DE2123805A1

DE2123805A1 - Verfahren, das eine Betriebskennlinie einer Meßanordnung abschnittsweise in eine vorgegebene Richtung versetzt, und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2123805A1
Application number: DE19712123805
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 5990 Altena; Weißig Rainer 5860 Iserlohn Girle
Original assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Current assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Priority date: 1971-05-13
Filing date: 1971-05-13
Publication date: 1972-11-23
Also published as: FR2139525A5; DE2123805B2

Description

Graetz Kommanditgesellschaft

Altena 2123905

H.D.Girle - R.Weißig 15 - 1 ·

Verfahren j das eine Betriebskennlinie einer Meßanordnung abschnittsweise in eine vorgegebene Richtung versetzt, und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das zur Herstellung einer vorgegebenen, insbesondere einer linearen Beziehung zwischen dem Betrag einer zu messenden physikalischen Größe und dem Betrag einer die phy- j sikalische Größe darstellenden Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße einer Meßanordnung, die zwischen einem physikalisch-elektrischen Wandler und einer Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung eine Ausgleichsanordnung enthält, eine die Beziehung zwischen dein Betrag einer Ein- " flußgröße auf den physikalisch-elektrischen Wandler und dem Betrag der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße bei einer - Grundeinstellung der Ausgleichsanordnung kennzeichnende^ Betriebskennlinie durch sprunghaftes Verändern der Einstellung der Ausgleichsanordnung mit Hilfe einer die Betriebskennlinie abtastenden Anordnung abschnittsweise -in eine vorgegebene Richtung, insbesondere in die Richtung einer durch den Nullpunkt des das Kennlinienfeld begrenzenden Achsenkreuzes gehenden Gerade versetzt. peSndert gom

ara „

In der Meßtechnik werden zur Messung physikalischer Größen eines physikalischen Feldes, beispielsweise eines Strahlungsfeldes, oder eines physikalischen Zustandes in vielen Fällen Meßwandler verwendet, (j die den Betrar, der physikalischen Größe in eine elektrisch meßbare Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung, entsprechenden Betrages umwandeln. Die Umwandlungseigenschaft eines derartigen physikalisch-elektrischen Wandlers läßt sich in einer Kennlinie beschreiben, die in einem zweiachsigen Koordinatenfeld die Abhängigkeit des Betrages der elektrischen Ausgangsgröße des Wandlers vom Betrag der auf den Wandler einwirkenden physikalischen Größe (Einflußgröße) darstellt. Diese Wandler-Kennlinie hat meist nicht den gewünschten oder anforderten Verlauf. Auch auf dem Übertragungsweg zwischen dem physikalisch-elektrischen Wandler und der Anzeige- und/oder Auswertevorrichtun/-: treten oft weitere Veränderungen in der Abhängigkeit des Betrages -ier zu übertragenden Größe auf. Schließlich verändert die

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Anzeige- und/oder die Auswertevorrichtung bei der Wandlung der übertragenen .Größe in die Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße das .Betragsverhältnis oft ebenfalls in ungewürischter Richtung. .-..-'

Um der Betriebskennlinie, die aus dem Zusammenwirken der Meßwandlerkennlinie, der-Übertragungskennlinie und der Anzeige- oder Auswerterkennlinie einer Meßanordnung entsteht, einen vorgegebenen Verlauf zu geben, ist es notwendig, wenigstens eine der Kennlinien derartig zu verändern, daß die vorgegebene Beziehung zwischen dem Betrag der zu messenden Größe und dem Betrag der Anzeigegröße hergestellt wird.

Aus der deutschen Patentschrift 886 633 ist ein Meßgerät zur Messung der Dichte fotografischer Filme bekannt, in dem die Filmdichte auf einer Skala mit einer vorgegebenen, beispielsweise linearen Teilung der Filmdichteeinheiten angezeigt wird. Das den Film durchdringende Licht erzeugt in einer Fotoröhre des bekannten Meßgerätes einen Gleichstrom, der in einem der Fotoröhre nachgeschalteten Funktionsverstärker in eine zur Fotodichte lineare Gleichspannung umgewandelt wird. Um den vorgegebenen, insbesondere linearen Verlauf der Betriebskennlinie des bekannten Meßgerätes herzustellen, ist zwischen dessen aus der Fotoröhre und dem Funktionsverstärker gebildeten Wandler und dem Anzeigeinstrument ein Spannungsteiler vorgesehen, der mehrere parallel zum Anzeigeinstrument schaltbare Nebenwiderstände enthält. In dem in dem bekannten Meßgerät angewandten Verfahren werden die liebenwiderstände abhängig vom Betrag der vom Funktionsverstärker gelieferten Gleichspannung mit Hilfe von in den Nebenwiderstandszweigen liegenden Schaltdioden parallel zum Meßgerät geschaltet. Dadurch ändert sich stufenweise die Übertragungskennlinie in dem bekannten Meßgerät.

Dieses Verfahren des Kennlinienausgleiches in dem bekannten Meßgerät ist jedoch nur bei der Übertragung der elektrischen Größen von Analogsignalen anwendbar. Da in vielen Meßanordnungen die Meßgrößen in B'orm von Schwingungen und Impulsfolgen übertrafen werden und eine anschließende, insbesondere digitale Auswertung eine vorgegebene, meist lineare Kennlinie verlangen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Übertragungsgrößen, deren Betrag durch die Menge von übertragenen Signalen dargestellt wird, ein entsprechendes Verfahren und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens zu finden.

