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Meßgerät für Umweltbedingungen
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Messen von .jmweltbedingungen
so wie Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Luftgeschwindigkeit, Flüssigkeitsabsetzungen
oder -bewegung, Vorhandensein oder Licht Vorhandensein bestimmter Elemente in der
Umgebung oder dergl. I.lsbesondere betrifft die vorliegende bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung das Messen von Tiefendruck und -temperatur in einem blbohrloch. Es
versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung
auf ein breites
Spektrum von Umweltbedingungsmessungen anwendbar ist, sowohl über als auch unter
der Erde. So z.B. ist es denkbar, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung anzuwenden
bei Verschmutzungsmessungen.
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Es ist eine Anzahl von Meßgeraten zum lessen von Tiefendruck und -temperatur
bekannt, wobei jedes dieser Geräte Vorteile und auch Nachteile aufweist. Allgemein
messen die Geräte gemäß dem Stand der Technik den Druck durch Analogtechniken, so
wie der Strommessung, und folglich ist die Genauigkeit der Messung abhängig von
der Länge des elektrischen Drahtes, der von dem P.eßgerät am Grund eines Bohrloches
zu dem entfernt liegenden Anzeigegerät oder Aufzeichnungsgerät führt, welches die
Messung überwacht. Dies liegt daran, daß die Lange des Drahtes von Bohrloch zu Pohrloch
variieren kann aufgrund der Tiefe des Lcches und des Abstandes des Anzeigegerätes
or des Aufzeichnungsgerätes von dem Loch. Ferner kann der Widerstand des elektrischen
Drahtes aufgrund von Temperaturschwankungen in dem Bohrloch variieren. Darüber hinaus
können Leckströme auftreten, die die Genauigkeit der Messung weiter herabsetzen.
Ein anderes Problem besteht darin, daß oft kleine Plotoren oder dergl. bei dem Meßapparat
verwendet werden, was die Kosten ebenso wie die Größe des Apparates heraufsetzt.
Weiterhin spielt die Kalibrierung der Genauigkeit der bekannten Meßgeräte eine vornehmliche
Rolle aufgrund der oben erwähnten Variationen, die kompensiert werden müssen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Tiefendruck und -temperatur
gleichzeitig gemessen, indem digitale Techniken anstelle von Analogtechniken verwendet
werden. Darüber hinaus werden Strahlung-senergiequellen und -sensoren verwendet,
sowie eine relativ kleine Codierscheibe anstelle gewisser analoger Bauelemente,
wodurch die Größe des Apparates herabgesetzt wird, während die Genauigkeit des Apparates
heraufgesetzt
wird. Da der Druck und die Temperatur gleichzeitig überwacht werden, um ein zusammengesetztes
Signal zu erhalten, welches jede Größe angibt, ist der Effekt der Temperatur auf
den Druck weicht ermittelbar. Da weiterhin Digital techniken anstelle von Analogtechni':cn
verwendet werden, wird die Genauigkeit dort T~e ;IJ n te: durch die Länge des Drahtes
von dem Bohrloch zu dem Aufzeichnungsgerät oder Anzeigeclement betroffen. Das Meßgerät
für Umweltbedingungen gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert oder reduziert
zunindest im wesentlichen die Meßungenauigkeiten, mit denen beT;annte Geräte behaftet
sind, wie es oben ausgeführt wurde, und es reduz-.ert die Größe des verwendeten
Gerätes wesentlich.
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Das erfindungsgemäße Meßgerät für Umweltbedingungen weist eine Vorrichtung
zum Abfragen einer ersten Umweltbedingung auf, worin eine Vorrichtung enthalten
ist zum Liefern eines codierten Wortes, das aus einer Codesequenz besteht, die die
erste abgefragte Umweltbedingung angibt. Es ist eine Vorrichtung vorgesehen zum
Abfragen einer zweiten Umweltbedingung, darin enthalten eine Vorrichtung zum Liefern
eines Zeitsteuersignals mit einer Frequenz, weiche die zweite abgefragte Umweltbedingung
angibt. Schließlich ist eine Vorrichtung vorgesehen zum Liefern eines codierten
Signals, das eine Umweltbedingung angibt, und zwar als Antwort auf die Lieferung
eines codierten Wortes und des Zeitsteuersignals, worin das codierte Signal, das
die Umweltbedingung angibt, eine Codesequenz aufweist, die eine erste abgefragte
Umweltbedingung angibt, und eine Frequenz besitzt, die die zweite abgefragte Umweltbedingung
angibt.
