DE2244677B1

DE2244677B1 - Anordnung zum elektrischen messen mechanischer groessen

Info

Publication number: DE2244677B1
Application number: DE19722244677
Authority: DE
Inventors: Manfred 6101 Weiterstadt Kreuzer
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1972-09-12
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1974-03-28

Description

Bei Anordnungen gemäß der Gattung des Gegenstandes der Erfindung, wie sie aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 791 050 und der deutschen Auslegeschrift 1 208 896 bekannt sind, wird der am Ausgang des Meßgrößenumformers anstehende Meßwert der dem Eingang des Meßgrößenumformers zugeführten Speisespannung überlagert und über die Speiseleitung zurückübertragen. Auf diese Weise wird der, insbesondere beim Anschluß des Meßgröß enumformers über größere Entfernungen, sonst auftretende unwirtschaftlich große Aufwand für die
durch die Vielzahl von Leitungen für die Speisung des Meßgrößenumformers und die Rückübertragung der Meßsignale erforderlichen vieladrigen Kabel, deren Preis häufig den der Geräte selbst beachtlich übersteigt, ganz wesentlich reduziert. Als Nachteil bei diesen bekannten Anordnungen wird jedoch empfunden, daß die analogen Meßwerte störanfällig sind und bei der Übertragung über lange Leitungen beeinträchtigt, z. B. die Amplituden vermindert, werden und dadurch Meßfehler entstehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Meßgrößenumformer ein Meßwertumsetzer nachgeschaltet ist, der die am Ausgang des Umformers anstehenden analogen Meßwerte in frequenz-oder pulsmodulierte Signale umsetzt, die über ein Ausgangsglied auf die Speiseleitung gegeben werden, und daß die frequenz- oder pulsmodulierten Signale durch ein Entkopplungsglied vom Umformer ferngehalten werden.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß auf der dem Ausgangsglied abgewandten Seite der Leitung, d. h. auf der Seite der Speisespannungsquelle, ein Fühlelement vorgesehen ist, von dem die vom Ausgangsglied auf die Leitung gegebenen Signale einer digitalen oder analogen Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Umsetzer ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer, der die analogen Ausgangssignale des Meßgrößenumformers in frequenzmodulierte sinusförmige Signale umsetzt, die der Speisespannung der Leitung überlagert werden.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Umsetzer ein nach den Pulsfrequenz-, Pulscode- oder dem Pulsdauer-Modulationsverfahren arbeitender oder ein in sonst bekannter Weise analoge Signale in digital codierte Pulssignale umsetzender Umsetzer ist.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung dient als Fühlelement der Innenwiderstand der Speisespannungsquelle. In weiterer Ausgestaltung wird hierbei die am Innenwiderstand auftretende frequenzmodulierte Spannung einem digitalen Frequenzzähler zugeführt, der die in der Zeiteinheit auftretenden Pulse zählt und anzeigt. In weiterer Ausgestaltung ist an Stelle des Frequenzzählers oder zusätzlich zu diesem ein integrierendes Gerät vorgesehen, welches die Spannungs-Zeit-Fläche der am Innenwiderstand auftretenden Pulse pro Zeiteinheit analog erfaßt.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist als Ausgangsglied ein Schalttransistor verwendet, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu den Anschlußpunkten der Leitung angeschlossen ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung besteht das Ausgangsglied aus einem Schalttransistor in Reihenschaltung mit einem Widerstand und gibt bei jedem vom Umsetzer auf die Basis des Schalttransistors gegebenen Ansteuerimpuls einen Stromstroß auf die Leitung.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Ausgangsglied aus einem in der Leitung liegenden Schalttransistor, der im Takt der auf seine Basis vom Umsetzer gegebenen Ansteuerimpulse die Speisung des Meßgrößenumformers zu- und abschaltet.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist als Ausgangsglied eine Konstantstromquelle vorgesehen, die gesteuert von den vom Umsetzer zugeführten Impulsen Stromstöße auf die Leitung gibt.
In zweckmäßiger Weiterbildung einiger der vorstehend genannten Ausführungsformen ist bei Spannungs-Puls-Betrieb der Innenwiderstand der Spannungsquelle hochohmig gewählt oder an Stelle einer Spannungsspeisung eine Konstantstromspeisung verwendet.
