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Anordnung zur Korrektur von Meßwerten nach Eichkurven Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Umwandlung der von mehreren Meßstellen mit nicht
linearer Charakteristik abgegebenen analogen Meßwerte in Digitalmeßwerte und zur
Korrektur dieser Meßwerte nach Eichkurven.
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Digitale Datenaufzeichnungssysteme dienen dazu, Meßergebnisse, die
in der Regel von vielen verschiedenen Meßstellen kommen, in digitaler Form zu erfassen
und aufzuzeichnen. Als Speicher können dafür z. B. Magnetbänder, Lochstreifen oder
Lochkarten usw. in Frage kommen. Die digitale Darstellung ermöglicht es, die Messungen
besonders einfach zu überwachen und automatisch mit Digitalrechnern auszuwerten.
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Bei vielen Meßverfahren besteht jedoch zwischen der zu messenden Größe
und dem angezeigten Meßwert kein linearer Zusammenhang, wie z. B. bei Temperaturmessungen
mit Thermoelementen oder bei quantitativer Analyse mit Spektrometern. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, die rechnerische Auswertung solcher Meßwerte trotzdem
genauso einfach zu gestalten, wie bei Meßverfahren, bei denen der Zusammenhang zwischen
zu messender Größe und anzuzeigendem Wert linear ist. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß ein Eichkurvenspeicher und ein Eichkurvenauswerter vorgesehen
sind, in dem der jeweils abgetastete und durch einen Analog-Digital-Umsetzer in
eine Impulsfolge umgewandelte Meßwert mit Hilfe einer der abgetasteten Meßstelle
zugeordneten und in dem Eichkurvenspeicher gespeicherten Eichkurve korrigiert wird.
Besonders vorteilhaft kann als Eichkurvenauswerter ein sogenannter Pulsfrequenzmultipliziererverwendet
werden.
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Da in großen Meßsystemen oft mehrere hundert Meßstellen vorkommen
können, ist es wünschenswert, den Aufwand für die Eingabe und Speicherung der den
einzelnen Meßstellen zugeordneten Eichkurven möglichst gering zu halten. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
wird dies dadurch erreicht, daß die den einzelnen Meßstellen zugeordneten Eichkurven
mit Hilfe eines vom Zähler des Pulsfrequenzmultiplizierers über einen in der Form
»1. von m« arbeitenden Decoder gesteuerten Vorwärts-Rückwärts-Zählers eingestellt
werden, wobei die Ausgänge des Decoders über entsprechend der Charakteristik der
gerade abgetasteten Meßstelle gesteuerte Schalter mit den Eingängen des Vorwärts-Rückwärts-ZähleTs
verbunden sind.
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An Hand der Figuren werden eine Ausführungsform sowie die Wirkungsweise
der Anordnung gemäß der Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische
Darstellung der Anordnung gemäß der Erfindung. Sie besteht aus einem Kommandogerät
K, das sowohl den Abtaster A für die Meßstellen M 1 bis Mn als auch
den Analog-Digital-Umsetzer A/D und den Eichkurvenzuordner Zu steuert. Weiterhin
ist ein Eichkurvenspeicher Esp und ein Eichkurvenauswerter Ha sowie ein Speicher
Sp für die ausgegebenen Meßwerte vorhanden. Die Meßstellen M 1 bis
Mn werden in einer vom Kommandogerät K gesteuerten Folge durch den Abtaster
A abgetastet. Ein von einer Meßstelle gelieferter Meßwert wird dann in dem Analog-Digital-Umsetzer
AID erfaßt und in eine dem Meßwert entsprechende Impulsfolge umgewandelt. Da voraussetzungsgemäß
zwischen der zu messenden Größe und dem Meßwert kein linearer Zusammenhang besteht,
muß der Meßwert mit Hilfe einer Eichkurve korrigiert werden. Dies erfolgt in dem
Eichkurvenauswerter Ea, dem einerseits der vom Analog-Digital-Umsetzer gelieferter,
noch nicht korrigierter Meßwert und andererseits über den Zuordner Z die im Eichkurvenspeicher
Esp gespeicherte, der Meßstelle und dem Meßwert zugeordnete Eichkurve zugeführt
wird. Nach Korrektur des Meßwertes mit Hilfe der Eichkurve in dem Eichkurvenauswerter
Ha wird der korrigierte Wert in einen Speicher Sp, z. B. einen Diucker oder einen
Lochsbreifenstanzer gegeben.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der in Fig. 1 mit einer gestrichelten
Linie umrandeten Teile der Anordnung. Sie besteht im wesentlichen aus dem Analog-Digital-Umsetzer
A/D, dem als Eichkurvenauswerter dienenden Pulsfrequenzmultiplizierer P mit
dein
rein binär arbeitenden Zähler Z sowie dem in Verbindung mit einem Vorwärts-Rückwürts-Zähler
VRZ als Eichkurvenspeicher und in Verbindung mit Schaltergruppen S1 bis Sn als Zuordner
dienenden Decoder D.
