DE2023726A1

DE2023726A1 - Schaltungsanordnung zum Verringern er Linearitätsfehler von Frequenzsignale gebenden Meßwandlern

Info

Publication number: DE2023726A1
Application number: DE19702023726
Authority: DE
Inventors: Kalman Dipl.-Ing. Budapest HoInSr
Original assignee: Merestechnikai Központi Kutato Laboratorium, Budapest
Priority date: 1969-05-15
Filing date: 1970-05-14
Publication date: 1970-11-19
Also published as: GB1261657A; FR2049103B1; US3619663A; FR2049103A1

Description

Dipl.~!ng, Hein; C ..Λ-.'»la '

D-8 München 26, Postfach 4

Telefon 0811/292555 ■

Mein Zeichen: P 965 München, den 14.5.197ο

Anmelder: Merestechnikai Központi

Kutato Laboratorium ■

Oktober 6 utca 7>
Budapest V, Ungarn

Schaltanordnung zur Verringerung des Linearitätsfehlers von Frequenzsignale gebenden Meßwandlern

Die Frequenzsignale gebenden Meßwandler erzeugen eine Impulsreihe von veränderlicher Größe, deren Frequenz f·^ sich in Abhängigkeit von der zu messenden ändert. Die Frequenz f^ weicht von der mit der zu messenden in linearem Zusammenhang stehenden theoretischen Frequenz f, ab. Das Abweichen zwischen den beiden Frequenzen ist der Linearitätsfehler f^ des Meßwandlers :

h - ^fk ⁼ -^{1 f}h

Aus der anläßlich des Kalibrierens des Meßwandlers erhaltenen Kennkurve können die zu den einzelnen Werten der Ausgangsfrequenz gehörigen relativen Werte der Linearitätsfehler h, demnach die Funktion h = h/f,/ bestimmt werden wonach ^£ h ~ k ^fb ^ist'

Die mit den zu messenden in linearem Zusammenhang stehende Frequenz f, kann demnach durch die Multiplikation der Ausgangsfrequenz f-u mit den, aus der Ausgangsfrequenz f^ und

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dem relativen Linearitätafehler h erhaltenen algebraischen Summe des Linearitätsfehlers f^ erhalten werden.

Ein bedeutender Vorteil der Frequenzsignale gebenden Meßwandler liegt darin, daß dieselben in einfacher Weise zur digitalen Verwertung adaptierbar sind. Wird die durch den Meßwandler gelieferte Information durch eine digitale Rechenmaschine verarbeitet, kann auch die Linearisierung der Kennkurve in die Rechenmaschine programmisiert werden, was aber eine kostspielige Lösung sein würde. In der Mehrzahl der Fälle wird die Information in ein digitales Meßgerät eingespeist, W z.B. in einen Frequenzmesser, Impulszähler, wobei in Ausnutzung der sich aus der digitalen Verarbeitung ergebenden Genauigkeit ein Meßwandler mit kleinem Linearitätsfehler benötigt wird. Dabei ist aber die Herabsetzung des Linearitätsfehlers des Meßwandlers über eine gewisse Grenze hinaus sehr kostspielig.

Für den Fall der Verwendung von TurbinenStrömungsmessern ist z.B. die Frequenz des Ausgangssignales innerhalb des Linearitätsfehlers mit der Volumengeschwindigkeit der durchströmenden Flüssigkeit proportional. Der relative Linearitätsfehler beträgt für den Fall von Wasser in einem durch einen Endaus-A schlag vom Verhältnis 10:1 begrenzten Meßbereich - 0,5$· Die Herabsetzung des Linearitätsfehlers auf die Hälfte stößt bereits auf große Schwierigkeiten, was nur bei große Strömungsgeschwindigkeiten messenden einzelnen Fabrikattypen vorkommt.

Der Zweck der Erfindung liegt darin, eine zwischen den Meßwandler und die Informationen verarbeitende Elektronik einschaltbare, den Linearitätsfehler kompensierende einfache Linearisierungseinrichtung zu schaffen.

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Der Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltanordnung zur Verringerung des Linearitätsfehlers von Frequenzsignale gebenden Meßwandlern.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß die am Ausgang des Meßwandlers vorliegende Impulsreihe von Frequenz f^ und Periodendauer T einen monostabilen Multivibrator antreibt und die auf diese Weise erhaltene Impulsreihe von konstanter Amplitude über ein eine Gleichspannung abbrennendes Netz fließend, mit dem monostabilen Multivibrator über einen in geeigneter Weise gesteuerten Schalter auf den Eingang einer Pegeleinstellvorrichtung gelanjt, wobei die Durchschnittsspannung des am Ausgang derselben erscheinenden Signales mit dem Quadrat der Frequenz f-, proportional ist; die Pegeleinstellvorrichtung versieht dabei die Aufgabe, den Scheitelwert der Eingangsspannung auf das Nullniveau umzustellen. Mit dem monostabilen Multivibrator ist der Schalter so zu steuern, daß der Eingang der Pegeleinstellvorrichtung mit dem Ausgang des die Gleichspannung abtrennenden Netzes, jedoch im quasistabilen Zustand mit dem Nullniveau verbunden sein soll.

