DE2641795B2

DE2641795B2 - Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenzdrttcken

Info

Publication number: DE2641795B2
Application number: DE19762641795
Authority: DE
Inventors: Pier-Carlo 6000 Bergen-Enkheim Rabino; Gerd 6365 Rosbach Volkmann
Original assignee: Nord-Micro Elektronik Feinmechanik 6000 Bergen-Enkheim GmbH
Current assignee: Nord-Micro Elektronik Feinmechanik 6000 Bergen-Enkheim GmbH
Priority date: 1976-09-17
Filing date: 1976-09-17
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2641795C3; DE2641795A1

Description

a) der an den Meßwandler angekoppelte Impuls- '' zähler (21) zählt η Perioden des Meßwandlers und erzeugt bei seiner Füllung ein ilberlaufsignal,

bj ein stilisierter Oszillator (4) mit einer höheren Frequenz als die des Meßwar.dlers ist an einen - * zweiten Zähler (23) angeschlossen;
'f c) dem durch ein Überlaufsignal des ersten Zählers (21) getriggerten zweiten Zähler (23) ist ein Binärwandler (24) mit einer Registereinheit (25) nachgeschaltet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähler (21, 23) als mehrstellige BCD-Zähler ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Zähler ein Inverter (5) nachgeschaltet ist, daß eine Einrichtung zur Einstellung eines Sollwertes vorgesehen ist, der einem dem Inverter nachgeschalteten Vergleicher (6) zugeführt wird, welchem seinerseits ein Ausgabe- J5 register nachgeschaltet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Inverter (51) eine Anzeigevorrichtung nachgeschaltei ist, die Mittel zum Unterdrükken der untersten Zählerstellen enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprocessor (7) zur weiteren Auswertung der Meßdaten und gegebenenfalls deren Speicherung verwendet wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergleicher (6) ein D/A-Wandler (12) nachgeschaltet ist, der über einen Analogschalter (13) einen Servoverstärker (14) speist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogschalter von dem Ausgaberegister gesteuert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der D/A-Wandler oder der Vergleicher Mittel zum Unterdrücken der oberen Zählerstellen enthält

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenzdrükken in strömungsfähigen Medien unter Verwendung eines Meßwandlers, der eine dem Druck proportionale Schwingungsfrequenz erzeugt und an einen Frequenzvervielfacher angeschlossen ist, wobei der Meßwandler an einen Schmidt-Trigger gekoppelt ist, dem ein Zähler

65 nachgeschaJtet ist, und einen in der Meßvorrichtung enthaltenen Impulszähler ansteuert

Meßwandler der genannten Art sind beispielsweise aus den deutschen Patentschriften 1166 506 und 19 43 925 bekannt

Es ist außerdem zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bekannt, die Ausgangssignale eines Meßwandlers einem Frequenzvervielfacher zuzuführen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 45 579 ist es beispielsweise bekannt einen solchen Frpquenzvervielfacher mit Impulszahlern aufzubauen, wobei der Meßwandler über einen Schmidt-Trigger die Zähler ansteuert. Bei dieser bekann >n Meßschaltung der eingangs genannten Art wird von dem Impulszähler ein zweiter Zähler voreingestellt, der vom Oszillator gespeist ist. Der Ausgang dieses zweiten Zählers ist dann eine Frequenz, die gegenüber der Frequenz des Meßwandlers proportional vervielfäli'gt ist, so daß eine geglättete Interpola tion erfolgt

Der Anmeldung I >gt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Ausgangswert des Meßwandlers mit Jioher Genauigkeit digital zu erfassen, ihn anzuzeigen "und zur Regelung eines Druckes oder Differenzdruckes "zu verwenden.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung bei einer Eingangsschaltung der vorstehend genannten Art die Vereinigung der folgenden Merkmale vor:

a) der an der. Meßwandler angekoppelte Impulszähler zählt η Perioden des Meßwandlers und erzeugt bei seiner Füllung ein Überlaufsignal·,

b) ein stabilisierter Oszillator mit einer höheren Frequenz als die des Meßwandlers ist an einem zweiten Zähler angeschlossen:

c) dem durch ein Überlaufsignal des ersten Zählers getriggerten zweiten Zähler ist ein Binärwandler mit einer Registereinheit nachgeschaltet

