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Linearisierungseinrichtung für Meßwert-Umforiner Die Erfindung betrifft
eine Linearisierungseinrichtung für Meßwert-Umformer, die eine nichtlineare Eingangsfunktion
durch Geradenstücke annähert und entsprechend linearisierte Impulszahlen abgibt,
bei der ein mittels eines Zeitgebers gesteuerter Impulszähler vorgesehen ist, in
dessen Ausleseleitung Und-Verknüpfungsglieder und ein Bereichsvergleicher liegen,
der jeweils bei Überschreiten einer der auf die Endpunkte der Geradenstücke eingestellten
Impulszahlen die Und-Verknüpfungsglieder entsprechend steuert.
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Bei einer derartigen bekannten Linearisierungseinrichtung ist der
Zähler über einen Pulsfrequenzmultiplizierer, der im wesentlichen aus Und-Gliedern
und einem Oder-Glied besteht, mit einem Ergebniszähler verbunden. Der Pulsfrequenzmultiplizierer
wird durch einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der durch einen von dem Zähler beaufschlagten
Zuordner (Dekoder) gesteuert wird, eingestellt. Das von dem Pulsfrequenzmultiplizierer
abgegebene Resultat, das in den Ergebniszähler einläuft, ist das Produkt aus der
in den Zähler während konstanter Zeiten eingezählten Impulszahl und dem in dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler
stehenden Wert.
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Es ist bei dieser Linearisierungseinrichtung nachteilig, daß mit Hilfe
des Pulsfrequenzmultiplizierers lediglich ein Teil der im Zähler über konstante
Zeiten gespeicherten Impulse unterdrückt werden kann, daß aber keine neuen Impulse
hinzugefügt werden können. Mit Hilfe des Pulsfrequenzmultiplizierers ist es also
nur möglich, einer Eingangsimpulsserie eine um einen bestimmten Faktor verkleinerte
Ausgangsimpulsserie zuzuordnen. Außerdem ist die bekannte Einrichtung besonders
dann verhältnismäßig aufwendig, wenn eine vorgeschriebene Funktion durch einen aus
wenigen Geradenteilen bestehenden Linienzug angenähert wird, da unabhängig von den
Geradenteilen in dem Pulsfrequenzmultiplizierer für jede Stelle des Zählers ein
Und-Glied vorgesehen werden muß und ferner der Vorwärts-Rückwärts-Zähler zur Ansteuerung
der Und-Glieder erforderlich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearisierungseinrichtung
zu schaffen, die eine nichtlineare Eingangsfunktion durch Geradenstücke mit beliebiger
Steigung annähert und entsprechend linearisierte Impulszahlen abgibt und die sich
durch einen möglichst niedrigen Aufwand auszeichnet.
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Die Erfindung besteht darin, daß eine der Anzahl der Geradenstücke
entsprechende Zahl von elektronischen Zählern vorgesehen ist, die über Und-Verknüpfungsglieder
mit dem Umformerausgang einerseits und mit einem die verschiedenen Geradensteigungen
berücksichtigenden Zeitgeber andererseits verbunden sind, in welchem durch verschieden
einstellbare Integrationszeiten die unterschiedlichen Steigungen der Geradenstücke
berücksichtigt werden, daß für den jeweiligen Meßwert die Ausleseleitung des zuständigen
Zählers über das vom Bereichsvergleicher gesteuerte Und-Verknüpfungsglied durchgeschaltet
ist und daß die einzelnen Zähler auf Impulszahlen voreinstellbar sind, die dem Abstand
des Schnittpunktes des dem Zähler zugeordneten Geradenstückes mit der Ordinate vom
Koordinatennullpunkt entsprechen.