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Im nachfolgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine teilperspektivische Ansicht
eines digitalen Umweltbedingungs-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig.
2 eine Diagramm einer Codierscheibe, die in einem Umweltbedingungs-Sensor verwendet
werden kann, der in Fig. 1 gezeigt ist; Fig. 3 ein Diagramm, das die Anordnung der
Asblendfenster i Bezug auf die Codierscheibe zeigt; Fig. 4 eine schematische Blockdiagrammdaritellung
eines digitalen logischen Schaltkreises zum Codieren der abgefragten Umweltbedingungen
gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 5A- Impulsfolgendiagramme bestimmter Impulsfolgen
gemäß der 5P Schaltung von Fig. 4.
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Fig. 1 zeigt ein Meßgerät für Umweltbedingullgen, das in irgendeiner
Umgebung angewendet werden kann, um die dort herrschenden Bedi: .ngen zu messen.
Insbesondere bezieht sich das Gerät auf das Abfragen und Messen der Umweltbedingungen
in der Tiefe eines Ölbohrloches, und in diesem Fall auf das Messen von Tiefendruck
und -temperatur. Das Meßgerät für Umweltbedingungen 2 besteht aus einem Gehäuse
4, welches eine Bourdonröhre 6 enthält, die mit ihrem einen Ende in einem Bourdonröhrenhalter
8 befestigt ist, welcher wiederum mit einem Bourdonröhrengehäuse 10 durch eine geeignete
Befestigungsvorrichtung (hier nicht gezeigt) verbunden ist. Durch ein Filter 12
kann Gas oder dergl.
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durch eine Öffnung 14 geprüft werden,um dessen Druck oder Temperatur
zu bestimmen. Die Bourdonröhre 6 ist mit einer Kupplung 16 versehen, die einen damit
verbundenen Kupplungsdraht 18 aufweist, welcher wiederum mit der Codiertscheibenachse
20 verbunden ist. Mit der Achse 20 ist eine Codierscheibe 22 verbunen, und zwar
so, daß die Codierscheibe sich entsprechend der Drehung der Bcurdonröhre 6 drcht,
wobei
die Auslenkung repräsentativ ist für den Druck des geprüften Gases. Die Codierscheibenachse
20 dreht sich in Lagern 26, die in einem Codierscheibengehäuse 24 vorgesehen sind.
Nit dem Bourdonröhrengehäuse 10 ist mittels Klemmschrauben 32 und 34 ein Paar von
Armen 28 und 30 verbunden. An den Armen 28 und 30 ist zwischen dem Bourdonröhrengehause
und der Codierscheibe 22 eine Strahlerplatt-e %£ verbunden, welche Strahlungsenergiesender
38 aufweist, die in Abständen darauf angeordnet sind. Auf der Codierscheibe ist
in Form von konzentrischen Streifen ein Graycodemuster vorgesehen, und l-lieser
Code gibt, wenn er gelesen wird, den Betrag der Drehung der Bourdonröhre 6 an und
zweigt somit den durch die Röhre geprüften Druck an Die Strahlungsenergiesender
38 sind jeweils mit einem konzentrischen Streifen ausgerichtet, so daß das Licht
eines gegebenen Senders durch einen gegebenen Streifen passieren kann, bzw. blockiert
werden kann, abhängig von dem Code, der direkt über den gegebenen Sendern erscheint.
Dies wird gleich ausführlicher 5n Susammenhar.g mit den Fig. 2 und 3 beschrieben
werden. Uberbalb der Codierscheibe 22 ist an den Armen 28 und 30 eine Sensorenplatte
43 befestigt, welche eine 2 Anzahl von Strahlungsenergiesensoren 40 aufweist, die
darauf radial mit den zugehörigen Sendern 38 ausgerichtet und positioniert sind.
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Ein Ausblendfenster 44 ist mittels der Schrauben 46 und 48 an der
Sensorenplatte 42 befestigt. Das Ausblendfenster weist eine Anzahl von Öffnungen
auf, von denen jede radial mit einzelnen Sendern und Sensoren ausgerichtet ist,
so daß Licht, das die Codierscheibe passiert, durch die entsprechenden Offnungen
in dem Ausblendfenster zu den Sensoren gelangt. Jede Offnung in dem Ausblendfenster
besitzt eine Breite, die im wesentlichen gleich ist mit der Breite einer Codeanzeige
des Bits mit der kleinsten Wertigkeit (LSB) der Codielscheibe.