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ORIGINAL INSPECTED

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom Betrag der zu messenden physikalischen Größe abhängige Schwingfrequenz bzw. die über eine vorgegebene Zeit gemittelte Impulsfolgefrequenz der unter der Einwirkung der Einflußgröße im physikalisch elektrischen Wandler erzeugten Schwingungen oder Impulse in eine andere, insbesondere niedere, zu der vom physikalisch-elektrischen Wandler erzeugten Meßfrequenz in einem vorgegebenen Verhältnis stehenden Frequenz gewandelt wird und daß das Wandlungsverhältnis zwischen der gewandelten Frequenz und der Meßfrequenz in der Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf einer Betriebskennlinie, die den Zusammenhang zwischen dem Betrag der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße bei der Grundeinstellung der Ausgleichsanordnung und dem Betrag der zu messenden Größe darstellt,.oder einer anderen zu dem Betrag der Einflußgröße oder zu messenden Größe in eindeutigem Zusam- f menhang stehenden Vergleichskennlinie der Meßanordnung derart stufenweise eingestellt wird, daß der Betrag der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße innerhalb eines zugelassenen Toleranzfeldes einer vorgegebenen, insbesondere geradlinig verlaufenden Betriebskennlinie liegt. geändert gernSS3 Elnoab©

eingegangen asn „.

Der Wandlungsverhältnisfaktor, d.h. der Verhältnisfaktor der Wandlungsverhältniszahlen zweier benachbarter Kennlinienabschnitte der effektiven Betriebskennlinie der Meßanordnung ist nicht größer als der Faktor (l+e)/(l-e) bzw. nicht kleiner als der Faktor (l-e)/(l+e), wenn e = &Y/Y die zulässige relative Abweichung der Anzeige- und/ oder Verarbeitungsgröße von der vorgegebenen Betriebskennlinie für die Meßanordnung an der Trennstelle der beiden benachbarten Kennlinienabschnitte ist.

Zur Durchführung des Verfahrens in einer Meßanordnung ist die Ausgleichsanordnung gemäß der Erfindung ein Frequenzwandler mit mehr als einem wählbaren Wandlungsverhältnis. Die Wahl des Wandlungsverhältnisses wird von der Abtastanordnung bestimmt.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Frequenzwandler als rückstellbarer digitaler Zähler ausgebildet. Die Verhältniszahl eines mit dem digitalen Zähler erzeugten Wandlungsverhältnisses ist durch die in diesem digitalen Zähler zwischen des-

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sen Anfangseinstellung und dessen Ausgabeeinstellung eingestellte Anzahl Zählschritte bestimmt.

Aus der Strahlungsmeßtechnik sind Meßgeräte bekannt (z.B. Zeitschrift "Nuclear Instruments and Methods" Bd. 54, 1967, Nr. 1, S. 137, 138), die vor der Anzeigevorrichtung einen rückstellbaren digitalen Zähler enthalten, dessen Anzahl Zählschritte einstellbar ist. Der Zähler hat jedoch in den bekannten Meßgeräten nicht die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Anzeige*- betrag und dem Betrag der Einflußgröße herzustellen, sondern die völlig andersartige Aufgabe, die Zählrate an die 'Verarbeitungseigenschaften der Anzeigevorrichtung anzupassen.

Ein derartiger Anpassungszähler kann jedoch in besonders vorteilhafter Weise gleichzeitig zum Ausgleich des Verlaufes der Betriebskennlinie gemäß dem Verfahren der Erfindung mitbenutzt werden.

Weitere Einzelheiten des Verfahrens und der Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens und die daraus resultierenden Vorteile werden nach folgend anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 Bestandteile einer Meßanordnung, in der das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird.

Figur 2 Betriebskennlinien einer derartigen Meßanordnung

Figur 3 und 4 zwei vorteilhafte erfindungsgemäße Ausbildungen von Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens

Figur 5 und 6 zwei Ausführungsbeispiele zu den Anordnungen der Figuren 3 und ¹I.

In Figur 1 ist eine Meßanordnung im Prinzip dargestellt, in der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird. Der Pfeil 1 deutet eine Einflußgröße 1 eines physikalischen Feldes 2 oder eines physikalischen Zustandes an, die auf einen physikalisch-elektrischen Wandler 3 ein- ·

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wirkt. Weitere Bestandteile der Meßanordnung sind eine Ausgleichsanordnung 4, eine Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung 5 und eine Abtastanordnung 6. Die Einflußgröße 1 kann entweder die zu messende Größe selbst sein, beispielsweise die Dosisleistung eines ionisierenden Strahlungsfeldes, sie kann aber auch eine Zwischengröße sein, die in einem eindeutig funktionalen Zusammenhang mit der zu messenden Größe steht. So z.B. ist die Strahlungsdosisleistung eindeutig.abhängig von der zu messenden Wandstärke eines Materials, das mit Röntgenstrahlen durchstrahlt wird.

Unter der Einwirkung der Einflußgröße 1 erzeugt der Wandler 3 Schwingungen oder eine Folge von Impulsen, deren Frequenz bzw. deren über eine vorgegebene Zeit gemittelte Folgefrequenz vom Betrag der Einflußgröße abhängen. Der Zusammenhang der Frequenz mit dem Betrag der Einflußgröße wird in einer Kennlinie des Wandlers 3 grafisch dargestellt. Ist die Einflußgröße 1 gleichzeitig die zu messende Größe und tritt in der Meßanordnung weder bei der übertragung der Meßgrösse noch bei der Umwandlung in die Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße eine Frequenzverwerfung auf, dann entspricht in der Grundeinstellung der Ausgleichsanordnung 4 die in Figur 2 dargestellte nicht ausgeglichene Betriebskennlinie 7 der Meßanordnung gleichzeitig der Wandlerkennlinie.

