DE2453136B2

DE2453136B2 - Vorrichtung zum Erzeugen von Impulsen mit einer physikalischen Messgröße im wesentlichen direkt proportionaler Impulsfolgefrequenz

Info

Publication number: DE2453136B2
Application number: DE2453136A
Authority: DE
Inventors: Tor Lennart Bernt Taeby Griverus (Schweden)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-11-08
Publication date: 1979-09-20
Also published as: GB1482279A; FR2251134A1; SE7315252L; SE377612B; DE2453136A1; JPS50114267A; JPS5929802B2; FR2251134B1; US3978727A; US4061030A; DE2453136C3; CA1023578A

Description

ίο

•Γ)

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Meßimpulsgebern, die Meßimpulse mit einer von der Meßgröße im wesentlichen linear abhängigen Impulsfolgefrequenz liefern, verläuft die Meßkennlinie, die die Meßgröße in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz darstellt und die Form einer Geraden hat, aufgrund von Reibungs- und sonstigen physikalischen Einflüssen häufig nicht durch den Nullpunkt des von der Meßgröße und der Impulsfolgefrequenz aufgespannten Koordinatensysteme. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten, insbesondere wenn die Meßimpulse aufaddiert und registriert werden sollen.

Aus der DE-OS 19 06 116 ist es bekannt, den von einem Meßimpulsgeber gelieferten Meßimpulsen, die eine von der Meßgröße im wesentlichen linear abhängige Impulsfolgefrequenz aufweisen, Korrekturimpulse mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz zu überlagern, um eine resultierende Impulsfolge zu erzielen, deren Impulsfolgefrequenz mit der Meßgröße durch einen konstanten Faktor verknüpft ist und damit der Meßgröße im wesentlichen direkt proportional ist. Die von einem Korrekturimpulsgeber gelieferten Korrekturimpulse werden dabei einer Torschaltung zugeführt, die von den Meßimpulsen jeweils während einer bestimmten Zeitspanne geöffnet wird. Zur Zusammenfassung der von der Torschaltung durchgelassenen Korrekturimpulse mit den Meßimpulsen ist eine Überlagerungsschaltung vorgesehen. Die aus der DE-OS 19C6 116 bekannte Vorrichtung arbeitet nun nicht mit der für Präzisionsmessungen erforderlichen Genauigkeit, da einmal nicht sichergestellt ist, daß bereits nach Auftreten eines einzigen Meßimpulses die Torschaltung Korrekturimpulse durchläßt und weiterhin auch nicht gewährleistet ist, daß bei der Überlagerung von zeitlich nahe beieinanderliegnden oder sogar zusammenfallenden Meß- und Korrekturimpulsen zwei eindeutig unterscheidbare Impulse erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die von einem Meßimpulsgeber der eingangs beschriebenen Art gelieferten Meßimpulse korrigiert werden können, ohne daß Meßimpulse unberücksichtigt bleiben oder zu wenige oder zu viele Korrekturimpulse erzeugt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden sämtliche Meß- und Korrekturimpulse exakt erfaßt. Die der Torschaltung vorgeschaltete monostabile Kippschaltung sorgt in einfacher Weise dafür, daß die Torschaltung bei Auftreten eines Meßimpulses jeweils nur eine vorgegebene Zeitspanne für die Korrekturimpulse geöffnet wird. Bei der Überlagerung der Meß- und Korrekturimpulse werden zeitlich überlappende Meß- und Korrekturimpulse durch entsprechende Verzögerung eines dieser Impulse getrennt, so daß kein Impuls verlorengeht.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstdand der

Unteranspruch e.

Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt

Fig. 1 ein typisches Beispiel einer Meßkennlinie,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung zur Erläuterung der Korrektur der Meßkennlinie,

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Überlagerung von Meßimpulsen und Korrekturimpulsen,

F i g. 4 ein einfaches Blockschaltbild einer Korrekturschaltung, H)

F i g. 5 und 6 Impulsdiagramms mit der Überlagerung von Meßimpulsen und Korrekturimpulsen entsprechend zwei alternativen Arbeitsverfahren der in F i g. 4 dargestellten Schaltung,

Fig.7 ein Blockschaltbild entsprechend Fig.4 mit is einer detaillierten Darstellung der Korrekturschaltung,

F i g. 8 ein Impulsdiagramm, aus dem die Formung der Meß- und Korrekturimpulse hervorgeht,

Fig.9 ein Impulsdiagramm mit der Überlagerung von Meß- und Korrekturimpulsen, und

Fig. 10 ein detailliertes Blockschaltbild einer Überlagerungsschaltung, weiche Teil der Schaltung von F i g. 7 ist.

