DE2123805B2 - Verfahren, das eine betriebskennlinie einer messanordnung abschnittsweise in eine vorgegebene richtung versetzt, und anordnungen zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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 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 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 Geraden versetzt.

In der Meßtechnik werden zur Messung physikalischer Größen eines physikalischen Feldes, beispielsweise eines Strahlungsfeldes, oder eines physikalischen Zustandes in vielen Fällen Meßwandler verwendet, die den Betrag der physikalischen Größe in eine elektrisch meßbare Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung, entsprechenden Betrages umwandeln. Die Umwandlungseigenschaft eines derartigen physikalischelektrischen 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 geforderten Verlauf. Auch auf dem Übertragungsweg zwischen dem physikalischelektrischen Wandler und der Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung treten oft weitere Veränderungen in der Abhängigkeit des Betrages der zu übertragenden Größe auf. Schließlich verändert die Anzeige- und/oder die Auswertevorrichtung bei der Wandlung der übertragenen Größe in die Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße das Betragsverhältnis oft ebenfalls in ungewünschter 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 derart zu verändern, daß die vorgegebene Beziehung zwischen dem Betrag der zu messenden Größe und dem Betrag der Anzeigegröße hergestellt wird.

Aus der deutschen Patentschrift 8 86 633 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 Nebenwiderstände 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 Kennlinienausglejchs in dem bekannten Meßgerät ist jedoch nur bei der Übertragung der elektrischen Größen von Analogsignalen anwendbar. Da in vielen Meßanordnungen die Meßgrößen in Form von Schwingungen und Impulsfolgen übertragen 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.

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 Verarbeitungsgrößc 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 Zusammenhang stehenden Vcrgleichskennlinie der Meßanordnung derart stufenweise eingestellt wird, daß der Betrag der Anzeige- und/oder Vcrarbeilungsgröße innerhalb eines zugelassenen Toleranzfeldes einer vorgegebenen, insbesondere geradlinig verlaufenden Betriebskennlinic liegt.

Der Wandlungsvcrhaltnisfaktor, d. h. der Verhältnisfaktor der Wandlungsverhältniszahlcn zweier bcnachbarter Kennlinienabschnitte der effektiven Bctricbskennlinie der Meßanordnung, ist nicht größer als der Faktor (I + c)/(\ - e) bzw. nicht kleiner als der Faktor (\-e)/(\ + c), wenn e =■ Δ Y/ Y die zulässige relative Abweichung der Anzeige· und/oder Verarbeitungsgrö· ße von d'jr vorgegebenen Bctriebskennlinie für die Meßanordnung an der Trennstelle der beiden benachbarten Kennlinienabschnitte ist.

Zur Durchführung des Verfahrens in einer Meßunordnung ist die Ausgleichsanordnung gemäß der Erfindung ein Frequenzwandler mit mehr als einem wählbaren Wandlungsverhültnis. 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 Wandlungsverhültnisscs ist durch die in diesem digitalen Zähler zwischen dessen Anfangseinstellung und dessen Ausgabeeinstel- 6j lung 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 Anzeigebetrag und dem Betrag der Einflußgröße herzustellen, sondern die völlig andersartige Aufgabe, die Zählrate an die Verarbeitungseigenschiiften der Anzeigevorrichtung anzupassen.

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

Zur Vervollständigung des Standes der Technik wird noch erwähnt, daß z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 12 82 303 eine Anordnung bekannt ist, bei der eine nichtlineare Eingangsfunktion durch Geradenstükke angenähert wird und die dementsprechend linearisierte Impulszahlen abgibt. Für jedes Geradestück ist ein elektrischer Impulszähler vorgesehen, der über eine zeitabhängig geschaltete Torschaltung mit dem Ausgang eines Impulse erzeugenden Meßwert-Umwandlers verbunden ist. Die Zähler sind in der bekannten Anordnung Bereichsvergleichern zugeordnet, die mittels Torschaltungen hinter den Ausgängen der Zähler nur den Ausgang des Zählers freigeben, dessen gezählte Impulszahl im eingestellten Impulszahlbercich des Bercichsvergleichers liegt, dem dieser Zähler zugeordnet ist.

