DE2059115C3

DE2059115C3 - Einrichtung zum Messen nichtelektrischer Größen

Info

Publication number: DE2059115C3
Application number: DE19702059115
Authority: DE
Inventors: Mark losifowitsch; Ewtuchow Aleksandr Nikolaewitsch; Moskau Lewin
Original assignee: Moskowskij Ordena Lenina Energetitscheskij Institut, Moskau
Filing date: 1970-12-01
Publication date: 1977-11-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen nichtelektrischer Größen und kann in Anlagen zur Datenerfassung und -verarbeitung sowie in Steuermaschinen verwendet werden.

Es sind Einrichtungen zum Messen nichtelektrischer Größen bekannt, bei denen ein Geber nichtelektrischer Größen, der diese in elektrische Signale umsetzt, über einen Gleichrichter und ein Filter mit einem Schalter einer Widerstandsmatrix steuernden Nullorgan verbunden ist. Diese Matrix ist an den Ausgang einer Folgeschaltung für Abweichungen der Speisespannung des Gebers und an einen zweiten Eingang des Nullorgans zur Sicherung der Gleichheit zwischen der Ausgangsspannung der Matrix und der Spannung des Gebers angeschlossen (vgl. z. B. F. E. T e m η i k ο w und 1. M. Schönbrot, »Maschinen und Systeme zentralisierter Kontrolle«, Moskau, 1964).

Den bekannten Einrichtungen haftet der Mangel an, daß ihre Arbeitsgeschwindigkeit gering ist. Das hängt mit der Trägheit des Filters am Ausgang des Gleichrichters einer dem Geber entnommenen Wechselspannung zusammen. Es ist bekannt, daß für derartige Einrichtungen folgende Beziehung gilt: Je höher die Zeitkonstante des Filters ist, desto geringer ist der Pegel der Spannungswelligkeit an dessen Ausgang und desto höher also die Meßgenauigkeit. Bei einer großen ZeitkoRstante der Filter wird aber die Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung wesentlich verringert, was die Geschwindigkeit der Abtastung der Geber in den Steuermaschinen beträchtlich herabsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Mangel zu überwinden und eine derartige Einrichtung zum Messen nichtelektrischer Größen zu schaffen, die eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zum Messen nichtelektrischer Größen, bei der ein Geber nichtelektrischer Größen, der diese in elektrische Signale umsetzt, mit einem ersten Eingang eines Nullorgans verbunden ist, das Schalter einer Matrix aus Widerständen steuert, die an den Ausgang einer Folgeschaltung zur Verfolgung von Abweichungen der Speisespannung des Gebers und an einen zweiten Eingang des Nullorgans zur Sicherung einer Gleichheit zwischen der Ausgangsspannung der Matrix und der Spannung des Gebers angeschlossen ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Ausgang des Gebers niclitelektrischer Größen und der Folgeschaltung für Abweichungen der Speisespannung des Gebers über synchron gesteuerte Schalter Integrierer angeschlossen sind, wobei der Ausgang des mit dem Geber verbundenen Integrierers mit einem Eingang des Nullorgans und der Ausschaltung des anderen Integrierers mit dem Eingang der Matrix aus Widerständen gekoppelt ist.

Demgegenüber ist es lediglich noch bekanntgeworden (vgl. DT-Zeitschrift Elektronik, 1968, Heft 2, S. 39, 40), bei analog-digitalen Stufenumsetzern, nämlich Spannungs-Frequenz-Umsetzern, mittels eines sog. Miller-Integrators das Integral über eine definierte Meßzeit zu bilden. Dabei können der Meßgröße hohe Stürspannungsbeträge in Form von Wechselspannungen und Rauschen überlagert sein. Allerdings wird in derselben Literaturstelle in Zusammenhang mit der Stufenumsetzung, die auch bei dauernd anstehender Meßgröße nur deren Augenblickswert zum Zeitpunkt der Umsetzung erfaßt, wobei ebenfalls der Meßspannung überlagerte Störspannungen auftreten können, das Vorschalten von Filtern zur Stördämpfung angegeben, die aber die Meßzeit verlängern bzw. die maximale Meßfolge verringern.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels,

F i g. 2a, b, c, d, e und f Zeitdiagramme, die die Arbeitsweise der Einrichtung veranschaulichen.

Die Einrichtung zum Messen nichtelektrischer Größen enthält einen Geber 1 (Fig. 1) nichtelektrischer Größen und eine Folgeschaltung 2 für die Verfolgung von Abweichungen der Speisespannung des Gebers 1, mit deren Ausgang eine Schalter 5 zur Umschaltung von Widerständen 4 aufweisende Matrix 3 aus den Widerständen 4 verbunden ist.