DJe beim Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten, die in der Einleitung schon angedeutet worden sind, sollen anhand von F i g. 1 kurz dargestellt werden. F i g. 1 zeigt die Kennlinie eines Meßinstrumentes. Bei diesem Meßinstrument handelt es sich um einen Meßwandler, welcher eine Impulskette abgibt, wobei die Frequenz der Impulse linear proportional zur Meßgröße ist

Es wird beispielsweise ein Durchflußmesser zum Messen eines Durchflußvolumens q (mVs) gewählt, in welchem der Wandler in Form eines Rotors oder einer zirkulierenden (Umlaufbahn) Kugel realisiert ist. Die Drehungen (Frequenz / (Hz)) des Rotors werden in bekannter Weise gemessen. Als Kennlinie erhält man eine Gerade, welche in F i g. 1 als die Linie A dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Gerade A von einem unteren Wert /„,;„, entsprechend dem geringsten to Durchflußvolumen q_mj_n startet. Dieser Wert stellt das kleinste Durchflußvolumen dar, bei dem das Meßinstrument anspricht oder welches in der Praxis gemessen werden soll. Anders ausgedrückt, q_mm bestimmt die untere Grenze des Arbeitsbereiches. Wird die Gerade Λ verlängert (unterbrochene Linie), dann schneidet sie aufgrund verschiedener Widerstandsfaktoren, in erster Linie handelt es sich dabei um hydraulische Verluste, die Ordinate in einem Punkt P unterhalb des Koordinatenursprungs.

Es sei darauf hingewiesen, daß es auch Fälle gibt, wo die gerade Kennlinie die Ordinate oberhalb des Ursprungs schneidet, so wie durch die Linie A 'in F i g. 1 im Punkt P' gezeigt Es gibt verschiedene physikalische Meßwandler, welche dieses Merkmal besitzen. Soweit es sich dabei um Durchflußmesser handelt, sind es solche vom hydrodynamischen Oszillatortyp, beispielsweise Wirbei-Durchflußmesser, welche keine beweglichen Teile besitzen und deren Kennlinien die Ordinate oberhalb des Ursprungs schneiden. Hinsichtlich dieser wi Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob der Schnittpunkt oberhalb oder unterhalb vom Koordinatenursprung liegt, was aus den folgenden Erläuterungen eindeutig hervorgehen wird.

Die Impulse werden normalerweise in einem (>·> Summierglied aufsummiert. Da die Linie A eine Gerade ist, ist die Frequenz /"proportional zum Durchflußvolumen q. Die Gerade A schneidet jedoch nicht den Ursprung, woraus hervorgeht, daß die Frequenz /"zum Durchflußvolumen q nicht direkt proportional ist Zur Kompensation einer Proportionalitätsabweichung wird das Summierglied normalerweise so eingestellt daß seine Kennlinie (Linie B in Fig. 1) eine solche Steigerung <x erhält daß sie die Kennlinie A des Wandlers etwa in der Mitte qwai des gewünschten Arbeitsbereiches schneidet Das heißt das Summierglied erhält einen Proportionalitätsfaktor K = tan «. Bei diesem Verfahren treten ganz offensichtlich Meßfehler auf, welche zu den Grenzen des Arbeitsbereiches hin zunehmen. Da in vielen Fällen nur kleine Fehler zulässig sind, schrumpft der Arbeitsbereich auf einen sehr kleinen Abschnitt a\ in F i g. 1 zusammen. Dies bringt natürlich bei der praktischen Anwendung große Schwierigkeiten mit sich.

Im vorliegenden Fall sol! eine vollständige Korrektur der Wandlersignale erzielt werden. Das bedeutet daß die Wandiersignaie nicht nur proportional, sondern sogar direkt proportional zur Meßgröße sind, ohne daß das Meßgerät an Meßgenauigkeit verliert Anders ausgedrückt, die Verlängerung der Kennlinie soll den Koordinatenursprung schneiden. Diese Korrektur wird nach einem im Grunde einfachen Prinzip erreicht, indem der Wandlerfrequenz eine bestimmte, einstellbare Korrekiurfrequenz überiagert wird, wobei die Kennlinie nach oben verschoben wird. Nach der Verschiebung geht die Verlängerung der Kennlinie durch den Ursprung. Dieser Sachverhalt ist in F i g. 2 dargestellt, wo die nicht korrigierte Frequenzkennlinie des Wandlers durch die Gerade /^(entsprechend der Geraden A in Fig. 1) dargestellt ist während die korrigierte Frequenzkennlinie durch die Gerade fgkorr wiedergegeben wird. Die zur Wandlerfrequenz addierte konstante Frequenz ist durch /i angegeben. Damit erhält man:

tgkorr

-f_r+fk

Innerhalb des Arbeitsbereiches, der von einem unteren Wert f_mi„ bis zu einer gewünschten oberen Grenze f_max reicht und in F i g. 2 mit a gekennzeichnet ist, ist die korrigierte Wandlerfrequenz fgkorr direkt proportional zur Meßgröße q, und zwar über den gesamten Arbeitsbereich hinweg. Aufgrund der obigen Erläuterungen ist einzusehen, warum es ohne Bedeutung ist, ob die nicht korrigierte Kennlinie die Ordinate unterhalb oder oberhalb des Koordinatenursprungs schneidet (Geraden A und A' in Fig. 1). Im zuletzt genannten Fall muß die erforderliche Korrekturfrequenz von der nicht korrigierten Wandlerfrequenz lediglich subtrahiert statt dazu addiert werden. Der Begriff »Überlagerung« und seine Ableitungen werden in dieser Beschreibung und in den Patentansprüchen in ihrem allgemeinen gültigen mathematischen Sinn gebraucht, was bedeutet, daß die betrachteten Größen mit geeigneten Vorzeichen kombiniert werden.