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In dem obersten Teil des Gehäuses 4 ist ein Kopfstück 50 verschließbar
montiert; durch das Kopfstück 50 fiihren mehrere Leituungen, die durch 52 angedeutet
sind, wobei die Leitungen z.B. eine Stromversorgungseingangsleitung oder eine Ausgangsleitung
für digitale Information dar-tellen können. Die Stro:nversor'-uungseLtun i einer
Steuerpiatte 54 verbunden, sowie einer Logikplatte 56 mit einer Verbindung 58 zwischen
den Platten 54 und 56, die die Steuer-und Versorgungsleitungen darstellt. Die Steuerpiatte
54 weist eine Anzahl von Bauelementen auf, z.B. 60, die darauf befestigt sind, welche
unterschiedliche Form haben können, abhängig von dem du:'c einen Ingenieur gewählten
Entwurf. Ähnlich weist die Logikplatte 56 eine Anzahl von logischen Bauelementen
62 auf, die darauf befestigt sind und die diejenigen logischen Bauelemente bilden,
uus denen das digitale Codiersystem gemaß der vorliegenden Erfindung besteht. Mehrere
Leiter 64 verlaufen zwischen der Steuerplattc 54 und der Sensorenplatte 42 und dienen
zur Versorgung sowohl der Sensorenplatte als auch der Strahlerplatte. Mehrere Leiter
66 verlaufen zwischen der Logikplatte 56 und der Sensorenplatte 42, un den Ausgang
der Sensoren mit der Logikplatte zu verbinden, so daß das logische Netzwerk die
gemessenen Signale verarbeiten kann, um ein digitales Ausgangssignal zu liefern,
das den in der Tiefe gemessenen Druck und die Temperatur angibt. Das Temperaturmeßgerit
kann irgendwo innerhalb des Bordonröhnregenhäuses 4 untergebracht sein, um die Temperatur
darin zu messen, und es ist mit der Logik platte verbunden, aus Gründen, die gleich
erläutert werden soleil.
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Sei nun Fig. 2 betrachtet, die eine ausführliche Darstellung der Codierscheibe
enthält. Die Codierscheibe besteht aus Quarz mit optischen Eigenschaften. Eine Oberflache
der Codierscheibe ist metallisiert gemäß dem verwendeten Graycode. Diejenigen Bereiche
der
Scheibe, die eine logische Null-Bedingung repräsentieren sollen,
sind durch die Netallisierungstechnik undurchsicht:g gemacht, wio durch die schraffierten
Bereiche angedeutet wird, wohingegen die Bereiche, die eine logische Eins-Bedingzlg
anzeigen sollen, transparent gelassen wurden, wie es durch die unschraffierten Bereiche
angedeutet wird. Das Godemuster ist durch Metalissierung auf die Oberfläche aufgebracht,
und zwar in einer Weise, daß die Sequenz gemäß codierten Zahlen (z.B. Graycodezahlen)
entgegen den Uhrzeigersinn anwächst. Das Gewicht der Bits wächst fortl1uielld von
1 bis 9 an, wobei das erste oder niedrigstwertige Bit (LSB) dem am weitesten außenliegenden
Streifen 70 zugeordnet Ist, und wobei das neunte Bit dem am weitesten innenliegenden
Streifen 72 zugeordnet ist. Die dazwischenliegenden Streifen sind aus der Zeichnung
klar ersichtlich. Die gezeigte Codierscheibe besitzt eine Zweiphasenkonfiguration,
d.h., daß die geradzahligen Bits entlang eines gegebenen Radius abgefragt werden,
wohingegen die ungeraden Bits entlang eines zweiten Radius abgefragt werden, der
z.Be 1800 von dem gegebenen Radius entfernt ist. Dies wird in Iiisammenhang mit
Fig. 3 deutlicher. Es versteht sich Jedoch, daß die Erfindung auch brauchbar ist,
wenn eine Codierscheibe mit irgendeiner Phase verwendet würde, von einer einzelnen
Phase, wo die Sensoren entlang eines einzelnen Radius angeordnet sind bis zu einer