In zweckmäßiger Weise kann auch bei Strom-Puls-Betrieb der Innenwiderstand der Speisespannungsquelle niederohmig gewählt sein.
Schließlich ist es vorteilhaft, als Fühlelement eine stromempfindliche Schaltung zu verwenden.
Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Für das Verständnis der Erfindung nicht wesentliche Einzelheiten sind hierbei nicht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild, F i g. 2 eine Ausführungsform für Spannungs-Puls-Betrieb und F i g. 3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen des Senders.
In F i g. 1 wird von einer Speisespannungsquelle 1 mit Innenwiderstand 2 über die Leitungen 3 der mechanisch-elektrische Meßgrößenumformer 4 gespeist. Es können alle geeigneten Meßgrößenumformer verwendet werden, wie z. B. solche mit elektrischen Widerstandsdehnungsmeßstreifen, Potentiometer-Aufnehmer, Induktiv-Aufnehmer u. dgl. Der Ausgang des Meßgrößenumformers 4 ist mit einem Umsetzer 5 verbunden, in welchem das vom Meßgrößenumformer 4 kommende analoge elektrische Signal aufbereitet und moduliert, beispielsweise in ein frequenzmoduliertes Signal umgewandelt wird, dessen Frequenz dem analogen Signal des Meßgrößenumformers proportional ist. An Stelle eines solchen Spannungs-Frequenz-Umsetzers kann auch ein Spannungs-Pulsfrequenz-Umsetzer oder ein nach dem Puls-Code-Modulationsverfahren (PCM) oder dem Pulsdauer-Modulationsverfahren (PDM) arbeitender oder ein sonst in bekannter Weise analoge Signale in modulierte Pulssignale umsetzender Umsetzer vorgesehen sein.
Der Ausgang des Umsetzers 5 ist mit einem Sender 6 verbunden, welcher an den Leitungen 3 angeschlossen und mittels eines Entkopplungsgliedes 7 vom Meßgrößenumformer 4 entkoppelt ist. Der Sender 6 gibt in nachfolgend noch näher beschriebener Weise im Takte der ihm vom Umsetzer 5 zugeführten Signale Spannungs- oder Stromimpulse über die Leitung 3 auf den Innenwiderstand 2. Die auf diese Weise am Innenwiderstand 2 erzeugte frequenz- bzw.
pulsmodulierte Signalspannung ist ein Maß für das am Ausgang des Meßgrößenumformers auftretende analoge Signal und damit für die auf den Meßgrößenumformer einwirkende mechanische Meßgröße M.
Die am Innenwiderstand 2 abzugreifende modulierte Signalspannung wird zur weiteren Verarbeitung herangezogen. Im Beispiel gemäß F i g. 1 ist eine Dekodierschaltung 8 vorgesehen, die die frequenz-bzw. pulsmodulierte Signalspannung dekodiert und in eine der Anzeige 9 gemäße Signalform überführt.
Im Falle, daß die Signalspannung frequenz- oder pulsfrequenzmoduliert ist, kann an Stelle der Dekodierschaltung 8 und der Anzeige 9 ein digitaler Frequenzzähler vorgesehen werden.
Im Falle, daß die Signalspannung pulsfrequenzmoduliert oder pulsdauermoduliert ist, kann an Stelle oder zusätzlich zur Dekodierschaltung 8 und der Anzeigte 9 ein integrierendes InstrumentlO vorgesehen sein, welches eine analoge Auswertung ermöglicht.
Zwischen den zweckmäßigerweise einerseits räumlich zusammengefaßten Geräten 1, 2, 8, 9, 10 und den andererseits zusammengefaßten Geräten 4, 5, 6,7 ist somit nur die sowohl für die Speisung als auch die Übertragung des Meßsignals verwendete Leitung 3 erforderlich.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind in der Zentrale Z die Speisespannungsquelle 1 mit Innenwiderstand 2, in einem Frequenzzähler zusammengefaßte Dekodierschaltung8 und Anzeige9 sowie das integrierende Anzeigeinstrument 10 mit einem der Einstellung des Nullpunktes dienenden Potentiometer 11 zusammengefaßt. Durch gestrichelte Darstellung ist angedeutet, <laß das integrierende Anzeigeinstrument 10 mit dem zugehörigen Potentiometer 11 alternativ zum Frequenzzähler vorgesehen sein kann.