Die Einrichtung weist zwei Integrierer 6 und 7 auf, die über synchron steuerbare Schalter 8 und 9 an den Ausgang des Gebers 1 bzw. der Folgeschaltung 2 angeschlossen sind. Die Integrierer 6 und 7 enthalten Gleichstromverstärker mit Eingangswiderständen 10 und 11 und Kondensatoren 12 und 13 im Rückkopplungszweig mit Entladeelementen 14 und 15. Der Ausgang des Integrierers 6 ist mit einem ersten Eingang eines Nullorgans 16 gekoppelt, an dessen zweiten Eingang die Matrix 3 angeschlossen ist. Der Ausgang des Integrierers 7 ist mit dem Eingang der Widerstandsmatrix 3 verbunden.

Der Ausgang des Nullorgans 16 ist an eine Einheit 17 zur automatischen Steuerung der Einrichtung angeschlossen, die die Umschaltung aller Bauelemente sowie die Schalter 8 und 9 während des Meßvorganges in einer weiter unten bei der Beschreibung des Betriebs der Einrichtung dargestellten Weise steuert.

Der Geber 1 nichtelektrischer Größen kann beliebig, insbesondere wie in der Zeichnung angedeutet, als ein Induktionsgeber ausgeführt sein und zum Messen von Druck, Temperatur, Winkel- und linearer Verschiebung sowie von anderen Parametern technologischer Prozesse eingesetzt werden. Die Folgeschaltung 2 ist analog dem Geber 1 ausgeführt.

Die Einrichtung zum Messen nichtelektrischer Größen arbeitet wie folgt:

Der Geber 1 und die Folgeschaltung 2 werden durch einen Wechselstrom gespeist, der sich zeitlich gemäß der Beziehung:

i = I cos ω ί

ändert, mit

/ = AmplitudenweH des Stroms im Speisekreis des Gebers 1,

_ω = Frequenz des Speisestroms des Gebers 1 und
t = Zeit.

Bei Änderung irgendeines Parameters des technologischen Prozesses entsteht am Ausgang des Gebers 1 eine Spannung (F i g. 2a):

IO

= — M₁ j- =

/ M₁ sin

Die Spannung am Ausgang der Folgeschallung 2 beträgt dabei:

■=5

₀ —- = / M₀ sin οι r,

— = Differentialquotient nach der Zeil
d/

M₁ = Gegeninduktivität zwischen den Geberwicklungen,

/W₀ = Gegeninduktivät zwischen den Wicklungen der Folgeschaltung;

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wobei Mi = var. und M₀ = const, ist.

Die Spannung u₀ wird einem der Eingänge der Einheit 17 zur automatischen Steuerung zugeführt. Der andere Eingang der Einheit 17 ist mit dem Ausgang des Nullorgans 16 gekoppelt.

Im Zeitpunkt f₀ sind die Spannungen u und uo gleich Null, und von der Einheit 17 kommt ein Befehl (F i g. 2b) zum Schließen der Schalter 8 und 9, die die Ausgänge der Integrierer 6 und 7 an die Ausgänge des Gebers 1 bzw. der Folgeschaltung 2 anschließen.

Von to bis fi werden den Eingängen dv.r lintegrierer 6 und 7 die Spannungen u und uo zugeführt, und im 50 _wobei Zeitpunkt fi werden an den Ausgängen der Integrierer 6 und 7 die Spannungen u\ (F i g. 2c) und ui erzeugt; ansteigende Spannung uj (F i g. 2c) erzeugt, die dem Nullorgan 16 zugeführt und mit der Ausgangsspannung Ui ues Integrierers 6 verglichen wird.

Die Befehle (F i g. 2d) zur Ausführung des Vergleichs (Division) von uj mit ui werden in der Einheit 17 zur automatischen Steuerung im Zeitintervall von ti bis f2 erzeugt.

Im Zeitpunkt ti kommt von der Einheit 17 ein Befehl, und es beginnt eine Vergleichsoperation, und im Zeitpunkt t2 kommt von derselben Einheit 17 ein Befehl zur Beendigung des Vergleichs.

Im Zeitpunkt t\' < t₂ wird mit einer durch die Empfindlichkeitsschwelle des Nullorgans 16 bestimmten Genauigkeit die Gleichung

U3 = Ui

erfüllt.

