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Vorrichtung zur automatischen Temperaturkompensation Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Temperaturkompensation einer
eine Meßgröße durch ihre Frequenz abbildenden Impulsfolge. Eine automatische Temperaturkompensation
ist bei .digitalen Regelungen, bei denen der Istwert durch eine die Regelgröße abbildende
Impulsfolge gegeben ist, hinsichtlich des hohen Genauigkeitsgrades von digitalen
Regelungen von besonderer Wichtigkeit. Als Beispiel sei die digitale Mischungsregelung
genannt. Auf diesem Gebiet ist bereits vorgeschlagen worden, zur Kompensation der
Änderung der Istwert-Impulsfolgefrequenzen auf Grund thermischer Schwankungen in
die Flüssigkeitszuleitungen vor dem Durchfluß Temperaturmeßgeräte anzubringen, deren
elektrisch abgebildete Temperaturmeßwerte nach Analog-Digital-Wandlung über Frequenzmultiplikationen
die Istwert-Impulsfolgefrequenzen korrigieren. Diese Lösung ist jedoch aufwendig.
Da bei einer Mischungsregelung meist eine Anzahl solcher Korrekturglieder erforderlich
sind, besteht die Aufgabe, eine einfache und genaue Korrektur der Istwert-Impulsfolgen
auf Grund thermischer Schwankungen durchzuführen.
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Es ist eine Anordnung zur Umwandlung und Korrektur der von mehreren
Meßstellen mit nichtlinearer Charakteristik abgegebenen analogen Meßwerte in digitale
Werte bekannt, bei der ein Eichkurvenspeicher und ein Eichkurvenauswerter vorhanden
ist, in dem der jeweils abgetastete und durch einen Analog-Digital-Umsetzer .in
eine binäre Impulsfolge umgewandelte Meßwert mit Hilfe einer der abgetasteten Meßstelle
zugeordneten und in dem Eichkurvenspeicher gespeicherten Eichkurve korrigiert wird.
Bei dieser Anordnung erfolgt eine Korrektur des durch Analog-Digital-Wandlung gewonnenen
digitalen Wertes gemäß einer eingespeicherten Eichkurve, d. h., es wird eine vor
der Messung für die Meßapparatur festgestellte notwendige Korrektur vorgenommen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe der Korrektur eines Meßwertes in Gestalt
von Istwert-Impulsfolgen, der sich in Abhängigkeit thermischer Schwankungen ändert,
in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur wird mit dieser bekannten Anordnung
nicht gelöst.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur automatischen Temperaturkompensation
einer Meßgröße, von der eine Meßimpulsfolge mit einer der Meßgröße proportionalen
Impulsfolgefrequenz hergeleitet wird, mittels Änderung der Frequenz der Meßimpulsfolge
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein bestimmter, einstellbarer Teil der Impulse,
der laufend aus der Meßimpulsfolge ausgeblendet wird, in einen Analogwert umgewandelt
wird, welcher zusammen mit einem von einer Temperaturmessung abhängig gemachten
einstellbaren Wert die Öffnungszeiten eines Tores bestimmt, über welches ein Teil
der ausgeblendeten Impulse der um die Ausblendimpulse reduzierten Meßimpulse wieder
zugeführt wird.
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Weitere, der Ausgestaltung der Erfindung dienende Merkmale sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis
4 im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt F i g. 1
eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 den in dieser Vorrichtung auftretenden
Steuerspannungsverlauf für die Öffnungszeiten des Tores, über das ein Teil der ausgeblendeten
Impulse der um die Ausblendimpulse reduzierten Meßimpulsfolge wieder zugeführt wird,
F i g. 3 den gleichen Spannungsverlauf bei gleichmäßiger Zufügung der Korrekturimpulse
und der um die Ausblendimpulse reduzierten Meßimpulsfolge, F i g. 4 den Aufbau eines
Digital-Analog-Wandlers zum Erzielen eines Spannungsverlaufs gemäß F i g. 3. In
der F i g. 1 ist mit 1 ein veränderlich einstellbares Widerstandsthermometer
bezeichnet, an dem die Temperatur des Meßguts festgestellt wird. über ein Abgleichpotentiometer
2 wird der elektrisch abgebildete Temperaturwert einem über einen Widerstand 4 rückgekoppelten
Verstärker 3 zugeführt, dessen Ausgang bei Bezugstemperatur auf 0 Volt eingestellt
wird. 5a, 5b, 5e, 5 d sind geeignet gewählte Bemessungswiderstände;
mit 6 ist ein Temperaturanzeigegerät am Ausgang des Verstärkers 3 bezeichnet.