Auf der Aufnehmerseite A erfolgt die Speisung des als Widerstandsdehnungsmeßstreifen-Brücke dargestellten Meßgrößenumformers 4 über das Entkopplungsglied 7, bestehend aus der Diode D1, dem Pufferkondensator C 1 und dem SpannungskonstanthalterS1. Ausgangsseitig ist der Meßgrößenumformer 4 mit dem Spannungs-Puls-Frequenz-Umsetzer 5 verbunden, der die ihm zugeführte Ausgangsspannung der Dehnungsmeßstreifenbrücke4 in ein frequenzmoduliertes Pulssignal umsetzt. Die Ausgangspulse des Umsetzers 5 werden der Basis des Schalttransistors 6 zugeführt, der als Sender arbeitet und bei jedem Ansteuerimpuls die Leitung 3 kurzschließt.
Die demzufolge in der Zentrale Z am Innenwiderstand 2 auftretende frequenzmodulierte Pulsspannung wird wie bereits beschrieben weiterverarbeitet.
Die Umsetzung einer am Ausgang des Mehrgrößenumformers auftretenden Meßspannung U,,efl kann in einfacher Weise dadurch bewirkt werden, daß man Umeß in eine sinus- oder plusförmige Spann nund umsetzt, deren Frequenz proportional zu Umeß ist (Ueß= O+f = o; Umeß = UNenn w>f f fNenn).
Weiterhin kann fmefl linear mit Umeß zusammenhängen, fixes jedoch um eine Mittenfrequenz angeordnet sein (meß = O fmeßMitte; Umel = + UNenn Efmax; Umeß = - UNen,z frnin) An Stelle der an Hand von F i g. 2 erläuterten Aufgabe von Spannungsstößen durch den Sender 6 auf die Leitung 3 kann man, wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, auch Stromstöße auf die Leitung 3 bringen.
Zu diesem Zweck ist gemäß F i g. 3 als Sender ein Schalttransistor T 1 in Reihenschaltung mit einem Widerstand R2 zwischen die Leitungen 3 geschaltet.
Der Schalttransistor T 1 schaltet im Takte der vom Umsetzer 5 kommenden Ansteuerpulse und gibt dementsprechend über den Widerstand R2 Strompulse auf die Leitung 3.
Gemäß Fig. 4 ist ebenfalls zwischen die Leitungen 3 als Sender 6 eine gesteuerte Konstromquelle 1 geschaltet, die, gesteuert durch die Ansteuerpulse vom Umsetzer 5, entsprechende Strompulse auf die Leitung 3 gibt.
In Fig. 5 ist ein Schalttransistor T 2 in Reihe in die Leitung zum Entkopplungsglied 7 gelegt. Die Ansteuerimpulse vom Umsetzer 5 steuern über die Basis den Transistor T2 derart, daß die Leitung 3 entsprechend zu- und abgeschaltet wird.
Bei Spannungs-Puls-Betrieb ist es zweckmäßig, den Innenwiderstand 2 der Speisespannungsquelle 1 möglichst hochohmig zu wählen; noch besser ist es, eine Konstantstromspeisung zu verwenden. Bei Strom-Puls-Betrieb wird der Innenwiderstand 2 der Speisespannungsquelle 1 zweckmäßig niederohmig gehalten. Eine andere günstige Möglichkeit ist es, an Stelle eines ohmschen Widerstandes eine stromempfindliche Schaltung zu verwenden und vermittels dieser die der Meßgröße proportionalen Strompulse auszuwerten.