Das Nullorgan 16 spricht an und sendet zur Einheit 17 zur automatischen Steuerung einen Steuerimpuls, der ein Anhalten der Schalter 5 in der Stellung bewirkt, die zum Zeitpunkt fi vorlag. Bekanntlich entspricht der Stellung der Schalter 5 eindeutig ein Code N, der durch die Gleichung

R _Kr

^U3 ⁼ ^Ul ΊΓ Ν

vorgegeben wird, mit

R = Widerstandswert des Summierwiderstands 18, Ro = Widerstandswert einer Stelle bzw. Spalte der

Matrix 3,
N = Stellen- bzw. Spaltenzahl der Matrix 3, wobei R, Ro = const, sind.

Mit Rücksicht auf die Gleichung U3 = ui erhält man einen neuen Ausdruck für den mit Hilfe der Schalter 5 der Matrix 3 ausgewählten Code N.

Code N = ^ · -i .

Durch einfache Umformungen erhält die vorhergehende Gleichung die Form

- - / o. M₁ A_x ^J- -■·- = BAi₁ .

~- / 01 M₀/4,

."T

A, M_n

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= ~ / M₁ A₁

u, = / M₀ A-,,

wobei A\ und Ai Proportionalitätsfaktoren sind.

Die Spannungen U\ und Ui werden durch die Kondensatoren 12 und 13 gespeichert.

Im Zeitpunkt f> kommt von der Einheit 17 in die Matrix 3 ein Befehl zum aufeinanderfolgenden Schließen der Schalter 5, mit deren Hilfe in der Matrix 3 ein aus den Widerständen 4 und einem Summierwiderstand 18bestehender Stromkreis geschlossen wird.
Am Summierwiderstand 18 wird eine stufenweise ein Proportionalitätsfakior ist.

Im Zeitpunkt ί₂>ίι' kommt von der Einheit 17 zur automatischen Steuerung ein Lesebefehl (F i g. 2e) für den Code /V, der in die Steuermaschine gelangt. Das Auslesen hört im Zeitpunkt ί j auf.

In demselben Zeitpunkt kommt von der Einheit 17 zur automatischen Steuerung ein Befehl (F i g. 2f) zum Öffnen der Schalter 5 und Schließen der Entladeelemente 14, 15. Die Speicherkondensatoren 12, 13 der Integricrcr 6,7 werden entladen (F i g. 2c). Im Zeitpunkt f₄ werden die Entladeelemente 14,15 abgeschaltet, und die Umsetzung wird beendet. In der darauffolgenden Zeitperiode verläuft der gesamte Arbeitsvorgang des Umsetzens analog. Zum Ein- und Ausschalten der

Einrichtung kommt in die Einheit 17 zur automatischen Steuerung über Schienen 19 und 20 ein Start- bzw. Stoppbefehl.

Die Zeit eines vollen Meßzyklus ist also gleich einer Periode des Speisestroms des Gebers 1. In den bestehenden Einrichtungen ist die Meßzeit bei Speisung des Gebers durch einen sinusförmigen Wechselstrom gleich 6—10 Perioden. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einem Integrierer als Speicherelement haben die Meß- und Bezugsspannungen keine Welligkeit, so daß ein durch Welligkeit am Ausgang der Filter bedingter Meßfehler ausgeschlossen wird. Die Geber können durch Impulse beliebiger Form (Sägezahn-, Rechteckimpulse usw.) und mit einem großen Impulspauseverhältnis gespeist werden. Hierdurch werden Arbeitsgeschwindigkeit und Empfindlichkeit erhöht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zum Messen nichtelektris> .>■ Größen, bei der ein Geber nichtelektrischer G reißen, der diese in elektrische Signale umsetzt, mit einem ersten Eingang eines Nullorgans verbunden ist, das Schalter einer Matrix aus Widerständen steuert, die an den Ausgang einer Folgeschaltung zur Verfolgung von Abweichungen der Speisespannung des Gebers und an einen zweiten Eingang des Nullorgans zur Sicherung einer Gleichheit zwischen der Ausgangsspannung der Matrix und der Spannung des Gebers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Gebers (1) nichtelektrischer Größen und der Folgeschaltung (2) für Abweichungen der Speisespannung des Gebers (1) über synchron gesteuerte Schalter (8, 9) Integrierer (6, 7) angeschlossen sind, wobei der Ausgang des mit dem Geber (1) verbundenen Integrierers (6) mit einem Eingang des Nullorgans (16) und der Ausgang des anderen Integrierers (7) mit dem Eingang der Matrix (3) aus Widerständen (4) gekoppelt ist.

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