In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach über eine durch die Kapazität d?s ersten Zählers bestimmte Anzahl von Perioden des Ausgangssignals des Meßwandlers die Anzahl der in dieser Zeit ausgesandten Oszillator-Impulse gezählt, d.h. eine Integration über η Perioden durchgeführt Der jeweilige Zählerstand des zweiten Zählers beim Überlauf des ersten Zählers wird dann als Digitalwert festgehalten und kann als solcher weiter verarbeitet werden. Dabei entsteht zugleich der Vorteil, daß über die der Kapazität des ersten Zählers entsprechenden Anzahl von Perioden eine Glättung erfolgt, so daß der ermittelte Zahlenwert einen Mittelwert über diese Periodenzahl darstellt. Damit wird sowohl die Anzeige als auch die Weiterverarbeitung dieses Zahlenwertes regelungstechnisch ruhiger.

Die Zähler können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft als BCD-Zähler ausgebildet sein.

Zur Verwendung dieser Meßvorrichtung in einem Regelgerät ist es erforderlich, eine Einrichtung zur Einstellung eines Sollwertes vorzunehmen. Es wird daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dem zweiten Zähler ein Inverter nachgeschaltet, der eine Anzeigevorrichtung speist. Diesem Inverter wird ein Vergleicher nachgeschaltet, dem nun der eingestellte Sollwert zugeführt wird.

Ein dem Vergleicher nachgeschaltetes Ausgaberegister liefert die Werte, die an eine Schaltungsanordnung zur Druckregelung weitergegeben werden. Zur Vereinfachung dieser Schaltungsanordnung sind in Ausgestal-

tung der Erfindung Mittel vorgesehen, die es gestatten, dieser nur die Inhalte der unteren Zählerstellen zuzuführen, die für die Feinregelung erforderlich sind und dabei die Inhalte der oberen Zählerstellen zu unterdrücken. ^r>

Um die Weiterverarbeitung der Zahlenwerte hiiuer dem Inverter und die Anzeige weniger nervös zu machen, können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Mittel vorgesehen sein, die die untersten Zählerstellen unterdrücken. ι ο

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die eigentliche Meßschaltung mit einem Mikroprozessor verbunden, üer zur weiteren Auswertung der Meßdaten gegebenenfalls deren Speicherung verwendet wird.

Die F ^findui.g ist im folgenden anhand der Zeichnun- ι '> gen beispielsweise näiier erläutert und zwar zeigt:

F ι g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Meß- und Regelungsvorrichtung und

F i g. 2 in F>rm eines Blockschaltbildes eine Einzelheit der MeßS' hallung nach F i g. 1 -'»

d j In einem Druckgefäß 1, dessen Innendruck ständig ^ λΤ_^ ,^gemessen und auf einen bestimmten, eingestellten Wert Mg ^7fl ' geregelt werden soll, ist ein Meßwandler 2 angeordnet ^ ^-"τ*-^ Dieser MePwandler ist von der Bauart, die eine dem „/ ₃ Druck proportionale Schwingungsfrequenz liefert Es -25'· \ '_t ,sind mehrere Meßwandler dieser Art auf dem Markt

Der Meßwandler wird in an sich bekannter Weise von r] '^j. einem Oszillator mit einer angepaßten Frequenz *- ^r ' gespeist Der Ausgang des Meßwandlers wird nun der

eigentlichen Meß- und Auswertschaltung zugeführt m *' Die Meßschaltung 3 ist in ihren Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt und ihre Funktionsweise im folgenden näher _, erläutert Ein Oszillator 4 liefert eine Hochfrequent an Ί die Meßschaltung 3 sowie Taktsignale an die übrigen Blocke der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5^r>

Der Ausgang des Meßwandlers 2 führt eine Frequenz, die bei den bekannten Typen zwischen rund 5 und 7 kHz liegt Die Ausgangsfrequenz wird zunächst einem Schmidt-Trigger 20 zugeführt, der mit einer definierten Hysteresegröße zur Unterdrückung von Übertragungs- M) Störspannungen arbeitet. In diesem Trigger werden ,zugleich die ankommenden Signale zu weiterverarbeitenden Impulsen geformt. Diese werden einem Zähler 21 zugeführt. Dieser Zähler ist beispielsweise ein achtstelliger Binärzähler oder ein BCD-Zähler mit drei -r. Stellen. Dieser Zähler 21 liefert nach dem Abzählen von 256 Perioden einen Überlaufimpuls auf die Leitung 22.