Das Verfahren, Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens und die daraus resultierenden Vorteile werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

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

Fig. 2 Bctriebskcnnlinien einer derartigen Meßanordnung,

Fig. 3 und 4 zwei vorteilhafte crfindungsgemiiße Ausbildungen von Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsbeispicle zu den Anordnungen der F i g, 3 und 4.

In Fig. 1 ist eine Meßanordnung im Prinzip dargestellt. Der Pfeil J deutet eine Einflußgröße I eines physikalischen Feldes 2 oder eines physikalischen Zusiandcs an, die auf einen physikalisch-elektrischen Wundler 3 einwirkt. Weitere Bestandteile der Meßanordnung sind eine Ausgleichsanordnung 4, eine Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung 5 und eine Abtastan ordnung 6. Die EinflußgröBe 1 kann entweder die zu messende Größe selbst sein, beispielsweise die Dosisleistung eines ionisierenden Strahlungsfeld«, 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 EinflußgröBe 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 Fig.2 dargestellte nicht ausgeglichene Betriebskennlinie 7 der Meßanord- s nung 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 F i g. 2 durch eine Gerade (8) dargestellten Verlauf einnehmen soll.

Da auch die ausgeglichene Belriebskcnnlinie 9 nur eine Annäherung an die vorgegebene Betriebskennlinie

8 sein kann, ist um die vorgegebene Betriebskennlinie 8 ein zulässiges Toleranzfeld to 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.

In dem Kennlinienfeld der F i g. 2 stellt die Abszisse die Skala der Beträge \X\ der zu messenden Größe X dar, während auf der Ordinatenachse die Skala der Beträge | Y[ der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße Y abgebildet ist. Die zulässige Abweichung der Anzeigegröße Y von der vorgegebenen Bctriebskennlinie 8 beträgt im Toleranzfeld jeweils e = Δ Yl 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 Betricbskennlinie 8 verläuft. Ohne Kcnnlinienaiisglcich ist der MeOumfang 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 4 dann, wenn der Arbeitspunkt A der Meßanord· nung auf der nicht ausgeglichenen Kennlinie 7 im Kcnnlinicnpunkt 13 das Toleranzfeld 10 zu verlassen droht, das Frcqucnzwandlungsverhältnis derart geändert, daß der Arbeilspunkt vom Kcnnlinienpunkt 13 auf der einen Begrenzungslinie 12 des Toleranzfeldes parallel zur V-Achse in den Punkt 13" 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 don physikalisch-elektrischen Wandler einwirkenden EinfluOgröBc zugeordnet Ist. Bei weiterer Zunahme des Betrages \X\ der zu messenden Größe X zwischen den Betrugen |ΑΊ| und |X:|(Abschnltl II) verlauft der Arbeitspunkt A der Meßanordnung entsprechend dem neuen Wandlungsverhältnis Vu auf dem Kennlinienabschnitt 9¹¹, bis dieser beim Betrag \Xi\ Im Kennlinienpunkt 14" das Toleranzfeld 10 wieder zu verlassen droht. Gelangt der Arbeitspunkt in den Kennlinienpunkt 14«, wird das Wnndlungsverhältnls in der Ausgleichsanordnung 4 erneut geändert und der Arbeitspunkt dabei In Lage 14^MI verschoben. Auf diese Weise entsteht die aus den Kennlinienabschniiten 7". 9». 9"¹, 9·^ν und den Verschiebeabschnitten 13-13>>. 14M4"" und lS'"-13'v gebildete ausgeglichene Betriebskcnnlinie 9 innerhalb <n des Toleranzfeldes 10.

Bei zurückgehendem Betrag |A1 der zu messenden Größe durchwandert der Arbeitspunkt A der Meßanordnung die ausgeglichene Betriebskennlinie in umgekehrter 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^IV erfolgt, sondern erst bei einem etwas kleineren Betrag (Xi') der zu messenden Größe im Kennlinienpunkt 15tf^v. Wie die Fig.2a, die einen Ausschnitt aus F i g. 2 darstellt, verdeutlicht, erfolgt die Verschiebung des Kennlinienpunktes A bei der Abwärtswanderuiig erst beim Kennlinienpunkt 15ί>^ιν des Kennlinienabschnitts 9^IV in den Kennlinienpunkt 15b¹¹¹ des Kennlinienabschnitts 9'". Damit die ausgeglichene Betriebskennlinie 9 bei auftretender Hysteresis sowohl mit ihrem aufsteigenden Zweig als auch mit ihrem abwärtsgehenden Zweig innerhalb des Toleranzfeldes verbleibt, kann für die Parallelverschiebung des Arbeitspunktes bzw. für die Änderung des Wandlungsverhältnisses nicht die ganze verfügbare Toleranzbreite Δ Y ausgenutzt werden, sondern nur die Strecke bis zum Punkt 15a'^v.