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Die erfindungsgemäße Linearisierungseinrichtung hat den Vorteil, daß
sich nach Maßgabe von dem Zeitgeber vorgegebener, unterschiedlicher Integrationszeiten
in einfacher Weise praktisch beliebige Geradensteigungen realisieren lassen. Für
jedes Geradenstück ist zum Einzählen der Impulszahlen in einen Zähler mit beliebig
vielen Stellen nur ein Und-Verknüpfungsglied erforderlich. Die Und-Verknüpfungen
in den Ausleseleitungen der von einem Bereichsvergleicher gesteuerten Zähler sind
einfach zu verwirklichen, da jeweils der Inhalt eines Zählers vollständig ausgelesen
wird. Arbeitet die Linearisierungseinrichtung mit einer Datenverarbeitungsanlage
zusammen, so wird durch Ausnutzung eines in der Anlage vorhandenen Bereichsvergleiches
der Aufwand für die Linearisierungseinrichtung weiter herabgesetzt.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen gemäß F i
g. 1 bis 3 der Zeichnungen erläutert. Einander entsprechende Teile
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt F i g. 1 das Schaltschema
einer Linearisierungseinrichtung, F i g. 2 das zur Erläuterung der F i
g. 1 dienende Kurvenbild und F i g. 3 eine Linearisierungseinrichtung
mit mehreren Bereichsvergleichern.
In F i g. 1 ist mit
1 der eigentliche Analog-Digital-Umsetzer bezeichnet, der eine Meßspannung
in eine proportionale Impulsfrequenz umwandelt. Der Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers
ist mit den linken Eingängen von drei Und-Verknüpfungsgliedern Ui,
UIJ, UIII
verbunden. Die rechten Eingänge dieser Und-Verknüpfungsglieder sind zu einem Zeitgeber
2 geführt, der in an sich bekannter Weise von einem HF-Generator gespeist wird und
eine Reihe von Zeitprogrammen einzustellen gestattet. Durch Auswahl der Zeitprogramme
lassen sich diejenigen Zeitabschnitte festlegen, in denen die einzelnen Und-Verknüpfungsglieder
durchgeschaltet sind und die Meßfrequenz f von den elektronischen Zählern
Zi, Züi, Z", aufsummiert wird. Mit den einzelnen Zählern ist ein Bereichsvergleicher
verbunden, an welchem die Impulszahlen N, N2, N3, N,
eingestellt werden können. Der Zähler Z, wird von den Impulszahlen NI. und
N2, der Zähler Xii von N, und N3 und der Zähler ZII,
von N, und N4 beeinflußt. Diese Beeinflussung erfolgt in der Weise,
daß den Zählern nachgeschaltete Und-Verknüpfungsglieder Ull, Ul. und Ul, von den
eingestellten Impulsen des Bereichsvergleichers so ausgesteuert werden, daß nur
der Ausgang desjenigen Zählers durchgeschaltet wird, dessen Impulszahl zwischen
zwei am Bereichsvergleicher eingestellten Impulszahlen liegt.
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In dem Schaubild gemäß F i g. 2 ist eine zu linearisierende
Kurve eingetragen, die sich zwischen den Punkten P, und P2 erstreckt. Diese Kurve
soll durch drei Geradenstücke 1, 11, 111 angenähert werden. In Abszissenrichtung
ist die Meßfrequenz f aufgetragen, wie sie vom Analog-Digital-Umsetzer geliefert
wird. Diese Meßfrequenz kann beispielsweise der Spannung eines Thermoelementes proportional
sein, Auf der Ordinate sind die Impulszahlen N angegeben, die von ,der Linearisierungseinrichtung
abgegeben werden sollen. Diese Impulszahlen sind gemäß dem Beispiel der Temperatur
eines Thermoelementes proportional. Die zwischen den Punkten P, und P2 verlaufende
und zu linearisierende Kurve stellt dann nichts anderes dar als die nichtlineare
Abhängigkeit zwischen der Temperatur 0 und der von einem Thermoelement abgegebenen
Spannung u. Aus F i g. 2 ist zu erkennen, daß die drei Näherungsgeraden verschiedene
Neigung haben. Die unterschiedlichen Steigungen der Näherungsgeraden werden in der
Linearisierungseinrichtung ,dadurch berücksichtigt, daß jedem Geradenstück ein Zähler
zugeordnet ist, der innerhalb einer Meßperiode mit Hilfe des Zeitgebers für eine
von der gewünschten Steigung abhängige Integrationszeit durchgeschaltet wird. Da
die Gerade I eine kleinere Steigung hat als die Gerade Il und eine größere als die
Gerade III, müssen die Integrationszeiten tj, t2 und t3 am Zeitgeber so eingestellt
werden, daß tz> tl> t, gilt. Die Zähler Z" Z" und Z", müssen voreinstellbar
sein, um berücksichtigen zu können, daß die Verlängerungen der einzelnen Näherungsgeraden
normalerweise nicht den Koordinatennullpunkt schneiden. Die voreinzustellenden Impulszahlen
Nvi, Nvji, N"ii, sind durch die Abstände des Koordinatennullpunktes von den Schnittpunkten
der einzelnen Geraden mit der Ordinate bestimmt.