Um die gewünschte parallele Versetzung der Wandlerkennlinie zu erzielen, liefert ein Impulsgenerator Impulse mit der gewünschten Korrekturfrequenz /*. Der Impulsgenerator ist mit dem Wandlerausgang verbunden. Für diese Verbindung bestehen einige definierte Bedingungen, welche bei der Frequenzüberlagerung für die gewünschte parallele Versetzung der Wandlerkenriiinie eingehalten werden müssen. Die drei wichtigsten Bedingungen sind: Erstens dürfen keine Korrekturimpulse gesendet werden, wenn keine Wandlerimpulse auftreten, wobei diese Bedingung auch so formuliert werden kann, daß Korrekturimpulse nur nach dem Absenden eines Wandlerimpulses abgegeben

werden dürfen; zweitens dürfen ein Wandlerimpuls und ein Korrekturimpuls zeitlich nicht zusammenfallen, weil das Addierwerk dann nur einen einzigen Impuls registrieren würde, während eine korrekte Überlagerung zwei registrierte Impulse verlangt, wobei Korrekuirimpulse, welche vollständig oder teilweise zusammenfallen, deshalb getrennt werden müssen, so daß das Addierwerk auch tatsächlich zwei Impulse unterscheiden kann; drittens dürfen Korrekturimpulse nach dem Anhalten des Meßwandlers oder nach dem Unterschreiten des unteren Grenzwertes f_m,„ des Arbeitsbereiches nicht mehr gesendet werden, d. h. die jedem Wandlerimpuls folgenden Korrekturimpulse müssen außerhalb der unteren Grenze auf eine maximale Anzahl begrenzt werden.

Die Bedingungen sollen nun in Verbindung mit F i g. 3 im einzelnen diskutiert werden. Fig. 3 zeigt die auftretenden Wandler und Korrekturimpulse über der Zeitachse. Die Wandlerimpulse sind über der Zeitachse »a«, die Korrekturimpulse über der Zeitachse »b« und die überlagerten Impulse über der Zeitachse »c« dargestellt. F i g. 3 zeigt den Fall, bei dem sich die Wandlerfrequenz ihrem unteren Grenzwert nähert, wobei g\ einen Vorimpuls darstellt, während gi einen Endimpuls wiedergibt, der mit der Frequenz f_mm gesendet worden ist. Der Impuls g₃ tritt möglicherweise später außerhalb des Arbeitsbereiches auf. Die Korrekturimpulse ku &2 usw. werden in regelmäßigen Abständen gesendet. Entsprechend der oben zuletzt genannten Bedingung muß die Korrekturimpulskette nach dem letzten Wandlerimpuls g2 abgebrochen werden, wobei dieser Abbruch nicht gleichzeitig mit dem Auftreten des Impulses gj, sondern nach der Übertragung einer bestimmten Anzahl η von Korrekturimpulsen, entsprechend dem Zeitintervall zwischen dem Vorimpuls g\ und dem Impuls gj erfolgen muß. Hat die niedrigste Wandlerfrequenz den Wert f_mm. dann besitzt das maximale Zeitintervall zwischen den Wandlerimpulsen den Wert t_mBX, d. h. an der Grenze des Arbeitsbereiches gilt die Beziehung l_msx=\/fmin- Hat die Korrekturfrequenz den Wert /*, dann ist die Anzahl η der Korrekturimpulse während dieses Zeitintervalls gleich 'ma. ■ h oder fk/fmin- In F i g. 3 ist durch die senkrechte unterbrochene Linie S angedeutet, daß die Abgabe der Korrekturimpulse nach η solchen Impulsen, die nach dem letzten Wandlerimpuls gi gesendet worden sind, abgebrochen wird. Auf der Zeitachse »c« in F i g. 3 ist die korrigierte Impulskette unmittelbar vor dem Anhalten des Wandlers dargestellt.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß fmm im allgemeinen den untersten Punkt im geradlinigen Teil der Wandlerkennlinie darstellt Wie schon angedeutet, werden in Wirklichkeit bei bestimmten Fällen Wandlerimpulse auch noch mit einer niedrigeren Frequenz als /„,/„ gesendet, aber dann in einem nicht linearen Bereich außerhalb des Arbeitsbereiches. In dem speziellen benutzten Anwendungsbei spiel mit Durchflußmessern könnte das Medium eine so hohe Viskosität besitzen, daß bei einem sich verringernden Durchfluß der Wandler Impulse abgibt, weiche von der linearen Kennlinie abweichen und an einem Punkt f'min, so wie in Fig.2 angedeutet, enden. Bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung ist jedoch fmm immer so berechnet daß dieser Punkt am Ende des geradlinigen Teils der Kennlinie liegt Es sei ferner darauf hingewiesen, daß sich im Prinzip nichts ändert wenn eine Frequenzmultiplikation verwendet wird, d. h., wenn das Ausgangssignal des Wandlers mit einem Faktor u multipliziert wird. Die Frequenz 4 ist dabei mit dem Faktor u multipliziert und das Verhältnis fk/fmin= η bleibt unverändert.

