DE1623632C - Schaltungsanordnung zum Überwachen eines zulässigen und unzulässigen Schwankungen unterworfenen Meßwertes - Google Patents

Description

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum Überwachen von Mittelwerten, die über eine vorgegebene Dauer gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalgeber zwei Speichereinrichtungen (9, 10) dienen, denen die Meßwerte aufeinanderfolgender Messungen über einen Mittelwertgeber (7) und eine diesem nachgeschaltete Umschalteinrichtung (8) abwechselnd zugeführt sind (F i g. 2).

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeber (4, 6 in Fig. 1 bzw. 9, 10 in Fig. 2) als Impulsgeber ausgebildet sind, die Impulsfolgen vorgegebener Impulsdauer und vorgegebener Pausendauer liefern, von denen die von dem einen Impulsgeber (4) gelieferte Impulsfolge eine den Bezugwert kennzeichnende Impulsanzahl (n) und die von dem anderen Impulsgeber (6) gelieferte Impulsfolge eine den Meßwert kennzeichnende Impulsanzahl (m) aufweist, daß die nachDie Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Überwachen eines zulässigen und unzulässigen, Schwankungen unterworfenen Meßwertes einer physikalischen Größe, insbesondere des einem Grenzwert sich nähernden Momentanwertes oder des über eine vorgegebene Dauer gebildeten Mittelwertes der Temperatur einer Metallschmelze, durch Vergleich des Meßwertes mit einem die zulässigen Schwankungen berücksichtigenden Bezugwert.

Zur Überwachung von physikalischen Größen ist es allgemein üblich, durch Meßfühler die Momentanwerte der Größe in analoge Werte einer elektrischen Größe, beispielsweise einer Gleichspannung umzuformen und auf einem elektrischen Anzeigeinstrument darzustellen. Es ist ferner bekannt, zur Überwachung von Meßgrößen, die einem Grenzwert zustreben, die Steilheit des Meßgrößenverlaufs über der Zeit zu ermitteln und bei Erreichen des Steilheitswertes Null eine Grenzwertmeldung abzuleiten. Die Genauigkeit der Messung ist dabei nicht nur von den verwendeten Meßgliedern abhängig, sondern auch von der Länge des Ubertragungsweges zwischen dem Meßfühler und dem Anzeigeinstrument bzw. der Auswerteinrichtung. Bei größeren Ubertragungswerten, wie sie beispielsweise bei der Temperaturmessung von Metallschmelzen vorkommen, besteht nämlich die Gefahr, daß der übertragenen Gleichspannung auf induktivem und/oder kapazitivem Wege Störspannungen überlagert werden, die das Meßergebnis verfälschen bzw. eine Falschmeldung auslösen können. . .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die eine Überwachung der Meßwerte in der Weise ermöglicht, daß Meßwertverfälschungen bzw. Falschmeldungen auf Grund von Störspannungen vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Signalgeber vorgesehen sind, von denen der eine Signalgeber ein Signal abgibt, dessen

Dauer den Bezugwert kennzeichnet, und der andere ßen trotz großer Meßwert-Übertragungswege durchSignalgeber ein Signal abgibt, dessen Dauer den geführt werden.

Meßwert kennzeichnet, daß eine den beiden Signal- Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelgebern nachgeschaltete Einrichtung die Differenz- heiten und Vorteilen an Hand der in den Zeichnundauer dieser beiden Signale ermittelt und ein diese 5 gen veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher Differenzdauer kennzeichnendes Ausgangssignal ab- erläutert; es zeigt

gibt, daß eine dieser Einrichtung nachgeschaltete F i g. 1 eine Anordnung zum Überwachen von

weitere Einrichtung dieses Ausgangssignals um eine Momentanwerten, insbesondere solchen, die sich der zulässigen Schwankung des Meßwertes entspre- einem Grenzwert nähern,

chende Dauer verzögert weitergibt und daß eine die- io Fig. 2 eine Anordnung zum Überwachen von sen beiden Einrichtungen nachgeschaltete weitere Mittelwerten, die über eine vorgegebene Dauer geEinrichtung das unverzögert zugeführte Ausgangs- bildet sind,

signal der einen Einrichtung mit dem über die weitere Fig. 3 a bis 3e Zeitdiagramme der Spannungs-