Zwischen dem die Gleichspannung abtrennenden Netz und der Pegeleinstellvorrichtung oder hinter der Pegeleinstellvorrichtung wird ein Funktionsumformer vorgesehen, der, die Funktion h = h/f^/ abbildend, aus der mit der Frequenz f, proportionalen Spannung eine mit dem relativen Linearitätsfehler h proportionale, von dem Vorzeichen derselben abhängige Polarität besitzende Spannung erzeugt. Während dem quasistabilen Zustände des monostabilen Multivibrators wird der Wert der am Ausgang der in beliebiger Reihenfolge angeordneten Funktionsumformer und Pegeleinstelleinrichtung erscheinenden Spannung mit dem - momentan zur Frequenz f, gehörigen - relati ven Linearitätsfehler h und hierausfolgend die Durchschnittsspannung mit dem Produkt der Frequenz f, und dem relativen ■

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Linearitätsfehler h proportional; das Vorzeichen wird von dem Vorzeichen des momentan zur Frequenz f^ des zugehörigen relativen Linearitätsfehlers abhängen.

Es ist vorteilhaft,den Funktionsumformer unmittelbar hinter Pegeleinstellvorrichtung vorzusehen, da die letztere in diesem Fall die Nullniveauwanderung - den Drift - nicht hindurchläßt. In diesem Fall nimmt also der Funktionsumformer zwischen dem durch den monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalter und der Pegeleinstellvorrichtung Platz.

Im Funktionsumformer wird die Abbildung der Funktion durch Annäherung mit geraden Abschnitten durch das gebräuchliche und bekannte Dioden-Widerstand-Netz unter Verwendung einer Referenzspannung erzeugt. Deshalb verfügt der Funktionsumformer außer dem Signaleingang auch über einen nicht an die Referenzquelle anschließenden Referenzeingang. Im Falle einer allgemeinen Funktion von h = h /f-u/ sind beide Eingänge durch die mit dem monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalter zu schalten. Auf diese Weise wird der Signaleingang und der Referenzeingang gleichzeitig auf das Nullniveau geschaltet und auch am Ausgang des Funktionsumformers wird das Nullniveau erscheinen. Von den beiden Schaltern kann der sich am Signaleingang befindliche durch einen Gleichrichter ersetzt werden, da das Ausgangssignal des die QIbichspannung abtrennenden Netzes im quasistabilen und stabilen Zustand entgegengesetzte Polaritäten besitzt.

Die Lage wird einfacher, wenn zu einer Frequenz f, vom Nullwert ein relativer Linearitatsfehler h vom Nullwert gehört oder dieser Wert zugeordnet werden kann. Mit Rücksicht darauf, daß bei einem Frequenzwert f, von Null am Ausgang der Pegeleinstellvorrichtung für jeden Fall der Spannungswert Null besteht, kann dem Nullfrequenzwert f^ prinzipiell immer der Nullwert von h zugeordnet werden. In diesem Fall ist die

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Funktion h = h /fiV am Anfangsabschnitt mit einer durch die Funktion h = kf-u beschreibbaren Geraden zu ersetzen, wo k die Steilheit der Geraden kennzeichnet. Sofern die untere Grenze des Meßbereiches des Meßwandlers ein von der Nullfrequenz f^ abweichender Wert ist, kann diese Substituierung auch ohne Änderung des im Meßbereich befindlichen Abschnittes der · Funktion h = h/f,/ erfolgen. Wenn hingegen der Meßbereich auch die Nullfrequenz von f^ umfaßt, erfordert diese Substituierung eine Änderung des unteren Bereiches der Funktion h = h/f_b/.

Zu der Nullfrequenz f^ kann ein Nullwert von h zugeordnet werden, soweit der durch die Substituierung verursachte, von der wirklichen Funktion h = h/fv/ bei dem anfänglichen Abschnitt entstehenden Abweichung sich ergebende, mit dem Produkt der Frequenz f-u und des relativen Linearitätsfehlers h., bei der Bildung eines Signals von durchschnittlicher Spannung auftretende Fehler vernachlässigt werden kann.