Die Erfindung vermindert in vorteilhafter Weise den bei bisher bekannten Anordnungen erforderlichen wirtschaftlichen Aufwand für längere Übertragungsleitungen und vermeidet dabei gleichzeitig den bei Ubertragung analoger Signale über lange Leitungen auftretenden Nachteil von Meßwertverfälschung infolge der Längs- und Ableitwiderstände der Zuleitungskabel.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zum elektrischen Messen mechanischer Größen, bestehend aus einem Meßgrößenumformer, dessen Speiseleitung gleichzeitig der Übertragung seiner Ausgangssignale dient, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßgrößenumformer (4) ein Meßwertumsetzer (5) nachgeschaltet ist, der die am Ausgang des Umformers anstehenden analogen Meßwerte in frequenz- oder pulsmodulierte Signale umsetzt, die über ein Ausgangsglied (6) auf die Speiseleitung gegeben werden, und daß die frequenz- oder pulsmodulierten Signale durch ein Entkopplungsglied (7) vom Umformer ferngehalten werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Ausgangs glied (6) abgewandten Seite der Leitung (3), d. h. auf der Seite der Speisespannungsquelle (1), ein Fühlelement (2) vorgesehen ist, von dem die vom Ausgangsglied (6) auf die Leitung (3) gegebenen Signale einer digitalen oder analogen Weiterverarbeitung zugeführt werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (5) ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer ist, der die analogen Ausgangssignale des Meßgrößenumformers (4) in frequenzmodulierte sinusförmige Signale umsetzt, die der Speisespannung der Leitung (3) überlagert werden.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (5) ein nach dem Pulsfrequenz-, Pulscode- oder dem Pulsdauer-Modulationsverfahren arbeitender oder ein in sonst bekannter Weise analoge Signale in digital codierte Pulssignale umsetzender Umsetzer ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühlelement der Innenwiderstand (2) der Speisespannungsquelle (1) dient.
6. Anordnung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die am Innenwiderstand (2) auftretende frequenzmo dulierte Spannung einem digitalen Frequenzzähler (8) zugeführt wird, der die in der Zeiteinheit auftretenden Pulse zählt und anzeigt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Frequenzzählers (8) oder zusätzlich zu diesem ein integrierendes Gerät (10) vorgesehen ist, welches die Spannungs-Zeit-Fläche der am Innenwiderstand (2) auftretenden Pulse pro Zeiteinheit analog erfaßt.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsglied ein Schalttransistor verwendet ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zu den Anschlußpunkten der Leitung (3) angeschlossen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsglied (6) aus einem Schalttransistor (T1) in Reihenschaltung mit einem Widerstand (R 2) besteht und bei jedem von Umsetzer (5) auf die Basis des Schalttransistors (T 1) gegebenen Ansteuerimpuls einen Stromstoß auf die Leitung (3) gibt.
10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs glied aus einem in der Leitung (3) liegenden Schalttransistor be- steht, der im Takt der auf seine Basis vom Umsetzer (5) gegebenen Ansteuerimpulse die Speisung des Meßgrößenumformers (4) zu- und abschaltet.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsglied (6) eine Konstantstromquelle (I) vorgesehen ist, die gesteuert von den vom Umsetzer (5) zugeführten Impulsen Stromstöße auf die Leitung (3) gibt.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Spannungs-Puls-Betrieb der Innenwiderstand (2) der Spannungsquelle (1) hochohmig gewählt oder an Stelle einer Spannungsspeisung eine Konstantstromspeisung verwendet ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 5,9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Strom-Puls-Betrieb der Innenwiderstand 2 der Speisespannungsquelle (3) niederohmiggewähltist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühlelement eine stromempfindliche Schaltung verwendet ist.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrischen Messen mechanischer Größen, bestehend aus einem Meßgrößenumformer, dessen Speiseleitung gleichzeitig der Übertragung seiner Ausgangssignale dient.

Aus P f 1 i e r: »Elektrische Messung mechanischer Größen« (1948), S. 44 bis 46, ist eine Anordnung bekannt, bei welcher ein Schalter einen Stromkreis in Abhängigkeit von einer mechanischen Größe öffnet bzw. schließt und damit Impulse erzeugt, deren Frequenz als Maß für die mechanische Größe ausgewertet wird. In der deutschen Patentschrift 823 944 ist eine Anordnung zum Kontrollieren eines Flüssigkeitniveaus beschrieben, bei welcher eine mit dem einen Pol einer Spannungsquelle verbundene Kontaktnadel zu hin- und hergehenden Bewegungen in Richtung ihrer Längsachse angeregt wird und dabei in eine elektrisch leitende Flüssigkeit taucht, die ihrerseits mit dem anderen Pol der Spannungsquelle in Verbindung steht. Je nach Flüssigkeitsstand entstehen durch das Eintauchen der Nadel Impulse unterschiedlicher Dauer. Die Impulsdauer wird daher als Maß für die Höhe des Flüssigkeitsspiegels herangezogen. Beide bekannte Anordnungen sind einer anderen Gattung als der Gegenstand der vorliegenden Erfindung zuzurechnen. Sie unterscheiden sich vom Erfindungsgegenstand grundsätzlich auch bezüglich Aufgabe und Lösung.