Einrichtung verzögert zugeführten Ausgangssignals impulse an den Ausgängen der Schaltkreiselemente der einen Einrichtung vergleicht und während einer 15 ^nacn Fig. 1.

zeitlichen Überlappung dieser beiden Signale ein die Die Überwachungsanordnung nach F i g. 1 weist

Richtigkeit des Meßwertes kennzeichnendes Signal die (erste) Vergleichseinrichtung 12 a auf, die dem abgibt. Impulsgeber (Analog-Digitalwandler) 6, den Zahlen-

Bei einer Ausführungsform der Erfindung zum geber (Impulsgenerator) 4 sowie den Differenzzähler Überwachen von Momentanwerten, die sich einem 20 (Differenzbildner) 1 enthält. Dem Impulsgeber 6 wer-Grenzwert nähern, gibt der eine Signalgeber ein Si- den die verstärkten und nach der Zeit differenziergnal ab, dessen Dauer einen konstanten Bezugwert ten Ausgangssignale eines nicht dargestellten Thermokennzeichnet. elementes zugeführt, welche proportional den

In bevorzugter Weise ist die Dauer des von dem Momentanwerten der Temperatur ■& einer Metalleinen Signalgeber abgegebenen Signals veränderbar. 25 schmelze sind. Jedes Eingangssignal d #/d t wird von Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dem Impulsgeber 6 in eine Impulsfolge mit einer den zum Überwachen von Mittelwerten, die über eine Betrag d&/dt kennzeichnenden Impulsmenge m umvorgebbare Dauer gebildet sind, dienen als Signal- gewandelt. Die von dem Impulsgeber 6 erzeugten geber zwei Speichereinrichtungen, denen die Meß- Impulsfolgen werden dem Differenzzähler 1 zuwerte aufeinanderfolgender Messungen über einen 30 geführt und dort mit Impulsfolgen von je η Einzel-Mittelwertgeber und eine diesem nachgeschaltete impulsen verglichen, welche von dem Zahlengeber 4 Umschalteinrichtung abwechselnd zugeführt sind. erzeugt werden. "Während die Impulsfolgen des Im-

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla- pulsgebers 6 entsprechend der Änderung des Temgen, daß die Signalgeber als Impulsgeber ausgebildet peraturgradienten d#/di veränderliche Impulsmensind, die Impulsfolgen vorgegebener Impulsdauer 35 gen m aufweisen, ist die Impulsmenge η der Impuls- und vorgegebener Pausendauer liefern, von denen folgen des Zahlengebers 4 konstant und gleicht dem die von dem einen Impulsgeber gelieferte Impuls- Maximalwert der Impulsmenge m. Die von dem Diffolge eine den Bezugwert kennzeichnende Impuls- ferenzzähler 1 gebildete Differenzimpulsmenge n-m anzahl und die von dem anderen Impulsgeber ge- ist daher sehr positiv.

lieferte Impulsfolge eine den Meßwert kennzeich- 40 Die Differenzimpulsfolgen mit den jeweils vernende Impulsanzahl aufweist, daß die nachgeschal- schiedenen Impulsmengen n-m werden der (zweiten) tete Einrichtung als Differenzzähler ausgebildet ist, Vergleichseinrichtung 13 a zugeführt, die prüft, ob der eine Impulsfolge liefert, die eine die Differenz die betreffende Impulsmenge n-m größer oder kleiner aus der den Bezugwert kennzeichnenden Impuls- als eine bestimmte Menge k ist. Ist die Impulsmenge anzahl und der den Meßwert kennzeichnenden Im- 45 n-m größer als k, so bedeutet dies, daß die dem pulsanzahl kennzeichnende Impulsanzahl aufweist, Temperaturgradienten άϋ/ät proportionale Impulsdaß die dieser Einrichtung nachgeschaltete weitere menge m den Grenzwert unterschritten hat und daß Einrichtung als Impulsverzögerungsglied ausgebildet am Ausgang der Vergleichsrichtung 13 a ein Meßist, das mindestens das Auftreten des ersten Impul- bzw. Meldebefehl abgegeben wird. ses um eine Dauer verzögert, die so groß ist wie ein 50 Beim umgekehrten Fall, wenn die Impulsmenge ganzzahliges Vielfaches einer Impulswiederholungs- n-m kleiner als k ist, hat der Temperaturgradient periode, und daß die diesen beiden Einrichtungen d#/df den Grenzwert noch nicht unterschritten, wonachgeschaltete weitere Einrichtung als Koinzidenz- durch ein Meß- oder Meldebefehl unterbleibt. Der glied ausgebildet ist, das mindestens einen der zu- Wert k kann so gewählt werden, daß auch im ungünletzt eintreffenden Impulse der von dem Differenz- 55 stigsten Störungsfall der Gradient eines um die Störzähler unverzögert zugeführten Impulsfolge bei sei- größe überhöhten Meßwertes stets zu einer Diffenem Zusammentreffen mit mindestens dem zuerst renzimpulsmenge n-m führt, die kleiner als k ist, woeintreffenden Impuls der über das Impulsverzöge- durch Fehlmessungen bzw. Fehlmeldungen ausgerungsglied verzögert zugeführten Impulsfolge als das schlossen sind.

