analogously working Kompensationsmeßverfahren that work on the principle of displacement or force compensation by electromagnetic systems are known. Especially for pure position measuring systems, such. As fill level meter, with Meßwertauflösungen of about 1: 10000 and larger, these methods are not suitable due to vibration problems and thus becoming impossible analog-digital conversion. For this purpose, measuring systems are used which include compensation by means of a reversing motor and which convert the rotations of a shaft required for compensation via code disks into parallel or serial pulse trains. In this system, a digital, computer-control-oriented measured value evaluation is possible, but these systems are very sensitive to electromagnetic and electrostatic interference for large transmission distances. Ziel der ErfindungObject of the invention Es ist das Ziel der Erfindung, ein'Meßverfahren zu schaffen, das die oben genannten Nachteile ausschließt und ein wartungsarmes, Störeinflußfreies, hochempfindliches und schwingungsfreies Meßverfahren mit hoher Meßwertauflösung zu schaffen, das unter Einbeziehung verfügbarer Standardbauelemente, wie Schrittmotor und mikroelektronischer hochintegrierter Bauelemente, arbeitet.It is the object of the invention to provide a measuring method which eliminates the above drawbacks and provides a low-maintenance, high-sensitivity, high-sensitivity and vibration-free measurement method with high measurement resolution, which incorporates available standard components such as stepper motor and microelectronic highly integrated devices. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wirdThe technical problem which is solved by the invention Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aller bekannten Meßverfahren zur digitalen Erfassung meßwertproportionaler Wegänderungen auszuschalten und damit ein störsicheres und hochgenaues Meßsystem zu schaffen.It is the object of the invention to eliminate the disadvantages of all known measuring methods for the digital detection of measured value proportional path changes and thus to provide a fail-safe and highly accurate measuring system. Merkmale der ErfindungFeatures of the invention Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die über bekannte mechanische Systeme erfaßte physikalische Meßgröße über einen Waagebalken bzw. eine Meßfeder mit Hilfe eines Schrittmotors mit entsprechendem SteJlgetriebe kompensiert wird, indem die Auslenkung des Waagebalkens oder der Meßfeder aus der Gleichgewichtslage mit Hilfe eines Indikators, der die Signale „Meßwert wird größer", „Meßwert ist kompensiert" und „Meßwert wird kleiner" erfaßt und an eine Logik zur Ansteuerung des Schrittmotors geleitet wird, die aus den Indikatorsignalen Impulsfolgen für Links-bzw. Rechtslauf des Schrittmotors bildet und diese energiereichen Impulse einen Vor-Rückwärts-Zähler zuführt, der auf das Verhältnis von Schrittmotor-Stellwinkel zu Meßgrößenänderung abgestimmt ist. Eine große Störsicherheit ist dadurch gewährleistet, daß die vom Gleichgewichtsindikator, der sich am Meßort befindet, an die Ansteuerlogik gegebenen „größer-kleiner-lmpulse" hur dann als richtig ausgewertet werden, wenn sie eine Mindestimpulslänge, die auf die maximal mögliche Meßgrößenänderungsgeschwindigkeit abgestimmt ist, aufweisen und daß von der Ansteuerlogik nur solche Impulse an den Schrittmotor gegeben werden, die mit absoluter Sicherheit das zur Kompensation erforderliche maximale Drehmoment im Schrittmotor erzeugen und daß die Zählung dieser Impulse aufgrund des hohen Energiegehaltes absolut störsicher ist.According to the invention, this object is achieved in that the physical measured variable detected by known mechanical systems is compensated by a balance beam or a measuring spring with the aid of a stepping motor with a corresponding SteJlgetriebe by the deflection of the balance beam or the measuring spring from the equilibrium position by means of an indicator, the the signals "measured value is greater", "measured value is compensated" and "measured value is smaller" are detected and passed to a logic for controlling the stepping motor, which forms pulse sequences for clockwise or counterclockwise rotation of the stepping motor from the indicator