Die erforderliche Ausgleichsanordnung 4 der Meßanordnung ist 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 lest und veranlaßt beim Übergang des Arbeitspunktes von einem Bereich (z. B. I) auf der Kennlinie in den Nachbarbereich (z. B. II) die Umschaltung des Wandlungsverhältnisses des Frequenzwandler 4.

Für den Frequenzwandler 4 stehen mehrere Ausführungsformen zur Verfügung. Er kann beispielsweise so eingerichtet sein, daß für jedes Wandlungsvcrhältnis ein Ausgang vorgesehen ist. In Fig.3 ist eine Meßanordnung mit einem derartig ausgebildeten Frequenzwandler 4 dargestellt. An die Ausgänge 17, 18, 19 und 20 des Frequenzwandler ist eine Auswählanordnung 21 angeschlossen, die von der Abtastanordnung (i gesteuert wird. )c nach Lage des Arbeitspunktes der Meßunordnung auf der abgetasteten Kennlinie stellt die Abtastanordnung 6 die Auswahlnnordnung 21 so ein, daß der Frequcnzwandlcrausgang für dasjenige Wnnd- lungsvcrhttltnis, das dem gerade vom Arbeitspunkt belegten Abtastkennltnlenabschnitt zugeordnet ist, mit der nuchgeschalteten Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung S verbunden wird.

In einem anderen Ausfuhrungsbeispiel des Frequenzwandler 4 ist an diesem nur ein Eingang und ein Ausgang vorgesehen, während das Wandlungsverhältnis des Frequenzwandler an einem weiteren Eingang einstellbar ist. Eine Meßanordnung mit einem derart ausgebildeten Frequenzwandler ist in FI g. 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 Frequenz· wandler geschalteten Vorwahlanordnung 22 vor, die nuf Grund der entsprechenden Signale aus der Abtastanordnung 6 den zugehörigen Einstellvorgang für den Frequenzwandler ausführt.

Da die Meßinformation in Form von Impulsen oder Frequenzen vom physikalisch-elektrischen Wandler 3 zur Anzeige- und/oder Auswertevorrichtung S übertru-

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gen werden, ist es besonders vorteilhaft, den Frequenzwandler 4 als digitalen Zähler auszubilden. Der digitale Zähler wirkt dann als Frequenzuntersetzer, dessen Frequenzuntersetzung zahlenmäßig gleich der Anzahl /. 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 Fi g. 3 hat der digitale Zähler des Frequenzwandlers 4 eine fest vorgegebene Anfangseinsiellung, in die er 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.

Bezogen auf das in F i g. 2 dargestellte Beispiel ist für den Abschnitt 9^IV der ausgeglichenen Betriebskcnnlinie 9 die kleinste Untersetzung notwendig, wenn der Meßumfang der Meßanordnung maximal bis zum Betrag \X*\ der zu messenden Größe X reichen soll. In diesem Fall wird bei der Zählung der Eingangsimpulse die erste Ausgabeeinstellung, der beispielsweise der Ausgang 17 und die Anzahl ζ·ν der Zählschritte entspricht, wirksam. Beim Übergang des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf den Kcnnlinienabschnitt III der Kennlinie 9 wird die zweite Ausgabecinstellung 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 /*" Zählschritte ist höchstensfalls um den Faktor

höher als für den Nachbarubschnilt 9^IV, wenn c>i = Λ VV V] die maximal zulässige relative Toleranzabweiehung von der vorgegebenen Bciriebskennlinic 8 beim Übergang beim Betrag |ΛΊ| ist, Entsprechendes gilt für die Kennlinienabschnittc 9" und 9¹.