Der Oszillator 4, ist für eine Ausgangsfrequenz von ^s:10MHz ausgelegt. Dieser Oszillator liefert diese Impulsfrequenz an einen zweiten Zähler 23, der V) ebenfalls als Binärzähler ausgebildet sein kann und dem dann ein Binär-zu-BCD-Wandler 24 nachgeschaltet ist Vorzugsweise ist jedoch der Zähler 23 als BCD-Zähler mit sechs Stellen ausgebildet. Der Zähler 23 erhä't demnach laufend Zählimpulse von dem Oszillator 4 mit v> dessen Arbeitsfrequenz.

Sobald das Überlaufsignal des Zählers 21 auf der Leitung 22 auftritt, wird der Inhalt des Zählers 23 in ein Register 25 übernommen, weiches zugleich die Zähler 21 und 23 auf 0 stellt, so daß beide erneut gefüllt werden eo können. Es sei nun angenommen, daß der Meßwandler 2 am unteren Ende des Meßbereiches eine Frequenz von 5 kHz und am oberen Ende des Meßbereiches eine Frequenz von 7 kHz liefert Dann ergibt sich der Inhalt des Registers 25 am unteren Ende des Meßbereiches zu: e>5 Für das obere Ende des Meßbereiches ergibt sich der Inhalt des Registers 25 zu:

365 715 Bit

Die Differenz beider Zählungen, nämlich 146 285 BiI stellt dann den Meßbereich zwischen 0,3 und 130 kN/m² da..

Das Auflösungsvermögen errechnet sich dann wie folgt:

129 7

: 0(MHJSSkNm' BiI.

(ffRz

^{MHz) = 5l2000Bit}·

Da die Unsicherheit bei einem asynchronen Zähler immer ± 1 Bit ist, kann die Auflösung also als ±8,8 χ 10-⁴ kN/m^J bezeichnet werden. Für einen 10 MHz-Oszillator, wie er für diese Anordnung vorgesehen wird, kann eine maximale Toleranz von ±75 Hz oder 1,5 Bit/100 k Bit angenommen werden; das bedeutet einen Fehler von

1,5 χ 8,6 χ JO ⁴= ±0,00132 kN/nW

im der gesamten Frequenz/Digitalumwandlung.
* Da als Triggersignal für den Zähler die Frequenz des «Drucksensor verwendet wird, muß das in dem Zähler Stehende 24 Bit BCD-Wort nun invertiert werden, um nicht ein — bezogen auf den gemessenen Druck — umgekehrt proportionales Wort oder Signal weiter 'verarbeiten zu müssen.

Zu diesem Zweck ist der Inverter 5 vorgesehen.

Der Ausgang des Inverters 5 wird einem Vergleicher 6 zugeführt. Sowohl der Inverter 5 als auch der Vergleicher 6 sind mit einem Mikroprocessor 7 zur weiteren Auswertung der Meßdaten verbunden. Dem Mikroprocessor ist ein Speicher 8 nachgeschaltet

Die Auswerteschaltung umfaßt ferner eine Einstellvorrichtung 9 mit einem vorwählbaren bzw. einstellbaren Zähler, mit dessen Hilfe auch eine Justierung des gesamten Systems möglich ist. Der eingestellte Wert A wird dem Vergleicher zugeführt, der von dem Inverter 5 zugleich das Signal B erhält Ein Justiersignal geht von der Einstellvorrichtung 9 an den Inverter 5.

Von dem Inverter 5 und/oder von dem Vergleicher 6 her wird eine Anzeigevorrichtung 10 gespeist. Diese zeigt den jeweils gemessenen Wert des Druckes digital an. Die Anzeigevorrichtung und der Ausgang des Vergleichers 6 sind an einem Ausgang 11 der Gesamtvorrichtung angeschlossen. Von diesem aus können weitere externe Geräte gespeist werden.