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Die vom Meßstellenabtaster abgegebene Größe wird zunächst mit Hilfe
des Analog-Digital-Umsetzers in ein ihr proportionales Zeitintervall umgesetzt,
wodurch die Erzeugung einer der Eingangsgröße proportionalen Anzahl von Impulsen
in einem zweiten Schritt möglich wird. Diese vom Analog-Digital-UmsetzerA/D abgegebenen
Impulse werden mit Hilfe des rein binär arbeitenden und zum Pulsfrequenzmultiplizierer
P gehörenden Zählers Z gezählt. Der Zählerstand des Zählers Z gibt also den gesuchten,
aber noch nicht korrigierten digitalen Meßwert an. Abhängig vom Zustand des rein
binär arbeitenden Zählers Z wird der Decoder D, der in Form » 1 von m« arbeitet,
weitergeschaltet. Der von dem Analog-Digital-Umsetzer A/D abgegebene; in Form einer
Impulsfolge vorliegende Meßwert muß nämlich einerseits in rein binärer Form für
den Pulsfrequenzmultiplizierer P und andererseits in der Form » 1 von m« zur Einstellung
der zugeordneten Eichkurve zur Verfügung stehen.
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Der Decoder D besitzt für alle möglichen Zählerstände - oder eine
bestimmte Auswahl davon -je eine Ausgangsklemme. Eine Klemme p wird jeweils dann
aktiviert, wenn der rein binär arbeitende Zähler Z die Zahl p anzeigt. Der Decoder
D kann in bekannter Weise aus Koinzidenzgattern und Verstärkern aufgebaut werden.
Die Ausgänge des Decoders D sind über den einzelnen Meßstellen zugeordnete Schaltergruppen
S 1 bis Sn, die vom Kommandowerk gleichzeitig mit dem Meßstellenabtaster gesteuert
werden, mit den beiden Eingängen V und R eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers VRZ verbunden.
Bei geschlossenem Schalter und Aktivierung eines bestimmten mit dem Schalter verbundenen
Decoderausgangs wird der Vorwärts-Rückwärts-Zähler VRZ um eine Stelle weitergeschaltet.
Je nachdem, ob der Schalter mit dem Eingang für Vorwärtszählung oder mit dem Eingang
für Rückwärtszählung verbunden ist, wird der Wert des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
um eine »1« erhöht oder erniedrigt.