Fig.4 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild einer

^ri elektronischen Schaltung, mit deren Hilfe das dieser Erfindung entsprechende Verfahren ausgeführt werden kann. Ein Wandler 1, so wie oben beschrieben, liefert eine Impulskette mit einer Frequenz, welche proportional zur Meßgröße, beispielsweise dem Durchflußvolu-

Hi men eines Durchflußmesser, ist. Der Ausgang des Wandlers ist mit dem Eingang einer Korrekturschaltung 2 und mit dem Steuereingang einer Gatterschaltung 3 verbunden. Der Ausgang der Schaltung 3 ist mit dem zweiten Eingang der Korrekturschaltung 2 gekoppelt.

!^r. Ein Impulsgenerator 4 zum Erzeugen von Korrekturimpulsen ist mit einem zweiten Steuereingang der Gatterschaltung 3 verbunden. Der Einfachheit halber sind die vier Komponenten als getrennte Einheiten dargestellt, obgleich sie in der Praxis auf verschiedenste Art und Weise zusammengebaut sein können, möglicherweise alle vier in einer einzigen integrierten Schaltung.

In Übereinstimmung mit den obigen Erläuterungen werden die Impulse des Wandlers 1 und die Korrektur-

r> impulse des Generators 4 in der Korrekturschaltung 2 überlagert und zu einem Zähler oder Addierwerk (nicht dargestellt) übertragen. Wie oben erwähnt, ist es mit einer einfachen Überlagerung der Impulse jedoch nicht getan. Vielmehr sorgt die Korrekturschaltung 2

«ι zusammen mit der Gatterschaltung 3 dafür, daß die angegebenen Bedingungen für die Überlagerung eingehalten werden.

Es soll nun zuerst die »Trennbedingung« betrachtet werden, welche festlegt, daß zwei Impulse aus dem

r. Wandler 1 und aus dem Impulsgenerator 4 nicht als einziger Impuls weitergegeben werden dürfen, auch wenn sie gleichzeitig auftreten. Die beiden Impulse müssen vielmehr getrennt werden. Diese Bedingung erfüllt die Korrekturschaltung, welche einen Speicher

4(i enthält, der gleichzeitig auftretende Impulse speichert und nacheinander ausgibt. Wird gerade ein Impuls ausgegeben, wenn ein anderer Impuls zur Korrekturschaltung fließt, dann wird der neue Impuls im Speicher in eine Warteschlange eingereiht. Dieser neue Impuls wird erst übertragen, wenn ein bestimmtes Zeitintervall nach beendeter Ausgabe des vorausgehenden Impulses verstrichen ist, um eine ausreichende Trennung der beiden aufeinanderfolgenden Impulse zu erreichen, so daß das Addierwerk mit Sicherheit zwei Impulse »erkennt«.

Die übrigen Bedingungen für die Überlagerung werden von der Gatterschaltung 3 überwacht. Die Koordination zwischen den beiden Impulsketten erfordert daß einerseits die Korrekturimpulse nicht um ihrer selbst willen, sondern kontinuierlich in Abhängigkeit von zuerst auftretenden Wandlenmpulsen übertragen werden, und daß andererseits die Korrekturimpulse begrenzt werden, wenn die Wandlerimpulse so selten erscheinen, daß die untere Grenze des Meßbereiches

er. unterschritten wird. Die Prioritätsbedingung für die Wandlerimpulse wird von der Gatterschaltung erfüllt welche die Korrekturimpulse abblockt oder hindurchläßt und sich nur nach Ansteuerung durch einen Wandlerimpuls öffnet Für die letzte Bedingung muß das

6f Gatter in der Lage sein, die Korrekturimpulskette zu unterbrechen, wenn kein Wandlerimpuls vorhanden ist d. h. wenn dem Impuls gi in F i g. 3 innerhalb der Zeit t_max kein Impuls g) folgt Sollten jedoch ein oder mehrere

solcher »spaten« Impulse auftreten, dann darf nur eine bestimmte Anzahl von Korreklurimpulsen für jeden solchen Wandlerimpuls hindurchfließen. Das Gatter kann dabei auf zwei verschiedene Arten eingesetzt werden, d. h. seine Funktion beruht entweder auf einer Zeitmessung oder auf einer Impulszählung.