mehrfache Pnase, wobei die Sensoren entlang mehreren Radien angeordnet sind. T<lird
beispielsweise eine dreiphasige Codierscheibe verwendet, so können die Sensoren
entlang dreier Radien angeordnet sein, die um 1200 versetzt sind. Es versteht sich
jedoch, daß der Grad der Anordnung in der Wahl des Entwerfers liegt, wobei die einzige
Restriktion darin besteht, daß die Sensoren einander nicht berühren dürfen. }Er
die Drehung der Scheibe ist der Null-Anfangspunkt für die geradzahligen Bits durch
die Linie 74 angedeutet, das Ende des Bereichs für die
geradzahligen
Bits ist durch die Linie 76 angedeutet. Der Null-Anfangspunkt fiir die ungeradzahlien
Bits ist durch die Linie 78 und der Endpunkt für dic ungeradzahligen Bits ist durch
die Linie 80 angedeutet. Es sollte verstanden werden, daß irgendeine Anzahl von
Codierscheiben, die sich der dargestellten unterscheiben, beim Gebrauch der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann. So z.B. können Godierscheiben verwendet werden,
bei denen weniger als 3600 der Scheibe verwendet werden, z.B. könnte ein so kleiner
Bereich wie 1200 der Scheibe verwendet und codiert werden.
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Sei nun Fig. 3 betrachtet, die eine zweiphasige Codierscheibe 82 darstellt
für ein System, in dem nur fünf Bits benötigt werden. Es sci daran erinnert, daß
die Codierscheibe von Fig. 2 für ein ilcun-Bit-Sstem ausgelegt war, jedoch ist in
Fig. 3 ein Fünf-Bit-System dargestellt zur klarercn Veranschaulichung der Positionierung
eines stationären Ausblendfensters 84 relativ zu der Scheibe. Öffnungen 86,88 und
90 sind in radialer Ausrichtung mit den konzentrischen Streifen 1,3 und 5 für ungerade
Bits entlang eines ersten Radius 92 angeordnet. Fenster 94 und 96 sind in radialer
Ausrichtung mit den konzentrischen Streifen, die geradzahlige Bits 2 und 4 angeben,
entlang eisen zweiten Radius 98 angeordnet, der gegenüber dem Radius 92 um 180°
versetzt ist. Das Versehen von alternativen Ausblendfenstern auf unterschiedlichen
Radien resultiert in einem kleineren Durch messer der Codierscheibe, da die entsprechenden
konzentrischen Streifen in kleineren Durchmessern angelegt werden können, da die
Sensoren, die mit den entsprechenden Ausblendfenstern zusammenwirken, nicht so nahe
beieinanderliegen müssen wie in dem Fall daß ein Einphasensystem verwendet wird,
d.h. ein System, in dem aufeinanderfolgende Ausblendfenster in radialer Anordnung
entlang eines einzelnen radius angelegt sind. Dies ist von vornehmlicher Bedeutung,
wenn
die Codierscheibe in einer Ungebung verwendet wird, in der der zur Verfügung stehende
Platz eine wesentliche Rolle spielt.
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Es ist bekannt, daß der Apparat zum Messen von Tiefendruck uiid -temperatur
und dergl. klein sein muß, um die Meßoperation zu bewirken. Daraus folgt daher,
daß die Verminderung der Große i'r' eines Bauelementes des Apparates, so wie der
Codierscheibe, von bcsonderer Bedeutung ist.
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Sei nun Fig. 4 betrachtet, die eine schematischc Blockdiagrama rstellung
eines digitalen logischen Schaltkreises zeigt, der verwendet wird, um ein digitales
Ausgebewert zu liefern, das die zri gemessenen Umweltbedingungen angibt, nämlich
den Druck und die Temperatur. Die Symbole 5A bis 'P in Fig. 4 gehören zu den Schaltungspunkten,
an denen die Impulsformen, die durch die Fig. 5A bis 5P dargestellt werden, innerhalb
der Schaltung von Fig. 4 auftreten.