die Richtigkeit des Meßwertes kennzeichnende Si- 60 Die Vergleichseinrichtung 13 a weist das Koinzignal weitergibt. denzglied 3 auf, dessen erster Eingang unmittelbar

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nur und dessen zweiter Eingang über das Impulsversolche Meßwerte, die innerhalb eines wählbaren zögerungsglied 2 mit dem Ausgang des Differenz-Toleranzbereiches liegen, zur Anzeige bzw. Auswer- Zählers 1 verbunden ist. Die Verzögerungsdauer Δ t_e tung zugelassen werden. Meßwerte außerhalb des 65 des Impulsverzögerungsgliedes kann durch das Vor-Toleranzbereiches werden als verfälschte Werte be- gabeglied 5 wählbar eingestellt werden und entspricht handelt und von der Anzeige ausgeschlossen. Damit der Dauer der Impulsmenge k. Das Koinzidenzkönnen genaue Messungen von physikalischen Grö- glied 3 schaltet nur dann durch und gibt einen Meß-

5 6

bzw. Meldebefehl an den Ausgang der Vergleichs- werte #,„ aus mehreren Meßwerten gebildet und über

einrichtung 13 σ, wenn an seinen beiden Eingängen die Umschalteinrichtung 8 den Eingängen der (ersten)

gleichzeitig Signale anstehen (Koinzidenz). Diese Vergleichseinrichtung 12 b zugeführt.

Koinzidenzbedingung ist dann erfüllt, wenn die Im- Auf diese Weise entsteht an Stelle eines stetigen

pulsmenge n-m größer als Ic ist. 5 Temperaturverlaufs ein stufenförmiger Verlauf. Die

Zur Verdeutlichung der Koinzidenzbedingung sind Differenz der Stufenhöhen benachbarter Stufen um,,

in F i g. 3 a bis 3 e einige Zeitdiagramme der an den und Um_{11 + 1} ist zu Beginn des Eintauchens des

Ausgängen der Schaltkreiselemente in Fig. 1 auf- Thermoelementes in die Metallschmelze am größten

tretenden Spannungsimpulse dargestellt. Fig. 3a und wird um so geringer, je mehr sich die Tempe-

zeigt zwei Impulsfolgen am Ausgang des Zahlen- io ratur des Thermoelementes dem Grenzwert nähert,

gebers 4 mit der konstanten Impulsmenge η = 6. Die Differenz der Stufenhöhen aufeinanderfolgender

Fig. 3b zeigt zwei gleichzeitig mit den Impuls- Mittelwerte ist daher ein Maß für die Annäherung

folgen des Zahlengebers 4 abgegebene Impulsfolgen der gemessenen Temperaturwerte an den Grenz-

am Ausgang des Impulsgebers 6 mit den Impuls- wert.

mengen m = 5 und m = 2. Die Impulsmenge m = 5 15 Zur Bildung der genannten Differenzwerte weist,

entspricht einem großen Temperaturgradienten die Vergleichseinrichtung 12 b den Zähler 11 auf,

d ΰ/ά t, während die Impulsmenge m = 2 einem klei- der dem Zähler 1 der Anordnung nach F i g. 1 ent-

nen Temperaturgradienten entspricht. spricht. Dem Zähler 11 werden die beiden zu ver-