Der Verlauf der unausgeglichenen Betriebskennlinie 7 hat jedoch vielfach nicht den von der Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung geforderten Verlauf 8, der insbesondere bei der digitalen Auswertung impulsförmiger Übertragungsgrößen linear sein muß und beispielsweise den in Figur 2 durch eine Gerade (8) dargestellten Verlauf einnehmen soll.

Da auch die ausgeglichene Betriebskennlinie 9 nur eine Annäherung an die vorgegebene Betriebskennlinie 8 sein kann, ist um die vorgegebene Betriebskennlinie 8 ein zulässiges Toleranzfeld 10 vorgesehen, das von den Toleranzgrenzlinien 11 und 12 - im dargestellten Beispiel sind das die Geraden 11 und 12 - abgegrenzt ist. Innerhalb der Grenzen dieses Toleranzfeldes 10 darf sich die ausgeglichene Betriebskennlinie 9 bewegen.

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In dem Kennlinienfeld der Figur 2 stellt die Abszisse die Skala der Beträge |X|der zu messenden Größe X dar, während auf der Ordinatenaehse die Skala der Beträge jY|der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße Y abgebildet ist. Die zulässige Abweichung der Anzeigegröße Y von der vorgegebenen Betriebskennlinie 8 beträgt im Toleranzfeld jeweils e = Λ Y/ Y.

Die Grundeinstellung der Ausgleichsanordnung wird nun derart vorgenommen, daß die durch diese Grundeinstellung bestimmte, nicht ausgeglichene Betriebskennlinie 7 der Meßanordnung möglichst lange innerhalb des Toleranzfeldes 10 der vorgegebenen Betriebskennlinie 8 verläuft. Ohne Kennlinienausgleich ist der Meßumfang der Meßanordnung auf diesen Abschnitt I der Kennlinie 7 beschränkt. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auch die folgenden Abschnitte II, III usw. für die Messung ausgenutzt. Dazu wird in der Ausgleichsanordnung dann, wenn der Arbeitspunkt A der Meßanordnung auf der nicht ausgeglichenen Kennlinie 7 im Kennlinienpunkt 13 das Toleranzfeld IO zu verlassen droht, das Frequenzwandlungsverhältnis derart geändert, daß der Arbeitspunkt vom Kennlinienpunkt 13 auf der einen Begrenzungslinie 12 des Toleranzfeldes parallel zur Y-Achse in den Punkt I3H auf der anderen Begrenzungslinie 11 des Toleranzfeldes verschoben wird. Der Arbeitspunkt A der Meßanordnung auf einer Kennlinie ist der Punkt auf dieser Kennlinie, der dem Betrag der zur Zeit der Betrachtung auf den physikalisch-elektrischen Wandler einwirkenden Einflußgröße zugeordnet ist. Bei weiterer Zunahme des Betrages JX|der zu messenden Größe X zwischen den Beträgen |Xl| und JX2| (Abschnitt II) verläuft der Arbeitspunkt A der Meßanordnung entsprechend dem neuen Wandlungsverhältnis V-j-γ auf dem Kennlinienabschnitt 9^·*-» bis dieser beim Betrag 'X2/ in Kennlinienpunkt 14II das Toleranzfeld 10 wieder zu verlassen droht. Gelangt der Arbeit spunkt in den Kennlinienpunkt 14H, wird das Wandlun.p;sverhältnis in der Ausgleichsanordnung 4 erneut geändert und der Arbeitspunkt dabei in Lage l4HI verschoben. Auf diese Weise entsteht die aus den Kennlinienabschnitten 7I, 9¹¹J 9¹II, 9IV und den Verschiebeabschnitten 13 I3II, 14¹¹ - 14¹¹¹ und I5HI - 15^IV gebildete ausgeglichene Betriebskennlinie 9 innerhalb des Toleranzfeldes 10.

Bei zurückgehendem Betrag JXI der zu messenden Größe durchwandert der Arbeit spunkt A der Meßanordnung die ausgeglichene Betriebskennlinie in um-

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gekehrter Richtung und es treten die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Richtung auf.

Vielfach tritt bei der Rückänderung der Wandlungsverhältnisse eine Hysteresiserscheinung auf, nämlich daß die Rückänderung beispielsweise nicht im Kennlinienpunkt 15^ erfolgt, sondern erst bei einem etwas kleineren Betrag (X^) der zu messenden Größe im Kennlinienpunkt · 15b^Iv. Wie die Figur 2a, die einen Ausschnitt aus Figur 2 darstellt, verdeutlicht, erfolgt die Verschiebung des Kennlinienpunktes A bei der Abwärtswanderung erst beim Kennlinienpunkt 15b ^" des Kennlinienabschnittes 9^ in den Kennlinienpunkt 15b^^··^ des Kennlinienabschnittes 9"^^· Damit die ausgeglichene Betriebskennlinie 9 bei auftretender Hysteresis sowohl mit ihrem aufsteigenden Zweig als auch mit ihrem abwärtsgehenden Zweig innerhalb des Toleranzfeldes verbleibt, i kann für die Parallelverschiebung des Arbeitspunktes bzw. für die Änderung des V/andlungsverhältnisses nicht die ganze verfügbare Toleranzbreite /ΛΥ ausgenutzt werden, sondern nur die Strecke bis zum Punkt l₅a^IV.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ausgleichsanordnung 4 der Meßanordnung als Frequenzwandler ausgebildet, dessen Wandlungsverhältnis einstellbar ist. Die Einstellung des Wandlungsverhältnisses wird mit Hilfe der Abtastanordnung 6 vorgenommen. Die Abtastanordnung 6 stellt auf einer der Betriebskennlinien 7 oder 9 oder einer anderen mit der Betriebskennlinie in eindeutigem Zusammenhang stehenden Abtast-Kennlinie die Lage des Arbeitspunktes fest und veranlaßt beim übergang des Arbeitspunktes von einem Bereich (z.B.I) ä auf der Kennlinie in den Hachbarbereich (z.B.II) die Umschaltung des Wandlungsverhältnisses des Frequenzwandlers 4.