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Die Impulsformen stellen den Arbeitsablalf der Schaltung für einen
gemessenen Druck bei zwei verschiedenen Temperaturen dar. D.h., der linke Teil der
Diagramme zeigt den zeitlichen Ablauf für den einen Druck bei einer Temperatur T1
und der rechte Teil der Diagramme zeigt den zeitlichen Ablauf für denselben Druck
bei einer Temperatur T2. Die Bourdonröhre 6 ist mit der Codierscheibe über den Draht
18 und die Kupplung 16 verbunden, wie es zuvor beschrieben wurde. Die Strahlungsenergiesender
38, die in der Praxis Gailiumarsenid-Leuchtdioden sein können, sind schematisch
dargestellt und in Serie mit einer Arbeitspotentialquelle 100 verbunden. Die Ausgänge
der entsprechenden Dioden sind schematisch mittels Widerständen 102 angedeutet,
ausgerichtet mit den entsprechenden Code anzeigenden konzentrischen Streifen entlang
der Codierscheibe, wobei die oberste Diode ausgerichtet ist mit dem weitesten außenliegenden
oder niedrigstwertigen Bitstreifen auf der Codierscheibe, wobei der unterste oder
höchstwertige Bitstreifen ausgerichtet ist mit den konzentrischen Streifen des höchstwertigen
Bits
auf der Codierscheibe. Die metallisierten oder maskierten Bereiche sind durch die
schraffierten Bereiche, wie z.B. 104, in dem Diagramm angedeutet. Daraus ersieht
man, daß die Codierscheibe in einer Neun-Bit-Konfiguration positioniert ist, um
einen gemessen Druck anzugeben, wobei der Code 101010010 isr, Die I.ichtsensoren
's0 sind in scIiematiscIei Form angedeutet unÄ können z.B., wie angedeutet, aus
lichtempfindlichcn Transistolell bestehen, oder aus Fotodioden oder dergl., die
alle leicht verfüg,-bar sind.
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Die Kollektoren der Transistoren, die die entsprechenden Lichtsensoren
darstellen, sind parallel mit einer Arbeitspotentialquelle 106 verbunden. Jede der
Emitterelektroden der entsprechenden Transistoren sind parallel mit der Schaltungserde
verbunden, und zwar überdie Widerstände 108. Man sieht, daß, wenn ein gegenubener
Lichtsensor Licht empfängt, die Transistoren leitend werden und daß ein Ausgangssignal
über seinen zugehörigen Widerstand erzeugt wird, das ein binäres Signal einer Eins-Bedingung
darstellt, d.h.
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das Empfangen von Licht. Umgekehrt wird, falls kein Licht empfangen
wird, kein Signal erzeugt, was einer binären Null-Bedingung gleichkommt. Die entsprechenden
Ausgänge der Lichtsensoren sind mit den entsprechenden Eingängen von UND-Gliedern
110-126 verbunden. Dies entsprechenden Verknüpfungsglieder werden in sukzessiven
Zeitintervallen abgetastet, um die Abfragebedingungen ihrer zugehörigen Lichtsensoren
40 zu bestimmen. Nun folgt die Beschreibung des Steuer- oder Zeitsteuernetzwerkes,
das zum Steuern des Abtastenes dieser Verknüpfungsglieder dient.
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Ein Temperaturmeßgerät 128 ist in dem Bourdonröhrengehäuse untergebracht
zur Messung der darin herrschendcn Temperatur, und es ist mit einem temperaturempfindlichen
Oszillator 130 verbunden, welcher Zeitsignale oder -impulse an seinem Ausgang liefert,
welche eine
Zeitdauer oder Breite aufweisen, die durch die gemessene
Temperatur bestimmt wird. Anders ausgedrückt, die gemessene Temperatur steuert die
Frequenz des am Ausgang des OszilAators 130 gelieferten Signals.
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Daraus folgt, daß für eine Temperatur T1 der Ausgang des Oszillators
eine erste Frequenz F1 und fiir eine ne unterschiedliche Tc: der Ausgang des Oszillators
eine zweite Frequenz F2 aufweist. Der Signalausgang des Oszillators 130 wird zu
dem Eingang eines Impul s--oder Wellenformers und N-Teiler-Zählers 132 geleitet,
der an seinem Ausgang einen Rechteck-Impulszug liefert, und zw<'ir mit einc.