Wenn man dem Eingang des entsprechend dem zur Nullfrequenz f·^ gehörigen bzw. zu derselben zugeordneten relativen Linearitätsfehler Null h entsprechend eingestellten Funktionsumformers ein Null-Spannungsniveau erteilt, erscheint auch am Ausgang desselben ein NullSpannungsniveau. In diesem Fall kann von dem Referenzeingang des Funktionsumformers der durch den monostabilen Multivibrator gesteuerte Schalter auch weggelassen werden; es genügt in diesem Fall die Verwendung eines Gleichrichters zwischen dem Signaleingang des Funktionsumformers und dem die Gleichspannung abtrennenden Netz. Aus der am Ausf-ang des Gleichrichters und des die Gleichspannung abtrennenden Netzes erscheinenden Spannung wird nur die während den stabilen Zuständen des monostabilen Multivibrators auftretende Spannung zum Funktionsumformer durchgelassen, während die unter den quasistabilen Zuständen auftretende Spannung von

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entgegengesetzter Polarität abgeschnitten wird, so daß auf den Funktionsumformer nur das Nullspannungsniveau gelangen kann, demnach am Ausgang des Funktionsumformers ebenfalls das Nullspannungsniveau erscheint. Dadurch gelangt auf den Einsang der Pegeleinstellvorrichtung während des stabilen Zustandes des monostabilen Multivibrators die mit der zur momentanen Frequenz f·. gehörigen relativen Linearitätsfehler h proportionale Spannung und während der quasistabilen Zustände das Nullspannungsniveau.

Am Ausgang der Pegeleinstellvorrichtung erscheint demnach der Durchschnittswert mit dem Produkt der momentanen Frequenz f, und das mit dem zugehörigen relativen Linearitätsfehler proportionale Spannungsniveau.

Am Ausgang der Pegeleinstel!vorrichtung erscheint demnach die mit dem Produkt der momentanen Frequenz f·. und dem zugehörigen relativen Linearitätsfehler h proportionale Durchschnittsspannung. Schließt man an den Ausgang der Pegeleinstellvorrichtung einen einen entsprechend eingestellten Umformungsfaktor besitzenden, auf positive und negative Spannungen wirkenden Spannungs-Frequenz-Umformer an, wird derselbe eine mit dem absoluten Wert des Produkts der momentanen Frequenz f, und des zugehörigen Linearitätswertes gleiche! Frequenz f, besitzende Impulsreihe erzeugen und zeigt weiters^ auch die Polarität der auf den Eingang des Spannungs-Frequenz-Umformers gelangenden Spannung, d.h. auch das Vorzeichen des Linearitätsfehlers.

Die Impulsreihe von der Ausgangsfrequenz f, des Spannungs-Frequenz-Umformers wird in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Linearitätsfehlers zu der Impulsreihe des Messumformers von der Frequenz f·. in einer Impulsreihen-Addiervorrichtung addiert oder in einer Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung subtrahiert, wodurch sich das linearisierte Signal ergibt.

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Soferne der Linearisierungsfehler des Meßumformers sein Vorzeichen im Meßbereich nicht wechselt, wird eine solche Vereinfachung der Schaltanordnung zulässig, wonach entsprechend dem beständigen Vorzeichen des Linearitätsfehlers entweder nur eine Impulsreihen-Addiervorrichtung oder nur eine Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung vorgesehen wird; weiters hat auch der Spannungs-Frequenzumformer auf die Spannung von beständiger Polarität, auf die positive oder negative Eingangsspannung zu arbeiten.

Im Interesse des einfachen Aufbaus der Impulsreihen-Addier- bzw. Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung stehen die eine Frequenz' von f, und f, besitzenden zu addierenden bzw. zu subtrahierenden Impulsreihen miteinander in Synchronismus. Um dies zu erreichen, wird der die Basis des Spannungs-Frequenz-Umformers bildende, die Entladung des auf die Wirkung der Eingangsspannung aufgeladenen Kondensators durchführende Impulsgenerator durch den monostabilen Vibrator angetrieben, so daß die erzeugte Impulsreihe von der frequenz f, mit der Impulsreihe von der Frequenz f, des Meßwandlers synchron sein wird,-

Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung bezieht sich somit auf eine solche Schaltung, die einen Funktionsumformer, einen Spannungs-Frequenz-Umformer, weiters im Ausgang des letzteren und an den Ausgang des Meßwandlers angeschlossen eine Impulsreihen-Addiervorrichtung bzw. Subtrahiervorrichtung besitzt. Das Wesen der Schaltanordnung liegt darin, daß dieselbe einen mit dem Ausgang des Meßwandlers einen identischen Eingang besitzenden monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalter sowie eine Pegeleinstellvorrichtung besitzt. Der Funktionsumformer und die Pegeleinstellvorrichtung befinden sich zwischen dem die Gleichspannung abtrennenden Wetz und dem Spannungs-Frequenz-Umformer, und der durch den monostabilen

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Multivibrator gesteuerte Schalter bildet den Referenzeingang des Funktionsumformers oder den Eingang der Pegeleinstellvorrichtung. Am Eingang des Funktionsumformers ist, falls notwendig, ein Gleichrichter vorgesehen. Zum NuIlfrequenzsignal des Meßwandlers gehörige oder im Falle des zugeordneten relativen Linearitätsfehlers befindet sich hinter dem Ausgang des die Gleichspannung abtrennenden Netzes ein Gleichrichter. Der Ausgang des Funktionsumformers ist mit dem Eingang der Pegeleinstellvorrichtung identisch. Der Referenzeingang des Funktionsumformers ist an die Referenzspannungsquelle angeschlossen. Im Interesse der- Synchronisierung des Ausgang-Frequenzsignals des Spannungs-Frequenzumformers mit dem Ausgangsfrequenzsignal des Meßwandlers sind der Eingang des Impulsgenerators und der Ausgang des monostabilen Multivibrators identisch.