Ein Zeitsteuerungsgatter 3 arbeitet so, daß jeder Wandlerimpuls das Gatter ansteuert und es für ein bestimmtes maximales Zeitintervall t_max öffnet. Dieses Zeitintervall entspricht gemäß den obigen Erläuterungen dem invertierten Wert von C_mi„. Nimmt die Wandlerfrequenz über den Wert von f_min zu, so bleibt das Gatter ständig offen.

Diese Situation ist in Fig.5 dargestellt, wo das Ausgangssignal des Wandlers auf der Zeitachse »a« und die Gatterfunktion auf der Zeitachse »a« dargestellt ist. Die Zeitachse >>ä« zeigt die Zeitintervalle tmax, während der das Gatter geöffnet ist. Die Korrekturimpulse sind auf der Zeitachse »b« und das resultierende Ausgangssignal der Korrekturschaltung auf der Zeitachse »c« dargestellt. Es ist einzusehen, daß der Impuls g\ das Gatter öffnet und dieses dann einen nachfolgenden Korrekturimpuls k\ hindurchläßt. Der nächste Wandlerimpuls g 2 soll, dies wird hier angenommen, erst nach der Zeit tmar kommen, weil der Wandler für einen Augenblick stehengeblieben ist. Dadurch hatte das Gatter Zeit zu schließen. Der Impuls g'i öffnet es jedoch wieder, so daß der nachfolgende Korrekturimpuls hindurchfließen kann. Der Korrekturimpuls kj, der dann folgt, wird nicht mehr hindurchgelassen, weil das Gatter wieder genügend Zeit hatte, zu schließen.

F i g. 6 zeigt die Bedingungen für ein Gatter, das eine Impulszählung durchführt. Das bedeutet, daß es fortwährend höchstens eine bestimmte Anzahl von Korrekturimpulsen hindurchläßt. Die Anzahl η ergibt sich aus der Beziehung n=f_klf_mi„. In diesem Fall wird angenommen, daß /7=3. Wie in Fig. 5 sind die Wandlerimpulse auf der Zeitachse »a«, die Korrekturimpulse auf der Leitachse »b« und die überlagerten Impulse auf der Zeitachse »c« dargestellt. Die Wandlerimpulse g\ und g₂ öffnen das Gatter und es können jeweils drei Korrekturimpulse hindurchfließen. Danach wird der Eingang, so wie durch die Linie 5 angedeutet, gesperrt weil kein weiterer Wandierimpuis auftrat. Sollte ein späterer Impuls gz erscheinen, dann löst er selbst drei Korrekturimpulse aus. Dieser Zustand ist rechts von der Linie S durch gestrichelte Linien dargestellt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sowohl in F i g. 3 als auch in F i g. 6 die Korrekturfrequenz größer als die Wandlerfrequenz aus Gründen der Einfachheit und zum besseren Verständnis angenommen worden ist. In der Praxis liegen beide Frequenzen in der gleichen Größenordnung, d. h. n*= 1.

Das zuletzt beschriebene Verfahren stellt eine gewisse Näherungslösung dar, weil die gegebene Zahl der Impulse, die das Gatter hindurchläßt, der vorher definierten Zahl n=fklf_mm entsprechen soll. Der Quotient muß daher zur nächsten positiven ganzen Zahl gerundet werden. Ohne große Schwierigkeit kann das Gatter jedoch so modifiziert werden, daß der Durchschnittswert der Zahl der hindurchgelassenen Impulse den gewünschten Wert π erreicht Für diesen Zweck wird das Gatter von einem Speicher unterstützt, der es veranlaßt, eine solche Zahl von Impulsen hindurchzulassen, welche manchmal etwas größer und manchmal etwas kleiner als die Zahl η ist, so daß der Durchschnittswert mehrerer Durchläufe gegen π konvergiert.

Ein einfaches numerisches Beispiel verdeutlicht dieses Prinzip. Angenommen, der Quotient /i//"_m,_m d. h. die gewünschte Anzahl η von Korrekturimpulsen, ist 2,6, was gleichbedeutend ist mit 13/5 oder 23/5. Das Gatter soll dann dreimal jeweils drei Korrekturimpulse und zweimal nur jeweils zwei Korrekturimpulse hindurchlassen, bezogen auf fünf Durchläufe. Der Durchschnittswert für eine längere Serie von Wandlerimpulsen beträgt dann offensichtlich 2,6.