Für den Frequenzwandler 4 stehen mehrere Ausführungsformen zur Verfügung. Er kann beispielsweise so eingerichtet sein, daß für jedes Wandlungsverhältnis ein Ausgang vorgesehen ist. In Figur 3 ist eine Meßanordnung mit einem derartig ausgebildeten Frequenzwandler 4 dargestellt. An die Ausgänge 17, 18, 19 und 20 des Frequenzwandlers ist eine Auswählanordnung 21 angeschlossen, die von der Abtastanordnung 6 gesteuert wird. Je nach Lage des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf der abgetasteten Kennlinie stellt die Abtastanordnung 6 die Auswahlanordnung 21 so ein, daß der Frequenzwandlerausgang für dasjenige

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Wandlungsverhältnis, das dem gerade vom Arbeitspunkt belegten Abtastkennlinienabschnitt zugeordnet ist, mit der nachgeschalteten Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung 5 verbunden wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel des Frequenzwandlers 4 ist an die sem nur ein Eingang und ein Ausgang vorgesehen, während das Wandlungsverhältnis des Frequenzwandlers an einem weiteren Eingang einstellbar ist. Eine Meßanordnung mit einem derart ausgebildeten Frequenzwandler ist in Figur 4 dargestellt. Die Abtastanordnung 6 nimmt die von der Lage des Arbeitspunktes auf der abgetasteten Kennlinie abhängige Einstellung des Wandlungsverhältnisses mit Hilfe einer zwischen die Abtastanordnung und den Frequenzwandler geschalteten Vorwahlanordnung 22 vor, die aufgrund der entsprechenden Signale aus der Abtastanordnung 6 den zugehörigen Einstellvorgang für den Frequenzwandler ausführt .

Da in einer Meßanordnung, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur Erweiterung des Meßumfanges verwendet wird, die Meßinformation in Form von Impulsen oder Frequenzen vom physikalisch-elektrischen Wandler 3 zur Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung 5 übertragen werden, ist es besonders vorteilhaft, den Frequenzwandler h als digitalen Zähler auszubilden. Der digitale Zähler wirkt dann als Frequenzuntersetzer j dessen Frequenzuntersetzung zahlenmäßig gleich der Anzahl ζ der Zählschritte zwischen einer Anfangseinstellung und einer wirksamen Ausgabeeinstellung des Zählers ist. In der wirksamen Ausgabeeinstellung erzeugt der Zähler ein Ausgangssignal, das an die Anzeige- und/ oder Auswertevorrichtung 5 weitergeleitet wird und das gleichzeitig die Rückstellung des Zählers in die Anfangseinstellung veranlaßt.

In einer Meßanordnung nach Figur 3 hat der digitale Zähler 4 eine fest vorgegebene Anfangseinstellung, in die der Zähler jedesmal durch dessen wirksames Ausgangssignal zurückgestellt wird. Diese Anfangseinstellung muß nicht die Nulleinstellung des Zählers sein. Dagegen weist der Zähler mehrere vorgegebene Ausgabe-Einstellungen auf.

ßezogen auf das in Figur 2 dargestellffifBslBp-re-l^ist -atm Abschnitt 9^XV der ausgeglichenen Betriebskennlinie 9 die kleinste Untersetzung notwendig, wenn der Meßumfang der Meßanordnung maximal bis zum Betrag 'Xijj der zu messenden Größe X reichen soll. In diesem Fall wird bei der

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Zählung der Eingangsimpulse die erste Ausgabeeinstellung, der Beispielsweise der Ausgang 17 und die Anzahl ζ^ der Zählschritte entspricht, wirksam. Beim übergang des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf den Kennlinienabschnitt III der Kennlinie 9 wird die zweite Ausgabeeinstellung des Zählers 4 wirksam, d.h., die Auswahlanordnung 21 leitet erst bei der zweiten Ausgabeeinstellung ein Ausgangssignal über den Ausgang 18 weiter. Die zugehörige Anzahl ζ-^* Zählschritte ist höchstenfalls um den Faktor z^Ii:i:/z^IV = (1 + B₃)A(I - e^) höher als für den Nachbarabschnitt 9^IVj wenn e^ = .^ Y-,/Y-* die maximal zulässige relative Toleranzabweichung von der vorgegebenen Betriebskennlinie 8 beim übergang beim Betrag \Χ^\ ist. Entsprechendes gilt für die Kennlinienabschnitte 9¹¹ und 9¹.