In den eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung darstellenden Abbildungen zeigen die Figuren 1 bis 7 die an den entsprechenden Klemmen der Schaltung von Fig. 8 bzw. 9 auftretenden Spannungen in der Funktion der Zeit.

Fig. 8 veranschaulicht für den Fall einer beliebigen Funktion von h = h/f^/ das Ausführungsbeispiel,, während Fig. 9 eine solche Modifikation der Ausführungsform von Fig. 8 darstellt, die eine einfachere alternative Schaltanordnung ergibt,und zwar für eine derartige Funktion von h = h/f,/, daß zur Frequenz f. = O der relative Linearitätsfehler h = O gehört oder dieser Wert zugeordnet werden kann. Fig. 9 zeigt weiters mit gestrichelten Linien die alternative Anordnung des durch den monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalters für eine Funktion h = k/^v/ ^des allgemeinen Falles.

Die beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung wird ausführlich auf Grund von Fig. 8 dar gelegt.

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BIe Impulsreihe u* von der Frequenz f. und der Periodendauer T gelangt an der Klemme1 in den Linearisator. Sobald der Spannungswert eine sprunghafte Änderung negativen Sinnes erfährt, kippt der monostabile Multivibrator in seinen quasistabilen Zustand um und verbleibt in diesem Zustand bis zu der von den Zeitelementen abhängigen Zeitdauer von T ; die Zeitdauer T ist kurzer als die vorkommende kleinste Periodendauer T-. . Am Ausgang 2 des monostabil en Multivibrators 8 erscheint die Impulsreihe Up- Die eine Amplitude Uo besitzende Impulsreihe Up geht in das den Kondensator 9 und den Widerstand 10 enthaltende, die Gleichspannung abtrennende Netz über.

Es ist zweckmäßig, hinter dem monostabilen Multivibrator zur Vermeidung einer Entlastung sowie zwecks Erreichen von steil an- und ablaufenden Impulsen auch eine Schaltverstärkerstufe zwischen zu schalten, die aber an dem Wesen der Schaltung nichts ändert. Die während dem stabilen Zustand des rnonostabilen Vibrators 8 auftretende Größe der positiven Spannung der am Ausgang des die Gleichspannung abtrennenden Netzes 3 erscheinenden Impulsreihe u, ist U^, mit der Frequenz f, = Λ/T der Impulsreihe u^. proportional:

[T — φ TT f

3 o 2 b

Die Impulsreihe u^ gelangt in den Funktionsumformer 17₅ der in den stabilen Zuständen des monostabilen Multivibrators 8 die an seinen Eingang gelangende, mit der Frequenz f, proportionale Spannung IU - die Funktion h = h/f., / abbildend - au einer mit dem relativen Linearitätsfehler h proportionalen und ein demselben entsprechendes Vorzeichen besitzende Spannung am AusPlan«· umwandelt.

Βθϊ' Funktionsumformer 17 bildet die Funktion h'= h/f^/ anain Gerade ab. Zur Äbbildunr der allgemeinen IFimk-»

0 0 9 8 4 7/1374 bad ORiQiNAU

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tion h = k/fv/ ist auch das Reziproke des Vorzeichens u^, d.i. -u^ nötig, welches falls notwendig, durch einen Manipulations-Voraeichenwender oder durch ein die an der Klemme 2 erscheinende, invertierte der Impulsreihe Up durch das Hindurchlassen durch ein das den die Gleichspannung abtrennenden Netz 11 gleichen Aufbau besitzendes zweites, Gleichspannung abtrenndes Netz erzeugt wird.

Eine annäherende Gerade wird durch das aus den Widerständen und 13 sowie aus der Diode 14 bestehende Annäherungselement unter Verwendung der Referenzspannung - U_R hergestellt. Es werden so viele solche Annäherungselemente oder ähnlichen Aufbau besitzende, eventuell auch die Verwendung von einer Referenzspannung +LU notwendig machende weitere Annaherungselemente vorgesehen, als angenäherte Gerade herzustellen gewünscht werden. Die Art des Aufbaus der Annaherungselemente ist an und für sich bekannt» Den Strom der einzelnen Elemente summiert der Manipulanten-Verstärker 16. Angenommen, daß der zum Ausgangssignal des Meßwandlers gehörige, momentan eine Frequenz f^ besitzende Linearitätsfehler negativ ist, wird dex* I'unktionsumformer 17 am Ausgang eine mit der Frequenz fv proportionale Spannung U, in eine mit dem relativen Linearitätsfehler h proportionale, jedoch ein negatives Vorzeichen besitzende Vorspannung - tL· umwandeln. Im lalle eines positiven Linearitätsfehlers würde die am Ausgang des Funktionsumformers· während der stabilen Zustände des monostabilen Multivibrators erscheinende Spannung eine positive sein_o