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Durch den Bereichsvergleicher wird festgelegt, in welchen Grenzen
die einzelnen Geradenstücke Gültigkeit haben. Die Gerade I und dementsprechend der
Zähler Zi sind zuständig, wenn die Impulszahl kleiner als N, und größer als
N, ist. Die Gerade II gilt für Impulszahlen größer als N,
und kleiner als lV'", während die Gerade III durch die untere Impulszahl N3 und
die obere Impulszahl N, begrenzt ist. Der Bereichsvergleicher kann so aufgebaut
sein, daß in ihm nacheinander die Inhalte der einzelnen Zähler eingegeben und mit
den eingestellten Impulszahlen (NI bis N4) derart verglichen werden, daß
am Ende der Meßperiode derjenige Zähler durchgeschaltet ist, dessen Impulszahl zwischen
zwei eingestellten, benachbarten Impulszahlen liegt.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Die Meßwerte
werden fortlaufend innerhalb recht kurzer Meßperioden (etwa 1 Sekunde) erfaßt
und nach der Linearisierung weiterverarbeitet. Zu Beginn der Meßperiode sind mit
Hilfe des Zeitgebers alle Und-Verknüpfungsglieder Ui, Uil, Uul durchgeschaltet,
so daß die Meßfrequenz f zunächst in allen Zählern zugleich erfaßt wird.
Nach Ablauf der durch die Geradensteigungen bedingten Integrationszeiten werden
die Zähler nacheinander abgeschaltet. Die Zählerinhalte sind nun einerseits durch
die Voreinstellimpulszahlen Nvi, Nvii, Nviii und andererseits durch die unterschiedlichen
Integrationszeiten bestimmt. Liegt nun beispielsweise die innerhalb einer Meßperiode
anfallende Impulszahl zwischen NI und N., so wird lediglich der Zähler
ZI:mit Hilfe desUnd-Verknüpfungsgliedes Ull durchgeschaltet, während die Ausgänge
der Zähler Zil und Zill gesperrt bleiben. Ist dagegen der Meßwert so groß, daß die
innerhalb der Meßperiode erreichte Impulszahl zwischen N2 und N3 liegt, so
wird beim Überschreiten der Impulszahl N2 das Und-Verknüpfungsglied Ull gesperrt
-und U,2 geöffnet. Beim Überschreiten der Impulszahl N3 wird U12 gesperrt
und U.13 geöffnet. Der maximal erfaßbare Meßwert ist durch die Impulszahl
N4 gegeben. Am Ende der Meßperiode kann an der von den Und-Verknüpfungsgliedern
Uli, U12, U,3 beaufschlagten Oder-Schaltung eine der linearisierten Meßfunktion
entsprechende Impulszahl abgegriffen werden, In F i g. 3 ist eine Linearisierungseinrichtung
mit vier Zählern-dargestellt, die sich im Prinzip von F i g. 1
dadurch unterscheidet,
daß praktisch jedem Zähler ein Bereichsvergleicher zugeordnet ist. Diese Bereichsvergleicher
BVi bis BViv sind an die Ausleseleitungen 11, 12, 13, 14 der
Zähler Zi, Zil, Zui und Ziv angeschlossen. Der Meßbereichsanfang ist durch die Impulszahl
NI bestimmt. Die Und-Verknüpfungsglieder Ull, UJ2, U13, U14 werden
sowohl von den Ausgängen der zugehörigen Zähler Zi bis ZIv als auch von sämt-Echen
vorgeschalteten Bereichsvergleichern gesteuert. Sie schalten nur dann einen bestimmten
Zähler zur Oder-Schaltung durch, wenn sämtliche von den Bereichsvergleichern kommenden
Leitungen ein Signal führen, das die Überschreitung der eingestellten Impulszahlen
symbolisiert.