In einer Meßanordnung nach Figur 4 hat der digitale Zähler 4 nur eine i Ausgabe-Einstellung, bei deren Einnahme der Zähler jedesmal ein Ausgangssignal erzeugt. Der Zähler läßt sich jedoch bei der Rückstellung in mehrere vorgegebene Anfangseinstellungen bringen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine nicht ausgeglichene Betriebskennlinie einer Meßanordnung durch beliebig oftmaliges Ändern des Wandlungsmaßstabes in jedes vorgegebene Toleranzfeld 10 (Figur 2) abbilden und damit jede beliebige vorgegebene Betriebskennlinie 8 durch eine Zickzackkennlinie 9 nachbilden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in allen Meßanordnungen anwendbar, die zwischen einem physikalisch-elektrischen Wandler 2 und einer Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung 5 den Meßwert in Form einer Impulsfolge oder einer vom ^ Meßwert abhängigen Frequenz übertragen. So ist beispielsweise das Ver- ™ fahren bei Fernübertragungen von Analogwerten, wie z.B. elektrischen Gleichspannungen oder Gleichströmen, anwendbar, bei denen die Analogwerte mit Hilfe von Analog-Frequenzwandlern in Wechsel- oder Impulsströme variabler Frequenzen umgewandelt werden und auch die nichtlinearen Abschnitte der Betriebskennlinie, insbesondere der Wandlerkennlinie, noch ausgenutzt werden sollen.

Den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen liegen Meßanordnungen zur Messung radioaktiver oder ionisierender Strahlungen zugrunde. Die Meßanordnung enthält einen Strahlungsdetektor 23, der unter der Einwirkung einer ionisierenden Strahlung 2 nadeiförmige Impulse erzeugt und der eine etwa in Figur 2 dargestellte Wandlerkennlinie

7 aufweist. Weiter sind in der Meßanordnung ein digitaler rückstellba-

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rer Zähler 24 und eine Anzeigevorrichtung 5 vorgesehen. Die Anzeigevorrichtung 5 zeigt beispielsweise den Betrag der vom Detektor 23 erfaßten Strahlungsdosis in deren physikalischen Einheit (z.B. in mirii-Röntgen "mR") in einer Folge von Ziffern optisch an. Ist die kleinste anzeigbare Dosiseinheit 10 mR, dann ist der als Dosisspeicher ausgebildete digitale Zähler 24 so eingestellt, daß er bei einer Anzahl Eingangsimpulse, die 10 mR entsprechen, ein Ausgangssignal abgibt. Der digitale Zähler 24 ist somit eine Anpaßanordnung des im Beispiel als Strahlungsdetektor 23 ausgebildeten physikalisch-elektrischen Wandlers 4 an die Anzeigevorrichtung 5. Er kann jedoch zusätzlich, ohne daß seine eigentliche Aufgabe gestört wird, als einstellbare Ausgleichsanordnung 4 verwendet werden.

Das anhand von Figur 5 beschriebene Ausführungsbeispiel entspricht einer in Figur 3 dargestellten Meßanordnung. Als Strahlungsdetektor 23 ist ein Geiger-Müller-Zählrohr verwendet, das aus einer Hochspannungsquelle 25 gespeist wird. Die unter dem Einfluß der ionisierenden Strahlung 2 im GM-Zählrohr 23 erzeugten Impulse gelangen über einen Impulsverstärker 2β und eine Torschaltung 27 in den digitalen Zähler 24, der die Impulse zahlenmäßig summiert. Gleichzeitig gelangen die Zählrohrimpulse an den Eingang einer beispielsweise als Monoflop ausgebildeten Impulsnormierstufe 28 eines Frequenz-Analop.wandlers 29. Die normierten Impulse laden einen Kondensator 30 einer über einen Widerstand 31 nebengeschlossenen Integrierstufe auf. Die Spannung am Kondensator 30, die ein Abbild des Betrages der am GM-Zählrohr 23 auftretenden Dosisleistung der ionisierenden Strahlung ist, wird über einen Analogverstärker 32 an die Eingänge der Schwellwert-Schaltverstärker 33 bis 35 einer Abtastanordnung 6 übertragen. Der Schvrellwert des Schaltverstärkers 33 wird so eingestellt, daß der Verstärker das an seinen Ausgang angeschlossene Relais 36 zum Anziehen bringt, wenn die Spannung am Kondensator 30 beispielsweise dem Kennlinienpunkt 13 der Kennlinie 7 (Figur 2) des GM-Zählrohres 23 entspricht. Erreicht die Spannung am Kondensator 30 den dem Kennlinienpunkt 14 der Kennlinie 7 zugeordneten Betrag, schaltet der Schwellwert-Schaltverstärker 34 zusätzlich ein an seinem Ausgang befindliches Relais 37 ein. überschreitet die Spannung am Kondensator 30 schließlich einen dem Kennlinienpunkt 15 entsprechenden Wert, erzeugt der Schwellwert-Schaltverstärker 35 ein Einschaltsignal für eine an"seinen Ausgang ange-

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schlossene Warnvorrichtung 38, die beispielsweise durch eine Blinklampe 39 auf ein überschreiten der zulässigen oberen Meßbereichsgrenze der- Meßanordnung hinweist, wenn der zulässige Meßbereich des Ausführungsbeispiels nur die ersten drei Kennlinienabschnitte umfaßt.