F i g. 7 bis 10 zeigen eine praktische Ausführungsform der Schaltung von F i g. 4. F i g. 7 zeigt die Schaltung in stärkerer Auflösung, wobei die Komponenten 1 —4 in Blöcken mit unterbrochenen Linien dargestellt sind. Ein Wandler 10 liefert ein analoges Signal 12, dessen Größe durch das Wandlerelement bestimmt wird. Das Signal 12 wird in einen Impuls mit Hilfe eines kombinierten Verstärkers und Impulsformers 14 umgesetzt. Ein Korrekturgenerator 24 erzeugt eine Korrekturfrequenz 22, welche im Sinne der obigen Erläuterung so eingestellt ist, daß die Korrekturimpulse bei einer Überlagerung mit den Wandlerimpulsen für die gewünschte Verschiebung der Wandlerkennlinie, so wie oben beschrieben, sorgen. F i g. 8 zeigt ein Beispiel mit verschiedenen Impulsen, wobei oben in F i g. 8 das Signal dargestellt ist, welches durch den Impulsformer 14 in das Rechteck-Signal 16 umgeformt wird. Der Impulsgenerator 24 liefert ein rechteckförmiges Korrektursignal 22. Ein Impuls kann als eine Serie von Potentialänderungen betrachtet werden, d. h. das Signal wechselt zwischen einem niedrigen und einem hohen Pegelwert, so wie durch H und L in F i g. 8 angedeutet. Die Impulsdauer ist die Zeit, in der das Signal einen hohen Pegelwert besitzt.

Die oben erwähnte Gatterschaltung 3 enthält entsprechend F i g. 7 eine Öffnungseinheit 18 zusammen mit einem UND-Gatter 28. Diese Kombination beachtet die beiden Bedingungen hinsichtlich der Priorität der Wandlerimpulse, d. h., daß Korrekturimpulse nur hindurchgelassen werden, wenn zuerst ein Wandlerimpuls aufgetreten ist, und hinsichtlich der Unterbrechung oder Begrenzung der Korrekturimpulse, wenn die Wandlerimpulse ausbleiben oder mit einer Frequenz unterhalb fmin gesendet werden, d. h., wenn der Wandler seinen Arbeitsbereich verläßt, wo die Kennlinie geradlinig ist. Die Wandlerimpulse 16 fließen vom Verstärker und Impulsformer 14 zur oben erwähnten Korrekturschaltung 2, welche eine Trenn- und Addiercinheii 20 enthält, die im einzelnen in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben wird. Jeder Impuls steuert außerdem die Öffnungseinheit 18 an, welche ein Signal 26 mit einer bestimmten maximalen Dauer entsprechend der vorher definierten Zeit t_max liefert. Ist das Zeitintervall zwischen den Wandlerimpulsen kürzer als t_ms,_x, dann liefert die Öffnungseinheit 18 ein kontinuierliches Signal 18, d. h. der Ausgang bleibt auf einem hohen Pegelwert Dieser Sachverhalt ist in F i g. 9 dargestellt, wo verschiedene Signale der Schaltung von F i g. 7 wiedergegeben sind. Die Zeitachse ist zum besseren Verständnis etwas gedehnt worden. Zunächst wird angenommen, daß keine Wandlerimpulse auftreten. Das Signal 26 befindet sich daher auf einem niedrigen Pegelwert (Pegel 0). Erscheint ein Wandlerimpuls 16', dann steuert er die Öffnungseinheit an, so daß ihr Signalpegel auf einen hohen Wert 26' geht der durch den nachfolgenden Wandlerimpuls 16" beibehalten wird. Würde der Impuls 16" nicht auftreten, dann würde das Signal 26 nach dem Zeitintervall t_max auf den Pegelwert 0 zurückfallen, so wie durch die unterbrochene Linie in F i g. 9 gezeigt

Das Signal 26 fließt zum UND-Gatter 28, welches auch die Korrekturimpulse 22 erhält. Damit diese Impulse durch das Gatter hindurchfließen können, müssen beide Eingänge auf einem hohen Pegelwert stehen. Dies ergibt sich ganz einfach aus den Betriebsbedingungen für diese Art von Gatter. Am Ausgang des Gatters 28 erscheinen Impulse 30 entsprechend den Impulsen 22 des Korrekturgenerators 24 nur solange, wie das Signal 26' einen hohen Pegelwert besitzt. Das Ergebnis der Überlagerung geht auch aus F i g. 9 hervor. Ein Korrekturimpuls 22' kann nicht durch das UND-Gatter 28 fließen, weil das Signal 26 einen niedrigen Pegelwert aufweist, wenn das Signal 22' erscheint. Der folgende Korrekturimpuls 22" geht hindurch und erscheint als ein Impuls 30', der dann auch durch die Trenn- und Äddierschaltung 20 Fließt. Diese Schaltung läßt die Wandlerimpulse 16 und die Korrekturimpulse 30 frei hindurch, solange sie zeitlich exakt getrennt sind. Fallen sie zusammen oder liegen sie zu nahe beieinander, dann werden sie von der Einheit 20 getrennt. Ein resultierendes Ausgangssignal 32 erhält die in F i g. 9 ganz unten gezeigte Gestalt,d. h. die Form einer Impulskette 32 mit einem ersten Impuls 32' entsprechend dem Wandlerimpuls 16', einem zweiten Impuls 32" entsprechend dem Korrekturimpuls 30', einem dritten Impuls 32'" entsprechend dem Wandlerimpuls 16" usw.