Der Vergleicher 6 vergleicht den von dem Inverter 5 kommenden Wert mit dem in der Einstellvorrichtung 9 eingestellten bzw. vorgegebenen Wert und liefert ein Differenzsignal an einen Digital-Analogwandler 12. Gleichzeitig wird in dem Vergleicher ein Signal A<B bzw. A > Ban einen Analogschalter i3 weiter gegeben.

Dem Digital-Analogwandler 12 ist eine an sich bekannte Vorrichtung zugeordnet, wobei die höherwertigen Stellen des insgesamt sechsstelligen Ausgangssignals unterdrückt werden, so daß nur die auf Druckänderungen zuerst reagierenden unteren Stellen des Signals bearbeitet werden müssen. Der Ausgang des Digital-Analogwandlers wird einem Servoverstärker 14 zugeführt und gibt ein Maß für die von diesem zu erzeugenden Steuersignal, während der Analogschalter fi an den Servoverstärker 14 direkt die Richtungssigna-Ie an den Servoverstärker 14 weitergibt

Die Ausgangsgrößen des Servoverstärkers 14 werden ebenfalls dem Ausgangsregister II der Vorrichtung zugeführt.

Die Ausgangsspannung des Wandlers 12 liegt zwischen minus 10 V und plus 10 V = Spannung. Spannung. Die Auflösung beträgt daher 39 mV/Bit,

Der Servoverstärker 14 dem diese Spannung zugeführt wird, steuert einen Gleichstrommotor in dem Servosystem 15. Der Motor ist so ausgelegt, daß eine Amplitude von mehr als einem Bit bereits in eine mechanische Drehbewegung der Motorwelle umgesetzt werden kann.

Der Analogschalter 13 verhindert durch geeignete Auslegung daß der angesteuerte Servomotor dauernd in der einen oder der anderen Drehrichtung läuft, so daß eine Überempfindlichkeit des Systems z. B. durch Rauschsignale vermieden wird.

Der Motor treibt direkt die Welle eines pneumatischen Regulator-Bauelementes, welches im wesentlich zwei steuerbare Ventile beinhaltet.

Die Servosteuerung bewirkt die Zuschaltung einer Vakuumleitung 16 oder einer Druckleitung 17 zu einer Ausgangsleitung 18, die zu dem Druckbehälter 1 führt Über diese Druckleitung 18 bzw. über den Innenraum des Druckbehälteis 1 ist die für einen Regelkreis erforderliche Rückführung zu der Meßsonde 2 gegeben.

Das hier beschriebene elektronische Druckgebersystem bietet selbstverständlich die Möglichkeit, neben der optischen Anzeige auf der Frontplatte mit anderen Geräten auf digitaler Basis zu korrespondieren. Zu diesem Zweck werden neben den parallel oder seriell zur Verfugung stehenden Daten-Worten (24 Bit BCD) ein »Data Ready Signal« und ein »Pressure Ready Signal« erzeugt.

Das »Data Ready Signal« wird zur Definition des Übergabezeitpunktes von einem Datenwört benötigt; (Printer, Automatic Tester etc) und das »Pressure Ready Signal« wird benötigt, um einem automatischen Testgerät die Stabilisierung bzw. die Einstellung des gewünschten Druckes zu melden.

Diese Daten werden ständig unabhängig von der Stellung des Betriebsartenschalters an den Ausgang 11 des Gerätes geliefert. Eine Datenübernahme jedoch kann nur in Stellung »Remote Control« erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

2(P Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenz drücken in strömungsfähi- ^r> gen Medien unter Verwendung eines Meßwandlers, der eine dem Druck proportionale Schwingungsfrequenz erzeugt und an einen Frequenzvervielfacher angeschlossen ist, wobei der Meßwandler an einen Schmidttrigger gekoppelt ist. dem ein Zähler nachgeschaltet ist und einen in der ivleßvorrichtung enthaltenen Impulszähler ansteuert, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: