DE2641795C3 - Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenzdrücken - Google Patents

Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenzdrücken

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DE2641795C3
DE2641795C3 DE19762641795 DE2641795A DE2641795C3 DE 2641795 C3 DE2641795 C3 DE 2641795C3 DE 19762641795 DE19762641795 DE 19762641795 DE 2641795 A DE2641795 A DE 2641795A DE 2641795 C3 DE2641795 C3 DE 2641795C3
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Pier-Carlo 6000 Bergen-Enkheim Rabino
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    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
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Description

a) der an den Meßwandler angekoppelte Impulszähler (21) zählt η Perioden des Meßwandlers und erzeugt bei seiner Füllung ein Oberlaufsignal:
b) ein y^bilisierter Oszillator (4) mit einer höheren Frequenz als die des Meßwandlers ist an einen zweiten Zähler (23) angeschlossen;
c) dem durch ein Überlaufsignal des ersten Zählen (21) getriggerten zweiten Zähler (23) ist ein Binärwandler (24) mit einer Registereinheit (23) 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 ir.·, daß eine Einrichtung zur Einstellung eines Sollwertes vorgesehen ist, der einem dem Inverter nachgesr falteten Vergleicher (6) zugeführt wird, welchem seinerseits ein Ausgaberegister nachgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Inverter (51) eine Anzeigevorrichtung nachgeschaltet ist, die Mittel zum Unterdrükken der untersten Zählerstellen enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor (7) zar 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.
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 nachgeschaltet 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
ίο bekannt, einen solchen Frequenzvervielfacher mit Imputszählern aufzubauen, wobei der Meßwandler über einen Schmidt-Trigger die Zähler ansteuert Bei dieser bekannten 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 vervielfältigt ist, so daß eine geglättete Interpolation erfolgt
Der Anmeldung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Ausgangswert des Meßwandlers mit hoher 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 den Meßwandler angekoppelte Impulszähler zählt π Perioden des Meßwandlers und erzeugt
bei seiner Füllung ein Oberlaufsignal;
b) ein stabilisierter Oszillator mit einer höheren Frequenz als die des Meßwandlers ist an einem zweiten Zähler angeschlossen:
c) dem durch ein Oberlaufsignal des ersten Zählers getriggerten zweiten Zähler ist ein Binärwandler mit einer Registereinheit nachgeschaltet
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem-
nach über eine durch die Kapazität des 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 Periöden eine Clättung erfolgt, so daß der ermittelte Zahlenwert einen Mittelwert über diese Periodenzahl (iarstellt. 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
W) daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dem zweiten Zähler ein Inverter nachgcschaltci. der eine Anzeigevorrichtung speisi. Diesem Inverter wird ein Vergleicher nachgeschaliei. dem nun der eingestellte Sollwert zugeführt wird.
b5 Ein dem Vergleicher nachgeschaltetes Ausgaberegister liefert die Werte, die an eine Schaltungsanordnung zur Druckregelung weitergegeben werden. Zur Vereinfachung dieser Schaltungsanordnung sind in Ausgesial-
20 41
tung der Erfindung Mine! 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.
Um die Weiterverarbeitung der Zahlenwerte hinter 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, der zur weiteren Auswertung der Meßdaten gegebenenfalls deren Speicherung verwendet wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert und zwar zeigt:
Fig. I ein Biockschaltbild einer erfindungsgemäßen Meß- und Regelungsvorrichtung und
F i g. 2 in Form eines Blockschaltbildes eine Einzelheit der Meßschaltung nach F i g. 1
in einem Druckgefäß 1, dessen Innendruck ständig gemessen und auf einen bestimmten, eingestehen Wert geregelt werden soll, ist ein MeBwandler 2 angeordnet Dieser Meßwandler ist von der Bauart, die eine dem Druck proportionale Schwingungsfrequenz liefert Es sind mehrere MeBwandler dieser Art auf dem Markt
Der Meßwandler wird in an sich bekannter Weise von einem Oszillator mit einer angepaßten Frequenz gespeist. Der Ausgang des Meßwandlers wird nun der eigentlichen Meß- und Auswertschaltung zugeführt Jo
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 Hochfrequenz an die Meßschaltung 3 sowie Taktsignale an die übrigen Blöcke der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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 Obertragungs-Störspannungen arbeitet In diesem Trigger werden zugleich die ankommenden Signale zu weit^.rverarbeitenden Impulsen geformt. Diese werden einem Zähler 21 zugeführt. Dieser Zähler ist beispielsweise ein achtstelliger Binärzähler oder ein BCD-Zähler mit drei Stellen. Dieser Zähter 21 liefert nach <iem Abzählen von 256 Perioden einen Übcrlaufimpuls auf die Leitung 22.
Der Oszillator 4. ist füi eine Ausgangsfrequenz von to MHz ausgelegt. Dieser Oszillator liefert diese Impulsfrequenz an einen zweiten Zähler 23, der 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 erhält demnach laufend Zählimpulse von dem Oszillator 4 mit dessen Arbeitsfrequenz.
Sobald das Überlaufsignal de: Zählers 21 auf der Leitung 22 auftritt, wird der Inhalt des Zählers 23 in ein Register 25 übernommen, welches zugleich die Zähler 21 und 23 auf 0 stellt, so daß beide erneut gefüllt werden t>o können. Es sei nun angenommen, daß der Meßwandler 2 am unteren Ende des Meßbereiches eine Frequenz von 5 kl I/ und am oberen Ende des Meßbereiches eine Frequenz von 7 kHz liefert Dann ergibt sich der Inhalt des Registers 25 am unteren F.nde des Meßbereiches zu: b5
110 MIl/.) = 512IXX)BiI
Für das obere Ende des Meßbereiches ergibt sich der Inhalt des Registers 25 zu:
365 715 Bit
Die Differenz beider Zählungen, nämlich 146 285 Bit stellt dann den Meßbereich zwischen 03 und 130 kN/m2 dar.
Das Auflösungsvermögen errechnet sich dann wie folgt:
129,7
146285
= 0,00088 kN/m2/Bit.
Da die Unsicherheit bei einem asynchronen Zähler immer ±1 Bit ist kann die Auflösung also als ±8,8x10-« kN/m2 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 Ic Bit angenommen werden; das bedeutet einen Fehler von
\J5x8fix 10-*= ±0,00132 f. N/m2
in der gesamten Frequenz/Digitalumwanduuig.
Da als Triggersignal für den Zähler die Frequenz des Drucksensors verwendet wird, muß das in dem Zihler 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 Inverters.
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 Differer.zsigna! an einen Digital-Analogwandler 12. Gleichzeitig wird in dem Vergleicher ein Signal A < B bzw. A > ßan einen Analogschalter 13 weiter gegeben.
Dem Digital-Analogwandler 12 ist ehe an rieh 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-Änalogwandlers wird einem Servovers'ärkef 14 zugeführt und gibt ein Maß für die von diesem zu erzeugenden Steuersignal, während der Analogschalter 13 an den Servoverstärker 14 direkt die Richtungssignale an den Servoversti'ker 14 weitergibt.
Die Ausgangsgrößen des Servoverstärkers 14 werden ebenfalls dem Ausgangsregister 11 der Vorrichtung zugeführt
Die Ausgangsspannung des Wandlers 12 liegt zwischen minus IO V und plus 10 V - Spannung. Spannung. Die Auflösung beträgt daher 39 mV/Bit,
20 VDC
39 mV/Bit.
Der Servoverstärker 14 dem diese Spannung zugeführt wird, steuert einen Gleichstrommotor in dem Servosystem IS. 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 pneumati
SCncfi RcgüiäiOf-Bäüc'icmcüicS, "weiches Uli wesciuiicii zwei steuerbare Ventile beinhaltet.
Die Servosteuerung bewirkt die Zuschaltung einer Vakuumleiiung 16 oder einer Druckleitung 17 zu einer Ausgangsleitung 18. die zu dem Druckbehälter 1 führt. Über diese Druckleitung 18 bzw. über den Innenraum des Druckbehälters I ist die für einen Regelkreis erforderliche Rückführung zu der Meßsonde 2 gegeben.
Das hier beschriebene elektronische Drutkgcbcrsystern bietet selbstverständlich die Möglichkeit, neben der optischen Anzeige auf der Frontplallc 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 Datenwort 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 tier 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 (1)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenzdrücken 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 Schmidttrigger gekoppelt ist, dem ein Zähler nachgeschaltet ist, und einen in der Meßvorrichtung enthaltenen Impulszähler ansteuert, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:
DE19762641795 1976-09-17 1976-09-17 Vorrichtung zum Messen und Regeln von Drücken bzw. Differenzdrücken Expired DE2641795C3 (de)

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