Die Trenn- und Addierschaltung 20 (siehe Fig. 10) enthält drei Differenzierglieder 40, 42 und 44, ein ODER-Gatter 46, zwei Impulsgeneratoren 48 und 50, einen Inverter 52, einen Speicher 54 und zwei UND-Gatter 56 und 58. Die Einheit 20 erhält Wandler- und Korrekturimpulse 16 und 30 und liefert die resultierenden Impulse 32. Die Schaltung ist so konstruiert, daß sie auf die vordere Flanke der ankommenden Impulse reagiert, d. h. auf den Potentialsprung von einem niedrigen auf einen hohen Wert. Ein ankommender Impuls 16 oder 30 wird durch die Differenzierglieder 40 und 42 differenziert, d. h. diese Differenzierglieder liefern für jeden empfangenen Impuls einen sehr schmalen Impuls (Nadelimpuls), der zeitlich mit der vorderen Flanke des ankommenden Impulses zusammenfällt. Dieser kurzdauernde Impuls passiert das ODER-Gatter 46 und startet die beiden impuisgeneraloren 48 und 50, welche jeweils einen Impuls aussenden. Die Impulsdauer τ\2 des Generators 50 ist etwas größer als die Impulsdauer τ\ des Generators 48. Nach der Ansteuerung der Generatoren befinden sich ihre Ausgangssignale auf einem hohen Pegelwert und wenn nun ein Impuls ankommt, während der Generator 48 einen Impuls überträgt, dann wird dieser zu früh eintreffende Impuls zum Speicher 54 über ein UND-Gatter 56 geleitet. Das UND-Gatter 56 ist zu diesem Zeitpunkt offen, weil seine beiden Eingänge auf einem hohen Pegelwert liegen (das Ausgangssignal des Generators 50 ist in diesem Augenblick auch auf einem hohen Pegel wert). Der Speicher, der den Impuls über seinen Speichereingang 54s erhält, steuert über seinen Ausgang das UND-Gatter 58. !n dem betrachteten Augenblick ist das Eingangssignal für dieses Gatter aus der Schaltung 54 auf einem hohen Pegelwert. Ist nun die Impulszeit r₂ abgelaufen, d. h. das Signal des Impulsgenerators 50 fällt von einem hohen auf einen niedrigen Pegelwert, dann gelangt dieser Potentialsprung über den Inverter 52, dessen Ausgangssignal von einem niedrigen auf einen hohen Pegelwert geht, zum ODER-Gatter 46, wobei das UND-Gatter 58 durchlaufen werden kann, weil seine beiden Eingänge auf einem hohen Pegel liegen. Das Signal erreicht das Gatter 46 über das Element 44, welches eine Umwandlung in einen sehr kurzen Impuls oder Nadelimpuls der gleichen Form, wie aus den Elementen 40 und 42, bewirkt. Dieser Impuls, der den Speicher 54 über den Rücksetzeingang 54c zurücksetzt, kann nun ungehindert zum Ausgang 32 fließen, und zwar exakt getrennt vom dicht vorausgehenden Impuls. Die Trennung geschieht aufgrund der Verzögerung in dem beschriebenen Rückkopplungsweg über den Speicher 54. Es ist einzusehen, daß der Grund

ίο dafür, warum die Impulsdauer T₂ etwas länger als die Impulsdauer ri sein soll, darin liegt, sicherzustellen, daß ein bei den Generatoren 48 und 50 ankommender Impuls nicht dadurch unterdrückt wird, weil bei einem inaktiven Generator 50 und bei einem aktiven Generator 48 (d.h. Tr₂<ti) der Generator 50 ohne Wirkung auf den Ausgang 32 angesteuert und der Impuls nicht im Speicher 54 gespeichert wird.

In der oben beschriebenen Schaltung arbeitet die Öffnungseinheit 18 so, daß in Abhängigkeit von Wandlerimpulsen der Durchlauf von Korrekturimpulsen 30 zur Schaltung 20 bestimmt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Zeit f_ma*· Wie bereits erwähnt, ist es jedoch auch möglich, die größte Anzahl erlaubter Korrekturimpulse nach jedem Wandlerimpuls zu

bestimmen und die Öffnungseinheit 18 in Übereinstimmung damit zu modifizieren.