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

Damit läßt sich eine nicht ausgeglichene Betriebskennlinie einer Meßanordnung durch beliebig oftmaligem Ändern des Wundlungsmußstubes in jedes vorgegebene Tolerunzfeld IO (Fig.2) ubbilden und jede so beliebige vorgegebene Betriebskcnnlinie 8 durch eine Zickzackkennlinie 9 nachbilden. Das Verfahren ist in allen Meßunordnungen unwendbar, 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 übertrugen, beispielsweise bei der Fernübertragung von Analogwerten, wie z. B. elektrischen Gleichspannungen oder Gleichströmen, bei denen die Analogwerte mit Hilfe von Analog-Frcquenzwandlcrn in Wechsel· oder Impulsströme vuriubler Frequenzen umgewandelt werden und auch die nichtlineurcn Abschnitte der Bctriebskennlinic, insbesondere der Wundlerkennllnic, noch ausgenutzt werden sollen.

Den in den Fig.5 und 6 gezeigten Ausführungsbei· 6s spielen Hegen 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 F i g. 2 dargestellte Wandlerkennlinie 7 aufweist. Weiter sind in der Meßanordnung ein digitaler rückstellbarer 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 milli-Röntgen »niR«) 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 von Eingangsimpulsen, die 10 mR entsprechen, ein Ausgangssignal abgibt. Der digitale Zähler 24 bildet somit die Anpaßanordnung des im Beispiel als Strahlungsdetektor 23 ausgebildeten physikalisch-elektrischen Wandlers 3 an die Anzeige vorrichtung 5. Er kann dabei zusätzlich, ohne daß seine eigentliche Aufgabe gestört wird, als einstellbare Ausgleichsanordnung 4 verwendet werden.

Das an Hand von Fig. 5 beschriebene Ausführungsbeispiel entspricht einer in F i g. 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 26 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 Impulsnor· mierstufe 28 eines Frequenz-Analog-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-Schaltverslärker 33 bis 35 einer Abtastanordnung 6 übertragen. Der Schwellwert des .Schaltverstärkers 33 wird so eingestellt, duß der Verstärker das an seinen Ausgang angeschlossene Relais 36 /um Anziehen bringt, wenn die Spannung am Kondensator 30 beispielsweise dem Kennlinicnpunkt Π der Kennlinie 7(Fi g. 2)des GM-Zählrohres 23 entspricht. Erreicht die Spannung am Kondensator 30 den dem Kennlinien· punkt 14 der Kennlinie 7 zugeordneten Betrag, schaltet der Schwellwert-Schaltverstürkcr 34 zusätzlich ein un seinem Ausgang befindliches Relais 37 ein. Überschreitet die Spannung am Kondensator 30 schließlich einen dem Kennlinienpunkt 15 entsprechenden Wert, erzeugt der Schwellwert-Sehultverstärker 35 ein Einschultsignal für eine un seinen Ausgang angeschlossene Warnvorrichtung 38, die beispielsweise durch eine Blinklnmpe 39 auf ein überschreiten der zulässigen oberen Meßbe· reichsgrenze der Meßunordnung hinweist, wenn der zulässige Meßbereich des Ausführungsbeispiels nur die ersten drei Kcnnlinlenabschnitte umfaßt.

Übrr die Auswmhlanordnung 21, die hler aus den Kontakten 36' und 37' der Relais 36 und 37 gebildet ist, wird eine der Ausgangsleitungen 17, 18 oder 19 eines Zühleruusgangsfeldes 40 an einen Signalverstürker 41 geschaltet. In dem Zählerausgangsfeld 40 sind die vorgegebenen Ausgubeeinstellungen des digitalen Zählers durch ein Programm fest eingestellt und den Ausgängen 17, 18 und 19 des Zählerausgungsfeldes zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist dos Ztihlerausgangsfeld als I "itermatrix bezüglich seiner Eingangsund Ausgungsleiiungen ausgebildet, in der die Einstel·

lung und Zuordnung der vorgegebenen Ausgabe-Einstellungen durch 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 niR zugenommen hat. Das ist im dargestellten Beispiel nach 12 800 Zählrohrimpulsen der Fall, wenn die Meßanordnung im Abschnitt der Vergleichskennlinic 7 arbeitet. Im Abschnitt Il der Vergleichskennlinie 7 sind dafür nur noch 10 496 Zählrohrimpulse und im Abschnitt 111 der Vergleichskennlinie 7 noch 9472 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 Ziffernrollcnzähler ausgebildet ist. Während des Rückstellvorganges wird von einem zweiten Ausgang des Signalversiärkers 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 verlorengehen. Der durch den Rückstellvorgang auftretende Meßfehler ist dann bezüglich der Genauigkeit der Anordnung vernachlässigbar.