Di© Pegeleinstellvorrichtung überträgt den zu ihrem Eingang kommenden Nullwert sowie den mit dem relativen Linearitätsfehler h proportionalen, dem diesen entsprechenden Vorzeichen besitzenden Wert am Ausgang zu dem aufnehmenden Spannungsssheitelwert u_I(_„ Die Pegeleinstellvorrichtung 22 enthält dan Kondensator 19₅ den Widerstand 21 und den, durch den monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalter 20*

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Me Pegeleinstellvorrichtung 22 schließt sich über den durch den monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalter 18 an den Funktionsumformer 17 an. In den stabilen Zuständen des monostabilen Multivibrators 8 verbindet der Schalter 20 die Klemme 5 mit der Nullspannung und der- Schalter 18 die' Klemme 4 mit dem Ausgang des Funktionsumformers 17, wodurch sich der Kondensator 19 durch die Wirkung der an der Klemme 4-auftretenden Spannung -XS₁, auflädt. Im quasistabilen Zustand des monostabilen Multivibrators unterbricht der Schalter 20; der Schalter 18 verbindet die Klemme 4 mit dem Nullspannungsniveau und zufolge der an dem aufgeladenen Kondensator 19 befindlichen Spannung wird die an der Klemme 5 auftretende Spannung Ur = U^, sein. Der Kondensator 19 hat einen genügend hohen Wert, so daß die aus dem Kondensator 19 und den Widerständen 21 und 25 gebildete Zeitkonstante viel größer ist als die Zeitdauer T im quasistabilen Zustand des monostabilen MuIt iv ib rat ο ro , so daß der Scheitelabfall des an der Klemme 5~* erscheinenden, eine Zeitdauer von T besitzenden Spannungsimpulses von der Amplitude U₁- praktisch vernachlässigt werden kann.

An der Klemme 5 wird also in jeder Periodenzeit T-. eine die

Zeitdauer T besitzende, zu dem momentanen Wert der Freo '

quenz f_fe gehörige, mit dem relativen Linearitätsfehler h proportionale Spannung auftreten; der Durchschnittswert der Spannung Ur wird also mit dem Produkt der Frequenz f-u und des relativen Linearitätsfehlers h proportional sein.

Die Polarität der Spannung U₁- wird im Falle eines negativen Linearitätsfehlers positiv und eines positiven Linearitätsfehlers negativ sein. An die Klemme 5 schließt sich der Spannungs-Frequenz-Umformer 39 an, der eine mit der an der Klemme 5 erscheinenden Durchschnittsspannung proportionale Frequenz besitzende und mit der eine Frequenz f, besitzenden Impulsreihe u^. proportionale Impulsreihe eine synchrone Frequenz

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besitzende Impulsreihe am Ausgang- 6 oder 40 erzeugt. Die Impulsreihe mit der Frequenz f^ erscheint am Ausgang 6 und gelangt in die Impulsreihen-Addiervorrichtung 44, wenn die an der Klemme befindliche Spannung positiv oder aber der Linearitätsfehler negativ ist oder erscheint an dem zu der Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung 50 angeschlossenen Ausgang 40, wenn die an der Klemme 5 vorliegende Spannung negativ, d.h. der Linearitätsfehler positiv ist.

Der Spannungs-Frequenz-Umformer 39 besteht aus dem Integrator 27 und dem Impulsgenerator 38. "Von der Polarität der an der Klemme 5 erscheinenden Spannung abhängig wird die Ausgangsspannung des Integrators 27 im negativen Sinn oder im positiven Sinn wachsen. Sobald diese Spannung ein negatives oder positives Spannungsniveau erreicht, wird dies durch den Impulsgenerator 38 empfunden und erzeugt mit konstanter Ladungsmenge den die Entladung des Kondensators 26 des Integrators 27 durchführenden Impuls von konstanter Amplitude und konstanter Zeitdauer. Zugleich erscheint auch am Ausgang oder 40 ein Impuls.

Zur Synchronisierung dieses Impulses mit der an der Klemme 1 erscheinenden, eine Frequenz f^ besitzenden Impulsreihe u^ erfolgt der Antrieb des Impulsgenerators 38 durch den monostabilen Multivibrator 8. Durch diesen letzteren wird gleichzeitig auch die konstante Zeitdauer des den Kondensator 26 entladenden Impulses gesichert.

Der Impulsgenerator 38 enthält das durch die Ausgangsspannung des Integrators gesteuerte, bei einem gegebenen negativen Niveau öffnende Tor 28, das bei einem gegebenen positiven Niveau öffnende Tor 29, den Inverter 32, die bistabilen Multivibratoren 34- und 35 sowie die durch die letzteren gesteuerten Schalter 36 und 37. Die bistabilen Multivibratoren 34 und 35 haben eine dynamische Steuerung; sie kippen auf die an ihren

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Eingängen 30 bzw. 31 auftretenden Spannungssprüngen negativen Sinnes in ihren einen und auf den an dem gemeinsamen Eingang auftretenden Spannungssprung negativen Sinnes in ihren anderen Zustand.