In der beschriebenen Vorrichtung wird also angenommen, daß die Überlagerung der Korrekturfrequenz und der Wandlerfrequenz eine Addition der beiden Frequenzen bedeutet. Wie bereits in der Einleitung festgestellt, gibt es auch Fälle, bei denen die Korrekturfrequenz von der Wandlerfrequenz abgezogen werden muß. Dieser Fall stellt technisch einen einfacheren Fall dar als die Addition. Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung kann ohne Schwierigkeit zur Durchführung einer solchen Subtraktion ausgelegt werden. So kann beispielsweise ein herkömmlicher, vorher gesetzter Zähler als eine Art »Eliminator« für die Wandlerimpulse eingesetzt werden, indem er fortwährend durch die Korrekturimpulse auf einen bestimmten Wert η (ζ. B. 1,2 oder 3) gesetzt wird, wobei aufgrund dieses Wertes eine entsprechende Anzahl von Wandlerimpulsen nacheinander eliminiert wird, und zwar durch einen Rückwärts-Zählvorgang des vorher gesetzten Zählers, bevor nachfolgende Impulse wieder zum Ausgang hindurchfließen können. Die notwendige Trennung der Korrektur- und Wandierimpuise kann beispielsweise in der gleichen Art geschehen, wie in der in Fig. 10 gezeigten Schaltung, indem man Impulsgeneratoren mit etwas anderen Impulszeiten benutzt.

Ein großer Vorteil der dieser Erfindung entsprechenden Vorrichtung und des zugrundeliegenden Verfahrens liegt darin, daß die Generatorschaltung für die Korrekturimpulse leicht modifiziert werden kann, um die Frequenz der Korrekturimpulse zu ändern und damit sich verändernde äußere Bedingungen zu kompensieren. Einflüsse auf die Meßergebnisse lassen sich dadurch verhindern. In Durchflußmessern beispielsweise können unterschiedliche Temperaturen eine

to Änderung der Viskosität des hindurchfließenden Mediums und damit Meßfehler verursachen. Dies läßt sich korrigieren, indem man die Temperatur zur Regelung der Frequenz der Korrekturimpulse benutzt Ferner kann die Frequenz zum Ausgleich von bei der Herstellung verschiedener Exemplare des gleichen Wandlertyps auftretenden Abweichungen benutzt werden, um die Genauigkeit jedes einzelnen Instrumentes bestmöglich einzustellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Impulsen mit einer physikalischen Meßgröße im wesentlichen direkt proportionaler Impulsfolgefrequenz, mit

a) einem Meßimpulsgeber zur Erzeugung von Meßimpulsen mit einer von der Meßgröße im wesentlichen linear abhängigen Impulsfolgefrequenz,

b) einem Korrekturimpulsgeber zur Erzeugung von Korrekturimpulsen einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz,

c) einer von den Meßimpulsen jeweils während einer bestimmten Zeitspanne für die Korrekturimpulse geöffneten Torschaltung,

d) einer Überlagerungsschaltung zur Zusammenfassung der von der Torschaltung durchgelassenen Korrekturimpulse mit den Meßimpulsen zu einer resultierenden Impulsfolge, deren Impulsfolgefrequenz mit der Meßgröße durch einen konstanten Faktor verknüpft ist,

g-e kennzeich net durch

e) eine eingangsseitig mit den Meßimpulsen beaufschlagte und ausgangsseitig an den Steuereingang der Torschaltung (28) angeschlossene monostabile Kippschaltung (18), sowie

f) einen in der Überlagerungsschaltung (20) enthaltenen Schaltkreis (44, 46, 50, 52, 54, 56, 58) zur Trennung von zeitlich überlappenden Meß- und Korrekturimpulsen durch entsprechende Verzögerung eines dieser Impulse.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, während der sich die monostabile Kippschaltung (18) im astabilen Zustand befindet, gleich dem maxim?l noch zulässigen Abstand zwischen zwei Meßimpulsen gewählt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsschaltung ein ODER-Glied (46), das über jeweils eine Differenzierschaltung (40, 42) mit den Meßimpulsen sowie den von der Torschaltung (28) durchgelassenen Korrekturimpulsen beaufschlagt ist, sowie eine erste an den Ausgang des ODER-Gliedes (46) angeschlossene Impulsformerschaltung (48) umfaßt, und daß der Schaltkreis eine ebenfalls an den Ausgang des ODER-Gliedes (46) angeschlossene zweite Impulsformerschaltung (50), ein an den Ausgang des Oder-Gliedes (46) sowie den Ausgang der zweiten Impulsformerschaltung (50) angeschlossenes erstes UND-Glied (56), einen ebenfalls an den Ausgang der zweiten Impulsformerschaltung (50) angeschlossenen Inverter (52) und einen an seinem Speichereingang (54s) von dem ersten UND-Glied (56) beaufschlagten Speicher (54) aufweist, dessen Ausgang mit einem zugleich auch von dem Inverter (52) beaufschlagten zweiten UND-Glied (58) und dessen Löscheingang (54c) mit einem von dem zweiten UND-Glied (58) gespeisten weiteren Differenzierglied (44) verbunden ist, das zugleich auch an das ODER-Glied (46) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der von der zweiten Impulsformerschaltung (50) abgegebenen Impulse größer ist als die Dauer der von der ersten !mpulsformerschaltung abgegebenen Impulse.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz der Korrekturimpulse in Abhängigkeit von einem die Meßgröße beeinflussenden Parameter wie z. B. der Temperatur gesteuert ist.

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