DE2208229C3

DE2208229C3 - Einrichtung zum Wandeln mechanisch analoger Meßgrößenänderungen

Info

Publication number: DE2208229C3
Application number: DE2208229A
Authority: DE
Inventors: Rolf 6100 Darmstadt Neusel
Original assignee: Alexander Wiegand U Co Armaturen- U Manometerfabrik 8763 Klingenberg GmbH
Current assignee: Alexander Wiegand U Co Armaturen- U Manometerfabrik 8763 Klingenberg GmbH
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1978-09-28
Also published as: DE2208229B2; DE2208229A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Wandeln mechanisch analoger Meögrößenänderungen in elektrische Signale von digital verwertbarer Form mittels eines durch die Meßgrößenänderung in seiner Eigenfrequenz veränderlichen mechanisch schwingfähigen h<> Wandlers.

Einrichtungen zum Wandeln mechanisch analoger Meßgrößenanordnungen sind bekannt. Die starr digitale Weiterverarbeitung zur Ansteuerung eines Impulsoder Frequenzzählers, dessen Anzeige dann unmittelbar <>"> der Größe des umzusetzenden Analogwertes entspricht, stellt lediglich den Zusammenhang zwischen einer Frequenzänderung eines Umsetzerelementes und einer nach Digitalauszählung erfolgenden Ausspeisung eines einfachen Zählerergebnisses dar, ohne zu ermöglichen, daß diese Ausspeisung direkt in demjenigen Maßsystem erfolgt welches für die Aussage über dem Betrag der zu wandelnden mechanisch-analogen Meßgröße vorgesehen ist

Vielmehr muß bei einschlägig bekannten Einrichtungen der Übergang aus dem nichtmaßstabsgebundenen einfachen Zählergebnis zur maßstabsgerechten Zahlenangabe (in Kg, Kg/cm², m/sec) erst durch nachzuschaltende zusätzliche Umsetzeranordnungen hergestellt werden, was den Aufwand erhöht und die Fehlerbreite vergrößert Des weiteren kann den einschlägig bekannten Einrichtungen zwar entnommen werden, daß beispielsweise schwingende Saiten dann, wenn eine mechanische Längenänderung als solche bereits vorhanden ist hinsichtlich ihrer Schwingfrequenz zählend und zahlenvergleichend bekannt sind, dies jedoch auch wiederum nur mit den vorgenannten Einschränkungen.

Der einschlägige Stand der Technik, bspw. nach DE-GM 19 89 450, »Werkstatt und Betrieb«, 1961, S. 18 und in »Funktechnik«, 1970, S. 131 läßt eine unmittelbare Umsetzung von analogen Größen in digital auswertbare elektrische Größen, die sich zur Darstellung in den für die Darstellung vorgesehenen Maßsystem und Meßbereich unmittelbar, d. h. also, ohne Zwischenschaltung zusätzlicher digital/analog und/oder analog/digital wandelnder Glieder eignet, nicht erkennen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die analoge Meßgrößen bereits im Wandler derart in digitale Signale wandelt, daß bis zur Meßwertausspeisung keinerlei analog/digital oder digital/analog wandelnde Schaltglieder mehr erforderlich sind, so daß einerseits die Anzeigegenauigkeit nur noch von der Funktionsgenauigkeit des eigentlichen Wandlers abhängt und andererseits damit der benötigte Aufwand an Bauteilen für die Einrichtung extrem verringert wird, verbunden mit dem Ziel, die Funktionssicherheit durch Verringerung der notwendigen Bauteile zusätzlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe ist mit einer Einrichtung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Größenordnung und Änderungsbereich der mechanischen Eigenschwingungsfrequenz des Wandlerelements sowie die Zeitdauer der digitalen Auswertungsperiode derart festgelegt sind, daß der im mechanisch schwingenden Element analog/digital umgesetzte Meßwert starr digital weiterverarbeitbar und bis zur Meßwertausgabe starr digital weiterleitbar ist, so daß eine Meßwertausgabe unmittelbar in demjenigen Ausgabesystem und Maßsystem erfolgt, welches für die Aussage über dem Betrag der wandelnden mechanisch-analogen Meßgröße vorgesehen ist.