über die Auswahlanordnung 21, die hier aus den Kontakten 36' und 37' der Relais 36 und 37 gebildet ist, wird eine der Ausgangsleitungen 17_}■ 18 oder 19 eines Zählerausgangsfeldes 40 an einen Signalverstärker geschaltet. In dem Zählerausgangsfeld 40 sind die vorgegebenen Ausgabeeinstellungen des digitalen Zählers durch ein Programm fest eingestellt und den Ausgängen 17, 18 und 19 des Zählerausgangsfeldes zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist das Zählerausgangsfeld als Leitermatrix bezüglich seiner Eingangs- und Ausgangsleitungen ausgebildet, in der die Einstellung und Zuordnung der vorgegebenen Ausgabe-Einstellungen durch ä Verbinden der entsprechenden Matrix-Kreuzungspunkte vorgenommen ist. Das Zählerausgangsfeld 40 ist beispielsweise so eingerichtet, daß in jedem Kennlinienabschnitt der digitale Zähler 24 jedesmal ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die auf das GM-Zählrohr 23 einwirkende Strahlungsmenge jeweils um den Dosisbetrag 10 mR zugenommen hat. Das ist im dargestellten Beispiel nach 12 800 Zählrohrimpulsen der Fall, wenn die Meßanordnung im Abschnitt I der Vergleichskennlinie 7 arbeitet. Im Abschnitt II der Vergleichskennlinie 7 sind dafür nur noch 10 496 Zählrohrimpulse und im Abschnitt III der Vergleichskennlinie noch 9 472 Zählrohrimpulse notwendig. Das verstärkte Ausgangssignal stellt über die Leitung 42 den Zähler 24 in seine Anfangsstellung zurück und gelangt gleichzeitig über eine Anpaßstufe 43 an den Eingang der Anzeigevorrichtung 5» die beispielsweise als mechanischer Ziffern- " rollenzähler ausgebildet ist. Während des Rückstellvorganges wird von einem zweiten Ausgang des Signalverstärkers 41 über die Sperrleitung 44 die Torschaltung 27 für den Zählimpulsdurchgang gesperrt. Die Zeit für den Rückstellvorgang und auch die Sperrzeit der Torschaltung 27 ist zweckmäßig so kurz bemessen, daß in dieser Zeit nur wenige Zählrohrimpulse auftreten und für die Zählung verloren gehen. Der durch den Rückstellvorgang auftretende Meßfehler ist dann bezüglich der Genauigkeit der Anordnung vernachlässigbar.

In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel zur Meßanordnung nach Figur 4 dargestellt. Der eigentliche Meßkanal besteht wie bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel (Figur 5) aus einem GM-Zählrohr 23

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mit dessen Hochspannungsquelle 25, einem Impulsverstärker 26, der Tor Schaltung 27» einem digitalen Zähler 24, einem Signalverstärker 41 md drei Ausgängen, einer Anpaßstufe 43 und einer Anzeigevorrichtung 5. Weiterhin sind in beiden Ausführungsbeispielen der Frequenz-Analog-Wandler 29 und die Abtastanordnung 6 mit der angeschlossenen Warnvorrichtung 38 gleich ausgebildet.

Der Ausgang des Zählers 24 besteht aus einer Abgleichanordnung 45, in der mit Entkopplungsdioden der Abfrage-Zählerstand für den Ausgang de Zählers 24 so eingestellt wird, daß die Streuwerte des GM-Zählrohres im linearen Abschnitt I der Kennlinie 7 (Figur 2) ausgeglichen wurden und das Zählvolumen zwischen der Anfangseinstellung und der Ausgabeeinstellung des Zählers 24 der Anzahl Zählrohrimpulse gleichkommt, di durch eine Strahlungsdosis von beispielsweise 10 mR ausgelöst wird. Die Ausgabe-Einstellung ist also beispielsweise so eingestellt, daß das Zählvolumen 12 8OO Zählschritte beträgt.

Ist insbesondere in diesem Beispiel die Anfangseinstellung für den Kennlinienabschnitt I die Nullstellung des Zählers, dann wird die Abgleichanordnung 45 auf den Ausgabezählerstand 12 800 eingestellt.

Arbeitet das GM-Zählrohr 23 im Kennlinienabschnitt II seiner Kennlini 7, muß das Zählvolumen des digitalen Zählers 24 zum Ausgleich des Ken linienabfalles in diesem Abschnitt um beispielsweise 2304 Schritte ve ringert werden. Das Ausgangssignal des nun angeregten Schwellwert-Schaltverstärkers 33 bereitet in der Vorwahlanordnung den Ausgang für die Einstellung des Zählers auf die Anfangseinstellung 2304 vor. Die vorgegebenen Anfangseinstellungen des digitalen Zählers 24 sind in ei ner Einstellanordnung 46 programmiert und je eine vorprogrammierte An fangseinstellung einem der Eingänge 48, 49 der Einstellanordnung züge ordnet. Ein über den Signalverstärker 4l verstärktes Ausgangssignal des Zählers 24 stellt in dem dargestellten Beispiel den Zähler 24 in die Nullstellung zurück, wodurch das Ausgangssignal des Zählers wiede: verschwindet. Die Rückflanke des verschwindenden Ausgangssignals erzeugt in einem Einstellimpulsgeber 47 einen Einstellimpuls, der über den vom Schwellxvert-Schaltverstärker 33 vorbereiteten Ausgang der Vor· wählanordnung 22 und den Eingang 48 der Einstellanordnung 47 den digi· talen Zähler 24 in die Anfangseinstellung 2304 setzt.

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Kommt der Arbeitspunkt des GM-Zählrohres 23 in den Kennlinienabschnitt III der GM-Zählerkennlinie 7 zu liegen, spricht zusätzlich noch der Schwellwert-Schaltverstärker 34 an. Dadurch wird der digitale Zähler 24 durch die Einstellimpulse aus der Anordnung 47 jedesmal in die dafür vorgegebene Anfangseinstellung 3328 gesetzt.