Zeitdauer der entsprechenden Impulse und der zugehörigen Frequenz, d: e durch den
Frequenzausgang des Oszillators 130 bestimmt wird. Die.ier Impulszug (Fig. 5A) wird
als ein Signaleingang zu einem Progammzähler 134, einem UND-Glied 1)(, sowie einem
ersten Eingang 1X,8 eines abtastenden Imulsgenerators 140 geleitet. I)cr Proglsmmzähler
ist in der Technik bekannt und karin irgendeine von sehreren möglichen unterschiedlichen
physikalischen Formen haben. In jedem Fall zählt er die Eingangsimpulse vom Zähler
132. Il.t den entsprechenden husgangsklemmen des Programmzähler 134 ist ein UND-Glied
142 verbunden, das angeschlossen ist, um für ein vorbestimmtes Zeitintervall einen
Ausgangs-Freigabeimpuls zu liefern, was einen vorbestimmten Zählzeitpunkt für den
Programmzähler bedeutet. Der Signalausgang des Werknüpfungsgliedes 142 (Fig. 5B)
wird an die Eingänge des Verknüpfungsgliedes 13G und an einen Negator 144 angelegt,
während der Ausgang des Negators 144 mit dem zweiten Eingang 146 des abtastenden
lmpulsgenerators 140 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 136 (Fig. 5L) ist
der Impulsausgang vom Zähler 132 während des Freigabe-Zeitintervalls, wie es durch
den Signalausgang des Verknüpfungsgliedes 142 festgelegt wird. Der Ausgang des Verknüpfungsgliedes
136 ist mit den zweiten Eingängen der Verl:nüpfungsglieder 110 bis 12G verbunden
zur Lieferung eines Durchlaßsignals, so daß der Ausgang der entsprechenden Veknüpfungsglieder
ein
Ausgangssignal liefert, welches eine Zeitdauer aufweist, die gleich der Zeitdauer
eines Impulses vom Zähler 132 ist, wann immer die Verknüpfungsglieder 110 bis 126
freigegeben werden, was durch die entsprechenden Eingänge von dem abtastenden Impulsgenerator
140 und die Sensoren 40 festgelegt wird. Der abtastende Impulsgener?o-140 kann viele
unterschiedliche logische Aufbauformen aufweisen sind kann z.B. aus einem Zähler
mit dazugehörigen Verknüpfungsgliedern bestehen. In Zusainmenhang mit den Fig. 5C
bis 5K sieht man, daß die Verknüpfungsglieder 110 bis 126 sukzessive freigegeben
werden um die binäre Bedingung der entsprechenden Strahlungsenergiesensoren abzufragen,
die dort angeschlossen sind zum Abfragen des Tiefedruckes. Der Abtastimpuls beim
Bitzeitpunkt 9 (Fig. 5K), der zu dem Eingang des Verknüpfungsgliedes 126 geführt
wird, wird ferner z; dem Eingang eines ODER-Gliedes 148 in einer Rücksetzschaltung
15n geleitet, um auf einer Leitung 152 ein Rücksetzsignal zum Rücksetzen des Programmzählers
134 und des abtastenden Impulsgenerators 140 zu liefern, wodurch jeder fortlaufende
Arbeitszyklus angestoßen wird.
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Die entsprechenden Ausgänge der Verknüpfungsglieder 110 bis 126 sind
mit entsprechenden Eingängen eines ODER-Gliedes 154 verbunden. Gemäß der bekannten
Wirkungsweise eines ODER-Gliedes ist das an dessen Ausgang auftretende Signal (Fig.