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

23 mit dessen Uochspannungsquelle 25, einem Impulsverstärker 26, der Torschaltung 27, einem digitalen Zähler 24, einem Signalverstiirkcr 41 mit drei Ausgängen, einer Anpaßstufe 43 und einer Anzeigevorrichtung 5. Weiterhin sind in beiden Ausführungsbeispielen der Frequcnz-Analog-Wandler 29 und die Abtastanordnung 6 mit der angeschlossenen Warnvorrichtung 18 gleich ausgebildet.

Der Ausgang des Zählers 24 besieht aus einer Abgleichanordnung 45, in der mit Entkopplungsdioden der Abfrage-Zählerstand für den Ausgang des Zählers

24 so eingestellt wird, daß die Streuwerte des GM-Zlihlrohres im linearen Abschnitt I der Kennlinie 7 (I'ig. 2) ausgeglichen wurden und das Zählvolumen /wischen dor Anfangseinstclliing und der Ausgaheeinstellung des Zahlers 24 der Anzahl Zählrohrinipulsc gleichkommt, die durch eine Strahlungsdosis von beispielsweise 10 mR ausgelöst wird. Die Ausgabe-Einstellung ist also beispielsweise so eingestellt, dall dus Zählvolumen 12 800 Zählschritte beträgt.

1st insbesondere in diesem Beispiel die Anfangseinstellung für den Kennlinienabschnitt 1 die Nullstellung des Zählers, dann wird der Abgleichanordnung 45 auf s den Aufgabezählerstand 12 800 eingestellt.

Arbeitet das GM-Zählrohr 23 im Kennlinienabschnitt 11 seiner Kennlinie 7, muß das Zählvolumen des digitalen Zählers 24 zum Ausgleich des Kennlinienabfalls in diesem Abschnitt um beispielsweise 2 304 Schritte

ίο verringert 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 einer Einstellanordnung 46 programmiert und je eine vorprogrammierte Anfangseinstellung einem der Eingänge 48,49 der Einstellanordnung zugeordnet. Ein über den Signalverstärker 4t verstärktes Ausgangssignal des Zählers stellt in dem

>o dargestellten Beispiel den Zähler 24 in die Nullstellung zurück, wodurch das Ausgangssignal des Zählers wieder verschwindet. Die Rückflanke des verschwindenden Ausgangssignals erzeugt in einem Einstellimpulsgeber 47 einen Einstellimpuls, der über den vom Schwellwert-Schaltverstärkcr 33 vorbereiteten Ausgang der Vorwahlanordnung 22 und den Eingang 48 der Einstellanordnung 47 den digitalen Zähler 24 in die Anfangseinstellung 2304 setzt.

Kommt der Arbeitspunkt des GM-Zählrohres 23 in den Kennlinienabschnilt Hl der CJM-Zählerkennlinie 7 zu liegen, spricht zusätzlich noch der Schwellwert· Schaltverstärker 34 an. Dadurch wird der digitale Zahler 24 durch die Einstellimpulse aus der Anordnung 47 jedesmal in die dafür vorgegebene Anfangscinstel-

3.; lung 3328 gesetzt.

Die Einstellanordnung 46 /wischen dem Zähler 24 und der Vorwahlanordnung 22 ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel in Form einer Diodenmatrix ausgeführt. Sie ordnet die vorzunehmenden Anfangse'msiellungen des Zählers einzelnen Eingängen 48, 49 dor Einsiellanordiuing 46 zu. Die F.inMellanordnung 46 ist in diesem Atisführungsbeispiel einer Meßanordnung in der gleichen Weise als l.eitermatrix bezüglich ihrer Eingangs- und Ausgangsloilungen ausgebildet, wie das