An Stelle der in F i g. 3 a und 3 b dargestellten gleichenden Impulsfolgen von den Speichereinrich-

Impulsfolgen können auch rechteckförmige Signale 20 tungen 9 und 10 zugeführt, die dem Impulsgeber 6

(mit gestrichelten Linien eingezeichnet) verwendet bzw. dem Zahlengeber 4 der Anordnung nach F i g. 1

werden, deren Länge der Dauer der jeweiligen Im- entsprechen. Im Gegensatz zu der Anordnung nach

pulsfolge entspricht. Fig. 1 sind jedoch sowohl die Impulsfolgen der

F i g. 3 c zeigt die Differenzimpulsfolgen n-m am Speichereinrichtung 9 als auch die Impulsfolgen der Ausgang des Differenzzählers 1 mit den Impulsmen- 25 Speichereinrichtung 10 von der Meßgröße abhängig, gen n-m = 1 und n-m = 4. Während die Differenz- Und zwar wird den Speichereinrichtungen 9 und 10 Impulsfolgen n-m am ersten Eingang des Koinzidenz- von den Eingängen der Einrichtung 12 b her durch gliedes 3 unverzögert anstehen, kommen sie am zwei- die periodisch umschaltende Vorrichtung 8 jeweils ten Eingang des Koinzidenzgliedes um die der Im- jedes zweite Mittelwertsignal O_n, zugeführt, d. h., die pulsmenge k entsprechende Dauer Δ t_c verzögert an 30 Speichervorrichtung 9 erhält die Mittelwertsignale (Fig. 3d). Wie man aus dem Vergleich der Impuls- ¹O-m_p, &m_{p + 2}, ■&m_{ll + i} usw., und die Speicheranordfolgen gemäß Fig. 3c und 3d erkennt, ist eine zeit- nung 10 erhält die Mittelwertsignale &m_{p + 1}, &m_{p + s}, liehe Überlappung (Koinzidenz) der Impulsfolgen an Um₁₁₊₅ usw., wobei ρ eine ganze Zahl ist. Die Mitteiden beiden Eingängen des Koinzidenzgliedes 3 nur wertsignale ΰ-m werden von den Speichereinrichtunbei der Differenzimpulsfolge n-m = 4 (d. h. bei 35 gen 9 und 10 in entsprechend lange Impulsfolgen einem kleinen Temperaturgradienten d ΰ/d t) wäh- bzw. rechteckförmige Signale umgewandelt und dem rend des schraffiert eingezeichneten Zeitintervalls Zähler 11 zugeführt,
gegeben (Fig. 3e). Während der Pausen, in denen die Speicherein-

Während dieses Zeitintervalls schaltet das Koinzi- richtungen 9 und 10 kein Eingabesignal erhalten, denzglied 3 durch und gibt einer in F i g. 1 nicht dar- 40 wird der vorhergehende gespeicherte Wert noch ein-' gestellten nachgeschalteten Auswerteinrichtung den mal als Impulsfolge bzw. Rechtecksignal dem Zäh-Befehl zur Erfassung des betreffenden Meßwertes ler. 11 eingegeben. Auf diese Weise werden durch bzw. zur Abgabe einer Grenzwertmeldung. Bei der den Zähler 11 die den Differenzwerten &m_p — ■& m_{P + x} Differenzimpulsfolge n-m = 1 (d. h. bei einem gro- entsprechenden Differenzimpulsfolgen gebildet, die ßen Temperaturgradienten du/dt) überlappen sich 45 der Vergleichseinrichtung 13b zugeführt werden,
die Impulsfolgen an den beiden Eingängen des Koin- Die Vergleichseinrichtung 13 b ist ähnlich aufzidenzgliedes 3 nicht, so daß das Koinzidenzglied 3 gebaut wie die Vergleichseinrichtung 13 α der Ansperrt und der entsprechende Meßwert nicht berück- Ordnung nach Fig. 1. Während jedoch die Versichtigt wird. gleichseinrichtung 13 a nur dann einen Befehl abgibt,