Die
Ausgangsspannung des Verstärkers 3 wird über codierte Schalter 6a, 6b, 6c
an Meßwiderstände 6aI... 6cIv gelegt. An Stelle der codierten Schalter kann bei
geringeren Genauigkeitsforderungen auch ein veränderlich einstellbares Potentiometer
benutzt werden.
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Die die Meßgröße durch ihre Frequenz abbildende Impulsfolge wird an
die Klemme 8 angelegt. Sie wird einem Impulsformerglied 9 zugeleitet. Der eine Ausgang
des Impulsformergliedes 9 führt auf den Eingang einer Zähldekade 10 und zugleich
auf den einen Eingang eines Tores 11 sowie auf den einen Eingang eines Frequenzverdopplungsgliedes
12. Der andere Eingang des Impulsformers 9 führt auf den zweiten Eingang des Verdopplungsgliedes
12. Der Ausgang des Verdopplungsgliedes 12 führt auf ein Tor 13. Die Ausgangsimpulse
nach Durchlauf von zehn Zählschritten der Zähldekade 10 werden als Übertragsimpulse
auf eine weitere Zähldekade 14 gegeben; die Ausgangsimpulse dieser Zähldekade (jeweils
nach zehn Zählschritten) werden auf eine dritte Zähldekade 15 geleitet. Über eine
UND-Schaltung 16 werden bei Stellung »9« der Dekade 10 Ausgangssignale auf das Tor
13 gegeben und bei nicht vorhandener Stellung »9« der Dekade 10 mit Hilfe eines
negierten Ausgangs an dem UND-Glied 16 Signale an das Tor 11. Über Impulsformerstufen
17 und 18
werden die Ausgangssignale auf ein gemeinsames ODER-Glied
19 geführt, dessen Ausgang auf den Istfrequenzausgang 20 führt. Die Ausgänge der
Zähldekaden 14 und 15 führen auf einen Digital-Analog-Wandler 21. Die Ausgänge
des Digital-Analog-Wandlers führen auf die Klemme 7. Diese Klemme 7 ist über einen
über den Widerstand 23 rückgekoppelten Verstärker 24 mit der Triggerstufe 25 verbunden,
deren Ausgang auf den Steuereingang eines Tores 13 a führt. Der Signaleingang
dieses Tores 13 a ist mit dem Signalausgang des Tores 13. verbunden; der
Signalausgang des Tores 13 a ist mit dem Impulsformerglied 18 verknüpft.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Die einlaufende Istimpulsfolge
wird durch die Zähldekade 10 in einem Verhältnis 10:1 geteilt. Jeder zehnte Impuls
läuft auf die Zähldekade 14 weiter. Nach Durchlauf von 1000 Impulsen der Eingangsimpulsfolge
hat die aus den Zähldekaden 10, 14 und 15 bestehende Zählanordnung eine Periode
durchlaufen. In dieser Zeit steigt die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers
linear von einem Minimalwert auf einen Maximalwert, etwa so, daß nach 500 einlaufenden
Zählimpulsen der Istfrequenz am Eingang 8 die Ausgangsspannung gerade Null beträgt.
Dieser Spannungsverlauf ist in der F i g. 2 dargestellt. Der Trigger 25 möge so
eingestellt sein, daß er bei der Spannung Null umschaltet, und zwar so, daß das
Tor 13 a beim Einlauf des 500. Zählimpulses geschlossen wird und beim Beenden der
Zählperiode (1000. Einlaufimpuls; Rücklauf der Spannungskurve am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers
durch Null) wieder öffnet. Das Tor 13 ist jeweils bei Stellung »9« der Dekade 16
offen. Während der Öffnungszeit der Tore 13 und 13a gelangen die vom Verdoppler
12 herkommenden Impulse auf das ODER-Glied 19 und somit zum Ausgang 20. Die Öffnungszeit
des Tores 13 a ist in F i g. 2 mit T, die Zeit, in der das Tor 13
a geschlossen ist, mit T bezeichnet, U ist die am Trigger 25 anliegende Spannung,
die Zahlenangaben auf der Abszisse geben die Zahl der einlaufenden Meßimpulse an
der Klemme 8 an.