₄<i /ähU^viⁱausgiingvfeld40iles zuvor beschriebenen Ausl'ulv nmgslH'ispiels. Als Verbindungselemente an den Matrixkreu/ungen kommen außer Dioden auch andere Koppelelement»:, beispielsweise elektrische Widerstände in I rage. Die Ausbildung der Einstellanordnung 4t und des Znhlerausgungsfuldus 40 ist jedoch nicht auf dit, in den Ausfülmingsbeispielen angegebene Form einei l.eitennati'ix beschrankt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Verfahren, das zur Herstellung einer vorgegebenen, insbesondere einer linearen Beziehung s 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 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 Geraden versetzt, d a durch gekennzeichnet, daß die vom Betrag der zu messenden physikalischen Größe (X) abhängige Schwingfrequenz bzw. die über eine vorgegebene Zeit gemittelte Impulsfolgefrequem: 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 Wandler erzeugten Meßfrequenz in einem vorgegebenen Verhältnis stehende Frequenz gewandelt wird und daß das Wandlungsverhältnis zwischen der gewandelten Frequenz und deir 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 Ausgleichs- anordnung und dem Betrag der zu messenden Größe (X) darstellt, oder einer anderen zu dem Betrag der zu messenden Größe (X) oder der Einflußgröße (1) in eindeutigem Zusammenhang stehenden 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlungsverhältnisfaktor zwischen zwei benachbarten Kennlinienabschnitten der effektiven Betriebskennlinie (9) der Meßanordnung nicht größer ist als der Faktor (1 + e)/(\ - e) bzw. nicht kleiner ist als der Faktor (1 -e)l(\ + e), wenn e=AY/Y die zulässige relative Abweichung der Anzeige- und/oder Verarbeitungsgröße (Y) von dor 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 Abtastanordnung (6) bestimmt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, 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 Frequenzwandlers (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 Meßanordnung auf der abgetasteten Vergleichskennlinie zugeordneten Ausgang auswählt.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler (4) einen Einstelleingang zur Einstellung eines vorgegebenen Wandlerverhältnisses enthält.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Einstelleingang des Frequenzwandler;. (4) eine Vorwahlanordnung (22) geschaltet ist, die in Abhängigkeit von der Funktionseinstellung der Abtastanordnung (6, 29) ein der Lage des Arbeitspunktes der Meßanordnung auf der abgetasteten Vergleichskennlinie zugeordnetes Wandlungsverhältnis im Frequenzwandler einstellt.

8. Anordnung nach Anspruch 5 oder 7, 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 Abtastanorclnungen (6) verbunden sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung aus einer Schaltungskombination aus elektronischen Un-, 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 Wandlungsverhälinisses durch die im digitalen Zähler eingestellte Anzahl Zählschritte zwischen einer Anfangseinstellung und einer Ausgabeeinstellung bestimmt ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der rückstellbare digitale Zähler (24) gleichzeitig eine Anpaßanordnung für den physikalisch-elektrischen Wandler (3) an die Anzeigevorrichtung (5) ist.

13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Abgriffe des Zählerstandes des digitalen Zählers (4, 24) und die Eingänge der Auswahlanordnung (21) ein Zählerausgangsfeld (40) 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.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Einstelleingänge des digitalen Zählers (4,24) und die Ausgänge der Vorwahlanordnung (22) eine Einstell-

anordnung (46) geschaltet ist, in der die vorgegebenen Anfangseinstellungen des digitalen Zählers programmierbar sind und in der jedem Eingang der Einstellanordnung eine der vorprogrammierten Anfangseinstellungen des digitalen Zählers zuorden- s bar ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählerausgangsfeld (40) und/oder die Einstellanordnung (46) in der Form einer Leitermatrix bezüglich ihrer Eingangs- und 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, einstellbarist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, 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 Spannungsoder Stromabbild der abzutastenden Vergleichs-Kennlinie entsteht. ₂j

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung aus zwei oder mehr eingangsseitig parallelgeschalteten 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 Stromkurve abgestimmt ist, so daß der Schwellwert-Schaltverstärker bei Überschreiten des vorgegebenen Spannungs- oder Strombetrages, auf den er abgestimmt ist, ein Ausgangssignal erzeugt.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, 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, sine Warnvorrichtung angeschlossen ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, 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.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 19, 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 Nulleinstellung rückgestellt wird und anschließend mit einem durch die Rückflanke des Ausgangssignals erzeugten Einsiellimpuls der digitalen Zähler in die vorgegebene Anfangseinstellung versetzt wird.