5M) repräsentativ für sukzessiv abgefragte binäre Bedingungen der entsprechenden
Verknüpfungsglieder 110 bis 126. Die Impulsausgangsanzeigen des Verknüpfungsgliedes
154, die in Fig. 5M dargestellt sind, bedeuten abgefragte binäre Eins-Bedingungen,
und es folgt daraus, daß die Intervalle in den binären Worten, wo kein Impuls vorhanden
ist, eine binäre Null-Bedingung bedeuten. Der Ausgang des ODER--Gliedes 154 ist
mit der Basiselektrode eines NPN-Transistors 156 und mit dem Eingang eines Negators
158 verbunden. Das Ausgangssignal des Negators 158 ist ein Impulszug, der die Zeitintervalle
angibt, bei denen eine
binäre liull-Bedingung abgefragt wurde,
und diese Signale werden zu einem Eingang eines UND-Gliedes 160 geleitet, dessen
zweiter Eingang mit dem Ausgang des UND-Gliedes 136 verbunden ist. Daraus folgt,
daß das Signal, das an dem Ausgang des UND-Gliedes 15û (Fig. ri7) auftritt, eine
Folge von Irpulsen ist, deren IrD: .e das Zeitintervall angeben, bei dem binäre
I)-ll-Anzeigen abgefragt werden, zeitlich gesteuert durch das Verknüpfungsglied
156. Der Ausgang des UND- Gliedes 160 ist mit der Basiselektrode cines NP-Transitors
162 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren 156 und 162 sind mit Erde
verbunden, die Kollektorelcktrodcn dieser Transistoren sind mit einer Ausgangsklemme
164 über Widerstände 166, respektive 168 verbunden. Letztere Widerstände sind ferner
mit einer stabilisierten Spannungsqucllc 170 verbunden, die den Referenzausgangsstrom
steuert, der an der Klemme 164 auftritt. Der Widerstand 166 wurde gewählt, damit
eine Impedanz zur Verfügung stcht, die größer ist als die Impedanz des Widerstandes
168, so daß es einfach ist, zu sehen, ob eine der gegebenen Transistoren leitend
ist. In einem Zeitintervall, wenn keiner der Transistoren leitend ist, befindet
sich der Ausgangsstrom an der Klemme 164 auf einem vorbestimmten Referenzniveau,
wie es bei 172 angedeutet ist. Wenn der Transistor 156 leitend wird, was eine binäre
Eins-Bedingung für ein gegebenes Zeit intervall anzeigt, so fließt ein gegebener
Strom durch den Widerstand 166 und ein Stromimpuls einer ersten Amplitude, die eine
binäre Eins-Anzeige bedeutet, entsteht an der Klemme 164, was durch den Impuls 174
angedeutet wird. Wenn der Transistor 162 leitend ist, was eine binäre Null-Bedingung
anzeigt, wird ein größerer Strom gezogen, da der Widerstand 168 kleiner ist als
der Widerstand 166 und ein Stromimpuls, wie er bei 176 gezeigt ist, entsteht an
der Ausgangsklemme 164. Daraus folgt, daß die Sequenz von Bits den gemessenen Druck
anzeigt, wohingegen die Dauer oder die Breite der Bits, d.h. die Frequenz der Nachricht,
die gemessene Temperatur anzeigt.
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Der Effekt der gemessenen Temperatur auf das Ausgabewort ist leichter
in Zusammenhang mit den Fig. 5A bis t)P zu sehen. Fig. 5A zeigt die Ausgabe des
Zählers 132 bei Temperaturen T1 und T2, und man sieht, daß die Zeitdauer der Impulse
kleiner ist bei der Temperatur T1 als die Zeitdauer der Impulse bei der Temperatur
T. Anders augedrückt: Man seht, daß die Frequenz der Impulse bei der Tempei'utur
T1 höher ist als die Frequenz der Impulse bei der Temperatur T2. De der Arbeitsablauf
der verbleibenden Zähler und Verknüpfungsglieder in dem logischen Netzwerk durch
den Zähler 132 gesteuert wird, ist aus den verbleibenden gezeigten I:lpulsformen
leicht ersichtlich, daß die Zeitdauer oder die Frequenz des Ausgabewortes sich ändert,
während die Bitsequenz für einen gegebenen geressenen Druck dieselbe bleibt, wie
es in Fig. 5P gezeigt ist, die eine "Rückkehr-zur-Basis-Wellenform" dargestellt.
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Zusammengefaßt: Es wurde ein meßgerät für Umweltbedingungen beschrieben,
das ein digitales Ausgabewort liefert, welches zwei U,r weltbedingungen, nämlich
Druck und Temperatur darstellt, worin die Codesequenz, d.h. die Sequenz von Bits
in einem binären Wort, den gemessenen Druck, und die Codefrequenz, d.h. die Zeitdauer
der Bits in der Nachricht, die gemessene Temperatur darstellen. Es versteht sich,
daß das beschriebene Gerät zum essen des Druckes mit anderen logischen Netzwerken
als dem beschriebenenven.rendet werden kann, und daß umgekehrt das beschriebene
logische Netzwerk in Geräten zum Druckmessen verwendet werden kann, die einen anderen
als den beschriebenen Aufbau haben.
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- Patentansprüche -
L e e r s e i t e