signals and these high-energy pulses A large interference immunity is ensured by the fact that the "larger-smaller-pulses" given by the equilibrium indicator, which is located at the measuring location, are supplied to the control logic then be evaluated as correct, if they have a minimum pulse length, which is tuned to the maximum Meßgrößenänderungsgeschwindigkeit, and that of the control logic only those pulses are given to the stepper motor, which generate the maximum torque required for compensation in the stepper motor with absolute certainty and that the Counting these pulses is absolutely immune to interference due to the high energy content. Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung sei am Beispiel einer Füllstandsmeßeinrichtung für Flüssigkeitsbehälter erläutert. Nach der bekannten Methode des Kraftvergleiches wird der Schwimmer 1 mit dem Meßseil und der Seiltrommel 2 so lange bewegt, bis der Auftrieb des Schwimmers 1 gleich der Federkraft der Kompensationsfeder 5 ist. Dabei wird die Seiltrommel 2 durch den Schrittmotor 3 angetrieben, der seine Drehimpulse aus der Ansteuerlogik 7 bezieht, deren Impulsfolge und somit die Drehrichtung vom Gleichgewichtsindikator 6 bestimmt wird. Mit einem bekannten Vor-Rückwärts-Zähler 8 werden c ie Drshimpulse gezählt und es wird somit der Meßwert gebildet.The invention will be explained using the example of a level measuring device for liquid container. According to the known method of comparing the force of the float 1 with the measuring cable and the cable drum 2 is moved until the buoyancy of the float 1 is equal to the spring force of the compensation spring 5. In this case, the cable drum 2 is driven by the stepping motor 3, which receives its angular momentum from the Ansteuerlogik 7, the pulse sequence and thus the direction of rotation of the equilibrium indicator 6 is determined. By means of a known up-down counter 8, the clock pulses are counted and the measured value is thus formed. Im Beispiel besteht der Gleichgewichtsindikator aus zwei kontaktlosen magnetischen Schaltern B 461 G (D-, und D2), die die Auslenkung des Waagebalkens 4 über die Monoflops D6 und D7, die durch einen Zeitgeber B 555 (D3) getaktet werden, an ein Rechts-Links-Schieberregister D8 signalisieren, dessen Ausgangsimpulsfolgen über die Verstärker D9 bis D11 den Schrittmotor 3 in Drehung versetzen.In the example, the equilibrium indicator consists of two non-contact magnetic switches B 461 G (D- and D 2 ), which control the deflection of the balance beam 4 via the monoflops D 6 and D 7 , which are clocked by a timer B 555 (D 3 ). signal to a right-left slider D 8 whose output pulse trains on the amplifier D 9 to D 11, the stepper motor 3 in rotation. Dabei ergibt sich dessen Rechtslauf aus der Kontaktgabe von D1, dessen Linkslauf aus der Kontaktgabe von D2 und dessen Stillstand aus dem Kräftegleichgewicht am Waagebalken 4, d. h. der Lage außerhalb des Einschaltbereiches von ϋΊ und D2. Schrittmotor 3, Getriebe und Seiltrommel 2 seien am Beispiel so aufeinander abgestimmt, daß 48 Impulse des Zeitgebers D3 eine Wegänderung des Schwimmers 1 um 1 mm bewirken. Der Zähler 8 bildet durch die 48:1 Teiler D4 und D5, die Vor-und Rückwärtszähler Di2 bis Di6 (für fünfstelligen Meßwert), die BCD zu Siebensegment-Dekoder D17 bis D2i und die Siebensegment LED-Anzeigen Hi bis H5 aus den bis zum Erreichen des Gleichgewichtes notwendigen Impulsen aus D6 (Vorwärtszählen) oder D7 (Rückwärtszählen), den Meßwert.This results in its clockwise rotation from the contact of D 1 , whose left-hand rotation from the contact of D 2 and its stoppage from the balance of forces on the balance beam 4, ie the position outside the switch-on of ϋ Ί and D 2nd Stepper motor 3, gear and cable drum 2 are so matched to each other in the example that 48 pulses of the timer D 3 cause a change in the path of the float 1 by 1 mm. The counter 8 forms 48: 1 dividers D 4 and D 5 , the up and down counters Di 2 to Di 6 (for five-digit measured value), the BCD to seven-segment decoder D 17 to D 2 i and the seven-segment LED displays Hi to H 5 from the pulses of D 6 (counting up) or D 7 (counting down), which are necessary until equilibrium is reached, the measured value.
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