Aus der Funktionsweise der in F i g. 1 dargestell- 50 wenn die Impulsfolgen am Ausgang des Zählers 1

ten Schaltungsanordnung ist erkennbar, daß durch eine bestimmte Dauer Δ t_e überschreiten, gibt die

geeignete Wahl von η und Δ t_e von Störungen un- Vergleichseinrichtung 13 b nur dann einen Befehl ab,

beeinflußte, genaue Meßwerte bei dem geschilderten wenn die Dauer Δ t_e unterschritten wird. In diesem

Temperaturverlauf erfaßt werden können. Falle nämlich hat die Amplituden-Differenz zwi-

Bei der Überwachungsanordnung nach Fig. 2 55 sehen zwei aufeinanderfolgenden Mittelwerten den werden an Stelle der nach der Zeit differenzierten oben erläuterten Grenzwert erreicht bzw. unterMeßwerte d#/di mittels des Gebers 7 die Mittel- schritten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen eines zulässigen und unzulässigen Schwankungen unterworfenen Meßwertes einer physikalischen Größe, insbesondere des einem Grenzwert sich nähernden Momentanwertes oder des über eine vorgegebene Dauer gebildeten Mittelwertes der Temperatur einer Metallschmelze, durch Vergleich des Meßwertes mit einem die zulässigen Schwankungen berücksichtigenden Bezugwert, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Signalgeber (4, 6) vorgesehen sind, von denen der eine Signalgeber (4) ein Signal abgibt, dessen Dauer (Impulsanzahl n) den Bezugwert kennzeichnet, und der andere Signalgeber (6) ein Signal abgibt, dessen Dauer (Impulsanzahl m) den Meßwert kennzeichnet, daß eine den beiden Signalgebern (4, 6) nachgeschaltete Einrichtung (1) die Difierenzdauer dieser beiden Signale ermittelt und ein diese Difierenzdauer kennzeichnendes Ausgangsisgnal (Impulsanzahl n-m) abgibt, daß eine dieser Einrichtung (1) nachgeschaltete weitere Einrichtung (2) dieses Ausgangssignal (Impulsanzahl n-m) um eine der zulässigen Schwankung des Meßwertes entsprechende Dauer (k) verzögert weitergibt und daß eine diesen beiden Einrichtungen (1, 2) nachgeschaltete weitere Einrichtung (3) das unverzögert zugeführte Ausgangssignal der einen Einrichtung (1) mit dem über die weitere Einrichtung (2) verzögert zugeführten Ausgangssignal der einen Einrichtung (1) vergleicht und während einer zeitlichen Überlappung (Koinzidenz) dieser beiden Signale {n-m größer als k) ein die Richtigkeit des Meßwertes kennzeichnendes Signal abgibt (Fig. 1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum Überwachen von Momentanwerten, die sich einem Grenzwert nähern, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Signalgeber (4) ein Signal abgibt, dessen Dauer (Impulsanzahl η = konstant) einen konstanten Bezugwert kennzeichnet (F i g. 1).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer (Impulsanzahl η = konstant) des von dem einen Signalgeber (4) abgegebenen Signals veränderbar ist (Fil)

geschaltete Einrichtung (1) als Differenzzähler ausgebildet ist, der eine Impulsfolge liefert, die eine die Differenz aus der den Bezugwert kennzeichnenden Impulsanzahl (n) und der den Meßwert kennzeichnenden Impulsanzahl Qn) kennzeichnende Impulsanzahl {n-m) aufweist, daß die dieser Einrichtung (1) nachgeschaltete weitere Einrichtung (2) als Impulsverzögerungsglied ausgebildet ist, das mindestens das Auftreten des ersten Impulses um eine Dauer {k) verzögert, die so groß ist wie ein ganzzahliges Vielfaches einer Impulswiederholungsperiode, und daß die diesen beiden Einrichtungen (1, 2) nachgeschaltete weitere Einrichtung (3) als Koinzidenzglied ausgebildet ist, das mindestens einen der zuletzt eintreffenden Impulse der von dem Differenzzähler (1) unverzögert zugeführten Impulsfolge bei seinem Zusammentreffen mit mindestens dem zuerst eintreffenden Impuls der über das Impulsverzögerungsglied (2) verzögert zugeführten Impulsfolge als das die Richtigkeit des Meßwertes kennzeichnende Signal weitergibt (Fig. 1).