Auf den vom Ausgang 2 des monostabilen Multivibrators 8 über den Inverter 32 geleiteten Impulses werden auf den an den gemeinsamen Eingängen 33 auftretenden Spannungssprung negativen Sinnes die bistabilen Multivibratoren 34- und 35 in ihren solchen Zustand gekippt, in dem an den Ausgängen 6 und 40 das niedrige Spannungsniveau - mit guter Annäherung an das Nullniveau - erscheint, in welchem Falle die Schalter 36 und 37 unterbrochen.

Der bistabile Multivibrator 34 bzw. 35 verbleibt in diesem Zustand, bis das durch die Ausgangsspannung des Integrators 27 gesteuerte Tor 28 bzw. 29 den Weg der vom Ausgang 2 des monostabilen Multivibrators 8 kommenden Impulse sperrt.

Auf die Wirkung der am Tor 5 auftretenden, auf die Wirkung des der bedingten negativen Linearitätsfehlers entsprechenden positiven Spannung Ur wird die Ausgangsspannung des Integrators 27 im negativen Sinn wachsend ein gegebenes Spannungsniveau erreichen. Nun wird das Tor 28 öffnen und es wird der vom Ausgang 2 des monostabilen Multivibrators 8 eingeleitete, im negativen Sinn wirkende Spannungssprung des nächstαϊ Impulses auf den Eingang 30 des bistabilen Multivibrators 3.4 gelangend diesen umkippen und den Ausgang 6 schalten. Es wird dann die am Ausgang 6 erscheinende Spannung den Schalter 36 betätigen und dieser die Referenzspannung U_R auf den Widerstand 24 des Integrators 27 schalten. Der zu dem Eingang 33 des bistabilen Multivibrators 34 geleitete nächste Spannungssprung negativen Sinnes kippt jedoch den bistabilen Multivibrator 34 wieder in seinen vorherigen Zustand zurück. Die an die Eingänge 30 und p-elangeriden Impulse sind invertiert voneinander, so daß die

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zwischen den den bistabilen Multivibrator kippenden SpannungsSprüngen negativen Sinnes bestehende Zeitspanne die Größe von T_Q hat /T ist/. Auf diese Weise erscheint am Ausgang 6 ein Impuls von der Zeitdauer T und auch der Schalter 36 läßt auf den Widerstand 24 des Integrators 27 eine der an seine Pegeleinstellungs-Ausgangsklemme 5 befindlichen Spannung entgegengesetzter Polarität besitzende Referenzspannung -Uj, gelangen. Der durch die Zeit T dauernde, eine Amplitude von -U-g besitzende Impuls läßt eine durch den Widerstand 24 bestimmte, konstante Ladungsmenge in den Kondensator 26 gelangen. Hierdurch ändert sich die Ausgangsspannung des Integrators 27 im positiven Sinn und das Tor 28 schließt wieder. Hiernach wiederholt sich der ganze Vorgang.

An der Ausgangsklemme 6 des Spannungsfrequenz-Umformers 39 erscheint die mit der Impulsreihe Uy. von der Frequenz f^ synchrone Impulsreihe Ur, die in die Impulsreihen-Additionsyorrichtung 44 gelangt. Die Frequenz der Impuls reihe u,- ist mit dem Durchschnittswert der an der Ausgangsklemme 5 der Pegeleinstellvorrichtung befindlichen Spannung proportional. Den Umformungsfaktor des Spannungs-Frequenzumformers 39 zweckmäßig durch die richtige Annahme des Verhältnisses der Widerstände 23 und 24 entsprechend einstellend, wird die Frequenz der Impulsreihe u,- mit dem Produkt von f^ und dem zur Frequenz fvj zugeordneten relativen Linearitätsfehler h übereinstimmen.

Im Falle eines positiven Linearitätsfehlers tritt an der Klemme 5 eine negative Spannung auf und die Ausgangsspannung des Integrators 27 wächst im positiven Sinne. Nun wird das Tor 29 bei einem gegebenen Wert der im positiven Sinne wachsenden Spannung öffnen und der im negativen Sinn erfolgende Spannrings sprung des vom Ausgang 2 des monostabilen Multivibrators 8 einlangenden nächsten Impulses auf diese Weise

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auf den Eingang 31 cLes bistabilen Multivibrators 35 gelangen und denselben umkippen, weiters auf den vom Inverter 32 kommenden Spannungssprung negativen Sinnes wieder zurückkippen. Dadurch erscheint am Ausgang 40 ein durch eine Zeit von T_Q dauernder Spannungsimpuls und der Schalter 37 schaltet die Entlade-Referenzspannung +U_R auf diese Weise für die Zeit T₀ auf den Widerstand 25 des Integrators. Mit Rücksicht darauf, daß die entladenden Referenzspannungen -ÜV, und-SJp betreffend ihres absoluten Wertes miteinander übereinstimmen, ist zu dem auf die positive und negative Eingangsspannung bezogenen gleichen tJbertragungsfaktor der Widerstand 25 ebenso groß als der Widerstand 24-,