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Am Schaltertia, 6b, 6c kann der Ausdehnungskoeffizient für
ein zu messendes Medium eingestellt werden. Durch diese Einstellung kann ferner
eine kubische Abhängigkeit von der Temperatur berücksichtigt werden, wenn die an
der Klemme 8 anliegende Impulsfolge ein Volumen abbildet. Je nach dem eingestellten
Wert an dem Schalter 6 a, 6 b, 6 c und der am Verstärker 3 auftretenden,
von der jeweiligen Temperatur abhängigen Ausgangsspannung wird jetzt die in F i
g. 2 dargestellte Spannungsgerade, die die am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers
21 auftretende Spannung wiedergibt und bei 500 Eingangsimpulsen der Istfrequenz
den Wert Null hatte, in Ordinatenrichtung parallel verschoben, so daß der Trigger
25 jetzt nicht mehr nach 500 Zählschritten das Tor 13. schließt, sondern etwa schon
bei 350 oder erst nach 650 Zählschritten. Der neue Spannungsverlauf ist für einen
dieser Fälle (Torschließung etwa bereits schon nach 350 Zählschritten) in F i g.
2 durch die gestrichelte Kurve dargestellt. Die Toröffnungszeit ist mit T1, die
Dauer der Torschließung mit T:. bezeichnet.
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Die Öffnungszeit des Tores 13 a ist also verschieden, je nachdem,
welcher Temperaturwert am Widerstandsthermometer 1 festgestellt wird. Es erfolgt
daher in den Öffnungszeiten des Tores 13 a eine von der Temperatur abhängige Korrektur
der durch den Zähler 10 unterteilten Eingangsimpulsfolge in Gestalt einer verschiedenen
Anzahl pro Zählperiode der Dekaden 10, 14, 15 über das Tor 13 und 13 a durchgelassener
Impulse, die über das ODER-Glied 19 der durch die Dekade 10 um den Faktor 10 untersetzten
Eingangsmeßimpulsfolge zugefügt werden. Am Ausgang 20 kann daher eine temperaturkompensierte
Meßfrequenz abgenommen werden.
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Der am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 21
auftretende Spannungsverlauf,
der in der F i g. 2 angezeigt wurde, weist folgenden Nachteil auf: Die Korrekturimpulse,
die über das Tor 13 a der um die Ausblendimpulse reduzierten Meßimpulsfolge zugeführt
werden, werden dieser Folge nicht gleichmäßig während der Zählperiode der Zähldekaden
14 und 15 zugeführt, sondern jeweils nur in dem Zeitabschnitt T bzw. T1 (vgl. F
i g. 2), währenddessen das Tor 13 a über die Tnggersteuerung des Triggers 25 geöffnet
ist. Man kann eine Verbesserung bezüglich der zeitlichen Verteilung der Korrekturimpulse
dadurch :erreichen, daß die am Ausgang des Digital-Analob Wandlers auftretende Spannung
periodisch mit der Periode der zweiten Zähldekade gleichspannungsmittelwertmäßig
linear ansteigt, wobei diese Spannung zusätzlich in Abhängigkeit des jeweils anliegenden
Werts der dritten Dekade 15 angehoben wird. In diesem Fall gelten die an Hand der
F i g. 2 geschilderten Verhältnisse bereits für die Zeit von 100 einlaufenden Meßimpulsen,
und die Korrektur erfolgt zehnmal während eines Gesamtzählzyklus von 1000 Impulsen,
gegeben durch die Dekaden 10, 14 und 15.
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Man kann die Verteilung der Korrekturimpulse noch dadurch verbessern,
daß man am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers nicht den linearen Gleichspannungsmittelwert
zur Torsteuerung ausnutzt, sondern einen um diesen Gleichspannungsmittelwert pendelnden
Spannungswert.
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Ein solcher Verlauf der Spannung ist in der F i g. 3 dargestellt.