Der Ausdruck unmittelbar ist dabei so zu verstehen, daß zwischen dem Wandler und der Meßwertausgabe nur digitale Funktionen erfolgen, womit die Anwendung zusätzlicher, aufwendiger und die Anzeigegenauigkeit beeinträchtigender analog/digitaler und/oder digital/ analoger wandelnder Bauteile vermieden ist

Eine solche Einrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles, bezugnehmend auf einen Wandler in Form einer piezo-elektrisch wirksamen Membran beschrieben, die selbst schwingt und gleichzeitig ein- oder beidseitig durch Gasdruck beaufschlagt wird, wodurch sich wegen Gasdruck abhängiger Änderungen ihre mechanische Spannung und ihre mechanische Schwingfrequenz ändert. Eine solche

piezo-elektrische Membran wirkt bei sinngemäßer Anordnung der Kontaktierungsflächen sowohl ihre eigene mechanische Schwingung anregend infolge Zuführung der elektrischen Antriebsenergie als auch selbsterregend für die der mechanischen Schwingfrequenz entsprechenden elektrischen Signale zur digitalen Weiterverarbeitung.

Die Anregung der mechanischen Schwingung der o. g. Membran erfolgt in an sich bekannter Weise durch Einschaltung der Membran in die Rückkopplungsschleife eines elektronischen Verstärkers, wodurch sichergestellt ist, daß die mechanische Schwingfrequenz die Frequenz des elektrischen Signals aus dem Verstärkerzweig direkt bestimmt

Die Membran ist hinsichtlich ihrer vom Druck abhängigen mechanischen Eigenfrequenz derart abgeglichen, daß nach ausschließlich starr digitaler Weiterverarbeitung der Analogwert des mechanischen Drukkes digital angezeigt wird.

Eine nähere Erläuterung der elektronischen Bauteile zu dieser digitalen Verarbeitung urtd Meßwertausgabe ist entbehrlich, da derartige Bauteile und Schaltungsanordnungen zur Verfügung stehen und allgemein bekannt

sind. Aus der metallischen Kontaktierung der Membran wird die digitale Auswertung gespeist 1st die galvanische Trennung der Elektronik zur Anregung der mechanischen Schwingungen von der Elektronik zur Meßwertverarbeitung erwünscht, so sind für Anregung und Frequenzausspeisung galvanisch getrennte, metallische Kontaktierungsflächen auf der Membran vorzusehen.

Als anderes Beispiel eines Wandlers wird ein Gasweg zwischen einem zur mechanischen Schwingung angeregten Wänder und einem in geeigneten Abstand angeordneten Druckempfänger genannt, wobei diese Gasstrecke bei Einschaltung in die Rückkopplungsschleife der o. g. Verstärkeranordnung zum Schwingen gebracht wird. Wiederum wird die Eigenfrequenz der mechanischen Schwingung dieser Gasstrecke als elektrische Kenngröße gewonnen, die in der o.g. Art starrdigital weiterverarbeitet wird. Die zu wandelnde Meßgröße kann die Länge der Gasstrecke und/oder deren Temperatur und/oder deren Druck verändern und damit die mechanische Schwingfrequenz der Gasstreckenmeßgröße entsprechend zu beeinflussen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Wandeln mechanisch analoger Meßgrößenänderungen in elektrische Signale von digital verwertbarer Form mittels eines durch die Meßgrößenänderung in sdner Eigenfrequenz veränderlichen mechanisch schwingfähigen Wandlers, dadurch gekennzeichnet, daß Größenordnung und Änderungsbereich der mechanischen Eigenschwingungsfrequenz des Wandlerelementes sowie die Zeitdauer der digitalen Auswertungsperiode derart festgelegt sind, daß der im mechanisch schwingenden Element analog/digital umgesetzte Meßwert starrdigital weiterverarbeitbar und bis zur Meßwertausgabe starrdigital weiterleitbar ist, so daß eine Meßwertausgabe unmittelbar in demjenigen Ausgabesystem und Maßsystem erfolgt, welches für die Aussage über den Betrag der zu wandelnden mechanisch-analogen Meßgröße vorgesehen ist

2. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch schwingungsfähige Element mechanisch abgleichbar derart ausgebildet ist, daß die starrdigitale Weiterverarbeitung die Meßwertausgabe im vorgesehenen Maßstab und mit der vorgesehenen Teilschrittgröße ergibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement mit seiner Schwingmasse als Trägheitsmasse einer Beschleunigungsmeßanordnung ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerelement als ein durch eine Trägheitsmasse veränderliches, schwingfähiges Element, bspw. Gasstrecke oder dergleichen ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung der mechanisch-analogen Meßgröße an das Wandlerelement elastische Kopplungsglieder vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der anderen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wandlerelement und Meßwertausgabe eine telemetrische Übertragungsstrecke eingeschaltet ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der anderen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wandlerelement, zuleitungsfreie Stromquelle, Organe zur Ableitung der elektrischen Frequenz, Organe zur Schwingungsanregung des Wandlerelements und ein in bekannter Weise telemetrisch die abgeleitete elektrische Frequenz ausspeisender Teil zu einer Einheit zusammengebaut sind.