Im Falle eines positiven Linearitätsfehlers erscheint also am Ausgang 40 des Spannungs-Frequenzumformers 39 die mit der Impulsreihe u- von der Frequenz f-^ synchrone Impulsreihe, deren Frequenz f^ ist und mit dem Produkt der Frequenz f^ und dem zugeordneten relativen Linearitätsfehler h übereinstimmt. Diese Impulsreihe gelangt in die Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung 5.0·

Die Impulsreihen-Addiervorrichtung 44 führt die Addierung der Impulsreihen u^. von der Frequenz f, und der Impulsreihen Ug von der Frequenz f^ aus. Zufolge der Synchronität der Impulsreihen u^ und Ug kann die Impulsreihen-Addiervorrichtung einen einfachen Aufbau haben. Der monostabile Multivibrator 43 kippt auf die Wirkung der auf die Kondensatoren 41 und 42 einlangenden Spannungssprnnge von negativem Sinn für eine kürzere Zeit als T. in den quasistabilen Zustand. Die am Ausgang 45 erscheinende, eine der Summe der Frequenzen der Impulsreihen U/. und u^- übereinstimmende durchschnittliche Frequenz besitzende Impulsreihe gelangt über die Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung 50 auf die Klemme 7· Der in der Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung 50 befindliche, durch SpannungsSprünge negativen Sinnes dynamisch steuerbare bistabile Multivibrator 46 wird durch den aus der Impulsreihen-Addiervorrichtung 44 einlangenden ersten

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ORIGINAL INSPECTEO

Impuls über das Verzögerungselement 49 in einen solchen Zustand gekippt, daß auf den Eingang 47 des UND-Tores 48 ein zulassendes Spannungsniveau gelangt. Da am Ausgang des Spannungs-Frequenzumformers 40 jetzt.keine Impulsreihe einläuft, "bleibt dieser Zustand auch erhalten. So werden die am Ausgang 45 der Impulsreihen-Addiervorrichtung 44 erseheinenden Impulse durch das UND-Tor 48 ungeändert hindurchgehen und an der Klemme 7 erscheinen.

Im Falle eines positiven Lxnearitatsfehlers erscheint am Ausgang 6 des Spannungs-Frequenz-Umformers 39 keine Impulsreihe. In diesem Fall erscheint am Ausgang 40 die die Frequenz f-^ besitzende, eine mit der Impulsreihe U_x, synchrone Impulsreihe und gelangt in die Impulsreihen-Subtrahier-Vorrichtung 50. Es gelangt weiter in dieselbe Vorrichtung die aus der Impulsreihe u,. durch den monostabilen Multivibrator umgeformte Impulsreihe von der Frequenz f^. Sobald am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umformers ein Impuls erscheint, wird dessen Spannungssprung negativen Sinnes den bistabilen Multivibrator 46 umkippen, wodurch auf den Eingang des UND-Tores ein verneinendes Spannungsniveau gelangt. Demzufolge kann der nächste Impuls der vom Ausgang 45 der Impulsreihen-Addiervorrichtung 44 einlangenden Impulsreihe von der Frequenz f·^ nicht auf die Klemme 7 gelangen, aber der negative Spannungssprung desselben - der Rücken des Impulses - kippt zufolge der Wirkung des Verzögerungselementes 49 den bistabilen Multivibrator in seinen anderen Zustand zurück, in welchem auf den Eingang 47 des UND-Tores 48 ein zulassendes Spannungsniveau gelangt. So können die vom Ausgang 45 kommenden weiteren Impulse bereits so lange zur Klemme 7 weitergehen, bis an dem Ausgang 40 des Spannungs-Frequenz-Umformers 39 kein neuerer Impuls erscheint, der den bistabilen Multivibrator umkipp-6 und sich der vorbeschriebene Vorgang wiederholt. Zur Sicherung der richtigen Reihenfolge der an die beiden Eingänge des

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bistabilen Multivibrators 46 gelangenden Spannungssprünge negativen Sinnes ist die quasistabile Zeit und die 'Verzögerungszeitdauer des Verzögerungselementes zusammen kürzer als die Zeitdauer der am Ausgang 40 des Spannungs-Frequenz-Umformers 39 einlangenden synchronen Impulse T .

Im Falle eines jeden am Ausgang 40 des Spannungs-Frequenz-Umformers 39 erscheinenden neuen Impulses gelangt der von der Klemme 1 über die Impulsreihen-Addiervorrichtung einlangende nächste Impuls nicht an die Klemme 7· So wird an der Klemme 7, im Falle eines positiven Linearitätsfehlers, eine mit der Differenz der Frequenz f·^ der am Ausgang 45 der Impulsreihen-Addiervorrichtung 44 erscheinenden Impulsreihe und der Frequenz 39 ärscheinenden Impulsreihe übereinstimmende durchschnittliche Frequenz erscheinen.