Die Einstellanordnung 46 zwischen dem Zähler 24 und der Vorwahlanordnung 22 ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel in Form einer Diodenmatrix ausgeführt. Sie ordnet die vorzunehmenden Anfangseinstellungen des Zählers einzelnen Eingängen 48, 49 der Einstellanordnung 46 zu. Die Einstellanordnung 46 ist in ,diesem Ausführungsbeispiel einer Meßanordnung in der gleichen Weise als Leitermatrix bezüglich ihrer Eingangs- und Ausgangsleitungen ausgebildet, wie das Zählerausgangsfeld 40 des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Als Verbindungsele- ^j mente an den Matrixkreuzungen kommen außer Dioden auch andere Koppelelemente, beispielsweise elektrische Widerstände, in Frage. Die Ausbildung der Einstellanordnung 46 und des Zählerausgangsfeldes 40 ist jedoch nicht auf die in den Ausführungsbeispielen angegebene Form einer Leitermatrix beschränkt.

Die Auswahlanordnung 21 ist ebenso wie die Vorwahlanordnung 22 nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Ausbildungsformen beschränkt. Sie sind im allgemeinen aus einer logischen Schaltung elektronischer Verknüpfungsbauelemente gebildet. Als elektronische Verknüpfungsbauelemente kommen beispielsweise die Kontakte von Relais in Betracht oder elektronische Und-, Oder- und Umkehrglieder sowie a die Hegationsglieder von Und- und Odergliedern. Diese Glieder können insbesondere in integrierter Halbleitertechnik hergestellt sein.

21 Patentansprüche
3 Blatt Zeichnungen mit 6 Figuren

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Claims

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Patentansprüche O^eändert oemäß —^£ eingegangen am ...Ux.'..!^.' t*

Verfahren, das zur Herstellung einer vorgegebenen, insbesondere ' einer linearen Beziehung zwischen dem Betrag einer zu messenden physikalischen Größe und dem Betrag einer die physikalische Grösse darstellenden Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße einer Meßanordnung, die zwischen einem physikalisch-elektrischen Wandler und einer Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung eine Ausgleichsanordnung enthält, eine die Beziehung zwischen dem Betrag einer Einflußgröße auf den physikalisch-elektrischen Wandler und dem Betrag der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße bei einer 'der" Grundeinstellung der Ausgleichsanordnung kennzeichnende^ Betriebskennlinie durch sprunghaftes Verändern der Einstellung der Ausgleichsanordnung mit Hilfe einer die Betriebskennlinie abtastenden Anordnung abschnittsweise in eine vorgegebene Richtung, insbesondere in die Richtung einer durch den Nullpunkt des das Kennlinienfeld begrenzenden Achsenkreuzes gehenden Gerade versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Betrag der zu messenden physikalischen Größe (X) abhängige Schwingfrequenz bzw. die über eine vorgegebene Zeit gemittelte Impulsfolgefrequenz der unter der Einwirkung der Einflußgröße (1) im physikalisch-elektrischen Wandler (3) erzeugten Schwingungen oder Impulse in eine andere, insbesondere niedere, zu der vom physikalisch-elektrischen Viandler erzeugten Meßfrequenz in einem vorgegebenen Verhältnis stehende Frequenz gewandelt wird und daß das Wandlungsverhältnis zwischen der gewandelten Frequenz und der Meßfrequenz in der Abhängigkeit von der Lage des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf einer Betriebskennlinie (7), die den Zusammenhang zwischen dem Betrag der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße (Y) bei der Grundeinstellung der Ausgleichsanordnung und dem Betrag der zu messenden Größe (X) darstellt₃oder einer anderen zu dem Betrag der zu messenden Grösse (X) oder der Einflußgröße (1) in eindeutigem Zusammenhang stehende« Vergleichskennlinie der Meßanordnung derart stufenweise eingestellt wird, daß der Betrag der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße (Y) innerhalb eines zugelassenen Toleranzfeldes (10) einer vorgegebenen, insbesondere geradlinig verlaufenden Betriebskennlinie (8) liegt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wand-•lungsverhältnisfaktor zwischen zwei benachbarten Kennlinienabschnitten der effektiven Betriebskennlinie (9) der Meßanordnung nicht größer ist als der Paktor (1 + e)/(I - e) bzw. nicht kleiner ist als der Paktor (1 - e)/(l + e), wenn e =&Y/Y die zulässige relative Abweichung der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße (Y) von der vorgegebenen Betriebskennlinie (8) für die Meßanordnung an der Trennstelle der beiden benachbarten Kennlinienabschnitte ist.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsanordnung

(4) ein Frequenzwandler mit mehr als einem wählbaren Wandlungsverhältnis ist und die Wahl des Wandlungsverhältnisses von der Ab- f tastanordnung (6) bestimmt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3_a dadurch gekennzeichnet , daß an dem Frequenzwandler (4) mehr als ein Ausgang vorgesehen ist und daß jedem Ausgang (17 bis 20) ein vorgegebenes Wandlungsverhältnis zugeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ausgänge (17 bis 20) des Prequenzwandlers (4) und die Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung (5) eine Auswahlanordnung (21) geschaltet ist, die in Abhängigkeit der Funktionseinstellung der Abtastanordnung (6) einen der Lage des Arbeitspunktes der Meßanord- ä nung auf der abgetasteten Vergleichskennlinie zugeordneten Ausgang auswählt.

6. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler derart ausgebildet ist, daß in ihm ein vorgegebenes Wandlungsverhältnis einstellbar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Einstelleingang des Prequenzwandlers (4) eine Vorwahlanordnung (22) geschaltet ist, die in Abhängigkeit von der Funktionseinstellung der Abtastanordnung (6) ein der Lage des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf der abgetasteten Vergleichskennlinie zugeordnetes Wandlungsverhältnis im Frequenzwandler einstellt-.

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8. Anordnung nach Anspruch 5 oder 7_S dadurch gekennzeichnet, daß

die Auswahlanordnung (21) und/oder die Vorwahlanordnung (22) aus einer logischen Schaltung elektronischer Verknüpfungsbauelemente gebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung eine Schaltungskombination aus Relaiskontakten (36',37') von Relais sind, deren Wicklungen (36,37) mit den Ausgängen der Abtastanordnung (6) verbunden sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung aus einer Schaltungskombination aus elektronischen Und-, Oder- und Umkehrgliedern sowie Nichtund- und Nichtodergliedern, insbesondere in integrierter Halbleitertechnik gebildet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler (4) als rückstellbarer digitaler Zähler ausgebildet ist und die Verhältniszahl eines Wandlungsverhältnisses durch die im digitalen Zähler eingestellte Anzahl Zählschritte zwischen einer Anfangseinstellung und einer Ausgabeeinstellung bestimmt ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein rückstellbarer digitaler Zähler (24) der Meßanordnung zusätzlich als Frequenzwandler mit wählbarem Wandlungsverhältnis ausgebildet ist und die Verhältniszahl eines Wandlungsverhältnisses durch die im digitalen Zähler eingestellte Anzahl Zählschritte, die von einer Anfangseinstellung und einer Ausgabeeinstellung ein- . geschlossen sind, bestimmt ist.

13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der rückstellbare digitale Zähler (24), der zusätzlich als Frequenzwandler mit wählbarem Wandlungsverhältnis ausgebildet ist, ein Dosisspeicher einer Meßanordnung zur Messung radioaktiver oder ionisierender Strahlungen ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeich¹· net, daß zwischen die Abgriffe des Zählerstandes des digitalen Zählers (4,24) und die Eingänge der Auswahlanordnung (21) ein Sähler-

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ausgangsfeld (4θ) geschaltet ist, in dem die vorgegebenen Ausgabeeinstellungen des digitalen Zählers programmierbar sind und jedem Ausgang (17_} 18, 19) des Zählerausgangsfeldes eine vorgegebene Ausgabeeinstellung des digitalen Zählers zuordenbar ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13_} dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Einstelleingänge des digitalen Zählers (4, 24) und die Ausgänge der Vorwahlanordnung (22) eine Einstellanordnung (46) geschaltet ist, in der die vorgegebenen Anfangseinstellungen des digitalen Zählers programmierbar sind und der jedem Eingang der Einstellanordnung eine der vorprogrammierten Anfangseinstellungen des digitalen Zählers zuordenbar ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählerausgangsfeld (40) und/oder die Einstellanordnung (46) in der Form einer Leitermatrix bezüglich ihrer Eingangsund Ausgangsleitungen ausgebildet ist, in der die vorzugebende Einstellung im digitalen Zähler (4, 24) und die Zuordnung dieser Einstellungen zu den zugehörigen Ein- bzw. Ausgängen durch Verbinden der Leitungen an den entsprechenden Matrixkreuzungen, insbesondere mit Dioden, einstellbar ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem geeigneten Punkt des Meßwertübertragungsweges der Meßanordnung und dem Eingang der Abtastanordnung (6) ein Frequenz-Analogwert-Wandler (29) angeordnet ist, an dessen Ausgang ein Spannungs- oder Stromabbild der abzutastenden Vergleichs-Kennlinie entsteht.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung aus zwei oder mehr eingangsseitig parallelp-eschalteten Schwellwert-Schaltverstärkern (33 bis 35) gebildet ist und daß jeder der Schwellwert-Schaltverstärker auf einen vorgegebenen Spannungs- oder Strombetrag der am Ausgang des Frequenz-Analogwert-Wandlers (29) abgebildeten Spannungs- oder Stror.'ikurve abgestimmt ist, so daß der Schwellwert-Schaltverstärker bei überschreiten des vorgegebenen Spannungs- oder Strombees, auf den er abgestimmt ist, ein Ausgangssignal erzeugt.

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19· Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet _s daß an den Ausgang des Schwellwert-Schaltverstärkers '(35), der auf den höchsten vorgegebenen Spannungs- oder Strombetrag der am Ausgang des Frequenz-Analogwert-Wandlers (29) abgebildeten Spannungs- oder Stromkurve abgestimmt ist, eine Warnvorrichtung angeschlossen ist.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem physikalisch-elektrischen Wandler (3* 23) und dem Eingang des digitalen Zählers (4, 24) eine Torschaltung (27) vorgesehen ist, die während der Dauer des Rückstellvorganges des digitalen Zählers die übertragung von Meßinformationen sperrt.

21. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einstellvorgang des digitalen Zählers (4, 24) auf eine von der Nullstellung verschiedene Anfangseinstellung des digitalen Zählers dieser mit der Vorderflanke des vom digitalen Zähler erzeugten Ausgangssignals in die Hulleinstellung rückgestellt wird und anschließend mit einem durch die Rückflanke des Ausgangssignals erzeugten Einstellimpuls der digitale Zähler in die vorgegebene Anfangseinstellung versetzt wird.

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