Die Darstellung bezieht sich auf
1000 Meßeingangsimpulse, d. h.
auf den einmaligen Durchlauf der Zähldekade 10, 14, 15. Jeder der im Gleichspannungsmittelwert
linear ansteigenden Spannungszüge entspricht einem Durchlauf der Zähldekade 14.
Die Erzeugung eines solchen Spannungsverlaufs geschieht durch geeignete Verknüpfung
der Zählstufenausgangswerte der Zähldekaden 14 und 15 über entsprechend gewählte
Ausgangswiderstände im Digital-Analog-Wandler 21; es werden keine Glättungsglieder
für den Analogwert eingesetzt, wie es bei der sonst üblichen Digital-Analog-Wandlung
gebräuchlich ist. In der F i g. 4 ist der Aufbau des Digital-Analog-Wandlers 21
zum Erzielen eines Spannungsverlaufs gemäß F i g. 3 dargestellt. Hier sind 14 und
15 die gleichbezeichneten Zähldekaden der F i g. 1; der Eingang 30 zur Zähldekade
14 führt wie in F i g. 1 auf die erste Zähldekade. Die Zählstufenausgänge der Dekaden
14 und 15 führen über Widerstände 31, 32, 33, 34 und 35, 36, 37, 38 auf einen gemeinsamen
Ausgang 7, der auch in F i g. 1 gleichbezeichnet ist.
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Die zehn Zählstufen der Dekaden 14 bzw. 15 seien durch die in der
folgenden Tabelle aufgeführten 0-bzw. L-Zustände, erscheinend an den Ausgängen 41,
42, 43, 44 bzw. 45, 46, 47, 48, gekennzeichnet:
| Ausgang Ausgang Ausgang Ausgang Bewertung |
| 41 bzw. 45I 42 bzw. 46I 43 bzw. 47I 44 bzw. 48 |
| I I 1I |
| 0 0 0 0 0 0 |
| L 0 0 0 1 5 |
| 0 L 0 0 2 1 |
| L L 0 0 3 6 |
| 0 L L 0 4 2 |
| L L L 0 5 7 |
| 0 L L L 6 3 |
| L L 0 L 7 8 |
| 0 L L L 8 4 |
| L L L L 9 9 |
Die übliche Bewertung eines Digital-Analog-Wandlers geschieht dadurch, daß die Widerstände
31, 35, 36, 37 etwa die folgenden Widerstandswerte haben: Widerstand 31: 40 R, Widerstand
32 -.20 R, Widerstand
33: 20 R, Widerstand 34: 10 R und Widerstand
35: 4 R, Widerstand
36: 2 R, Widerstand
37: 2 R, Widerstand
38: R. Die zehn Zählstufen der Zähler 14 und 15 stellen bei dieser Bewertung
die unter der Spalte »Bewertung I« in der Tabelle aufgeführten Ziffern dar, bezogen
auf jede Dekade für sich (für die Bewertung der Dekade 15 gegenüber der Dekade 14
ist der 10fache Ziffernwert einzusetzen). Die Ausgangsspannung an der Klemme 7 steigt
bei dieser Bewertung treppenförmig an, und eine nachfolgende Glättung erzeugt den
linearen Anstieg der Spannung, wie er in F i g. 2 dargestellt ist. Um den Spannungsverlauf
der F i g. 3 zu erreichen, kann man die Widerstände 31 bis 38 wie folgt wählen:
Widerstand 31: R, Widerstand
32: 5 R, Widerstand
33: 5 R, Widerstand
34: 2,5 R und Widerstand
35: 10 R, Widerstand
36: 50 R, Widerstand
37: 50 R, Widerstand
38: 25 R. Dann sind die durch die zehn Zählstufen
dargestellten Ziffernwerte durch die unter der Spalte »Bewertung II« saufgeführten
Ziffern gegeben. Der Spannungsverlauf an der Klemme 7 ist in der F i g. 3 dargestellt.
Man erkennt an der F i g. 3, daß jetzt bereits während einer Zählperiode der Dekade
14 mehrere Toröffnungs- und Torschließungszeiten miteinander abwechseln, so daß
die Zufügung der Korrekturimpulse noch wesentlich gleichmäßiger erfolgt.