Die an der Klemme 7 erscheinende, mit der Summe oder der Differenz der Impulsreihen f. und f, übereinstimmende Impulsreihe von durchschnittlichem Wert wird in die die Information verarbeitende Elektronik eingespeist.

Fig. 9 zeigt eine kleinere Änderung der in Fig. 8 dargestellten Ausführuriprsfo-rm, die für den häufig vorkommenden Fall, wenn zur Frequenz Null f_fe der relative Linearitätsfehler h gehört oder dieser Wert zugeordnet werden kann, eine einfachere Alternative bedeutet. Durch den zwischen der Ausgangsklemme des die Gleichspannung abtrennenden Netzes 11 unö . dem Funktionsumformer 17 vorgeschalteten Gleichrichter 51 folgt auf den Funktionsumformer 17 unmittelbar die Pegeleinstellvorrichtung und der durch den monostabilen Multivibrator 8 gesteuerte Schalter 18 wird überflüssig. Jene Aufgabe dieses Schalters 18, wonach derselbe im quasistabilen.Zustand des monostabilen Multivibrators 8 die Eingangsklemme 4 der Pegeleinstellvorrichtung 22 auf das Spannungsniveau Null schaltet,

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wird durch den Gleichrichter 51 versehen, der von der an der Klemme 3 befindlichen Spannung u, nur die während den stabilen Zuständen des monostabilen Multivibrators auftretende positive Spannung hindurchläßt und die während den quasistabilen Zuständen auftretenden negativen Spannungen abtrennt, wobei dann auf den Eingang des Funktionsumformers 17 das Nullspannungsniveau kommt. Demzufolge erscheint dann auch am Ausgang des Funktionsumformers 17, also auch an der Klemme 4· das Spannungsniveau Null.

In Fig. 9 wird eine andere Alternative der zu dem allgemeinen Fall h = h/f, / gehörigen Schaltanordnung dargelegt, bei welcher der durch den monostabilen Multivibrator gesteuerte Schalter 18/a den Referenzeingang -LU des Funktionsumformers 17 bildet. Falls der Linearitätsfehler des Meßumformers sein Vorzeichen nicht wechselt, wird entsprechend dem positiven oder negativen Vorzeichen des Meßfehlers die Impulsreihen-Addiervorrichtung 44- oder die Impulsreihen-Subtrahiervorrichtung 50 weggelassen. In diesem Falle muß auch der Spannungs-Frequenz-Umformer 39 nur auf die entsprechend dem Vorzeichen des Linearitätsfehlers entsprechende Polarität der Eingangsspannung tätig sein, also entweder kann das Tor 28, der bistabile Multivibrator 34-, der Schalter 36 oder das Tor 29, der bistabile Multivibrator 35■, und der Schalter wegbleiben. '

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Claims

Patentansprüche

Schaltanordnung zur Verringerung des Linearitätsfehlers von Frequenzsignale gebenden Meßwandlern die einen Funktionsumformer, einen Spannungs-Frequenz-Umformer, weiter im Ausgang des letzteren und eine im Ausgang des Meßwandlers vorgesehene Impulsreihen-Addiervorrichtung und/oder eine Impulsreihen-Subtrahiervorrichturig aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe einen mit dem Ausgang (1) des Meßwandlers einen identischen Eingang besitzenden monostabilen Multivibrator (8), ein daran angeschlossenes, Gleichspannung abtrennendes Netz (11), einen durch den monostabilen Multivibrator gesteuerten Schalter (18) sowie eine Pegeleinstellvorrichtung (22) besitzt, wobei der Funktions-Umformer (17) und die Pegeleinstellvorrichtung (22) zwischen dem Gleichspannung abtrennenden Netz (11) und 'dem Spannungs-Frequenz-Umformer (39) vorgesehen ist und der durch den mono stabilen .Multivibrator gesteuerte Schal-, ter (18,18a) den Referenzeingang des Funktionsumformers (17) oder den Eingang der Pegeleinstellvorrichtung (22) bildet, schließlich am Eingang des Funktionsumformers (17) D© nach Notwendigkeit ein Gleichrichter (51) vorgesehen ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Nullfrequenzzeichen des zum Meßwandler gehörigen oder zugeordneten, im Falle eines Linearitätsfehlers von Null hinter dem Ausgang (3) des Gleichspannung abtrennenden Netzes (11) ein Gleichrichter (51) vorgesehen ist, der den Ausgang des Funktionsumformers (17) mit dem Eingang (4-) der Pegeleinstellvorrichtung (22) identisch ist und daß sich der Referenzeingang des Funktionsumformers (17) an die.Referenzspannungsquelle anschließt.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2,zur Synchronisierung des Ausgangsfrequenzsignals des Spannungs-Frequenz-Umformers mit dem Ausgangsfrequenzsignal des Meßwandlers, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (38) des Impulsgenerators und der Ausgang (2) des monostabilen Multivibrators (8) identisch sind. 00 9 8 47/ 137 A

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