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Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, besteht der Pulsfrequenzmultiplizierer
P im wesentlichen aus mehzeren »Und-Schaltkreisen« und einem die Ausgänge aller
Und-Schaltkreise zusammenfassenden Oder-Schaltkreis. Jeder Und-Schaltkreis besitzt
zwei Eingänge, von denen jeweils der eine mit einem Ausgang des rein binär arbeitenden
Zählers Z und der andere Eingang mit einem Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
VRZ verbunden ist. In bekannter Weise wird nur jeweils von demjenigen Und-Schaltkreis
ein Impuls abgegeben, dessen beide Eingänge gleichzeitig ausgesteuert werden. Daraus
ist leicht zu ersehen, daß der im rein binär arbeitenden Zähler Z liegende Meßwert
durch .den im Vorwärts-Rückwärts-Zähler VRZ liegenden Wert verändert wird. Das vom
Pulsfrequenzmultipliziereir P abgegebene Ergebnis, das dann in den Resultatzähler
RZ einläuft, ist das Produkt aus dem im Binärzähler Z stehenden Wert und dem im
Vorwärts-Rückwärts-Zähler VRZ stehenden Wert. Es ist klar, daß mit Hilfe des Pulsfrequenz-Multiplizierers
P lediglich ein Teil der im Zähler Z gespeicherten Impulse unterdrückt werden kann,
daß aber keine neuen Impulse hinzugesetzt werden können. Mit Hilfe des Pulsfrequenzmultiplizierers
P ist es also möglich, einer Eingangsimpulsserie eine um einen bestimmten Faktor
verkleinerte AusgangsimpulsseTie zuzuordnen. Man kann damit für die Eichkurvenkorrektur
einen nicht linearen Zusammenhang, wie er ja durch den ebenfalls nicht linearen
Zusammenhang zwischen Meßgröße und Meßwert bedingt ist, schaffen, wenn man den Multiplikator,
der in unserem Fall im Vorwärts-Rückwürts-Zähler VRZ liegt, während des Einlaufens
der dem Meßwert entsprechenden Impulse in den Zähler Z mehrfach verändert. Man kann
so eine vorgeschriebene Funktion durch .einen aus mehreren Geradenteilen bestehenden
Linienzug approximieren. Die Steigungsänderung der Geraden ist im Fall der Ausführungsform
nach Fig. 2 gleich 1. Es läßt sich aber durch eine zwischen den Decoder D und den
Vorwärts-Rückwäfts-Zähler VRZ geschaltete Vervielfachungsschaltung erreichen, daß
die Änderung der Geraden-Steigung einen beliebigen anderen Wert hat.
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Außer dem vorwärts zählenden Eingang V und dem rückwärts zählenden
Eingang R besitzt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler VRZ zusätzliche Eingänge E1 bis
En, über die zu Beginn jeder Messung eine Anfangssteigung eingegeben werden
kann. Zugleich mit der Eingabe der Anfangssteigung in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler
VRZ wird der zugeordnete Anfangswert über die Eingänge E 11 bis Enn in den Resultatzähler
RZ eingegeben. Hierzu ist für jede abzutastende Meßstelle ein Kontakt über Oder-Schaltkreise
mit denjenigen Stufen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers VRZ und des Resultatzählers
KZ
verbunden, die auf den Wert »1<c gesetzt werden sollen.
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Die vom Analog-Digital-Umsetzer kommende in den rein binäm arbeitenden
Zähler Z einlaufende Impulsserie wird mit dem in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler VRZ
eingegebenen Anfangswert so lange multipliziert, bis die im Zähler Z stehende Zahl
der aufgelaufenen Impulse den Wort erreicht hat, bei dem der im Vorwärts-Rückwärts-Zähler
VRZ stehende Multiplikator und damit die Steigung des als Eichkurve dienenden Geradenzuges
geändert werden muß.
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In diesem Augenblick wird der diesem Meßwezt zugeordnete Ausgang des
Decoders D aktiviert. Da dieser Ausgang über einen der Meßstelle zugeordneten und
jetzt geschlossenen Kontakt mit dem einen Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
VRZ verbunden ist, wird dessen Inhalt um den vorgegebenen Wert erhöht bzw. vermindert
und damit die Steigung der Geraden verändert.
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Die Impulse, die der Pulsfrequenzmultiplizierer P abgibt, werden dann
im Resultatzähler RZ gezählt bzw. zum Anfangswert addiert. Dieser Zähler RZ zeigt
in jedem Augenblick den korrigierten Meßwert in digitaler Form an.
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Je nach der Art der zu erwartenden Eichkurve, das heißt je nachdem,
ob eine kleine oder große Abweichung von der Linearität erreicht werden muß, richtet
es sich, an wieviel Stellen eine Steigungsänderung möglich sein muß. Für jede Steigungsänderung
muß zwischen dem Decoder D und dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler VRZ für jede Meßstelle
ein Schalter vorgesehen werden.
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Für die Ausführung der zwischen dem Decoder D und dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler
VRZ angeordneten Schalter gibt es eine große Reihe von Variationsmöglichkeiten.
Je
nach der an die Anordnung zu stellenden Arbeitsgeschwindigkeit können entweder Relaiskontakte
oder auch Transistoren als Schalter Verwendung finden.