DE2715738A1

DE2715738A1 - Verzoegerungs-kompensationsschaltung

Info

Publication number: DE2715738A1
Application number: DE19772715738
Authority: DE
Inventors: Takane Itoh
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1977-11-03
Also published as: JPS5814718B2; DE2715738C2; JPS52123259A; GB1544362A; US4096575A

Description

PATFNTANWALTF

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld ^ η λ γ η ο

Triftstraße 4 Siekerwall 7

Case PG23-77O11 7. April 1977

Nissan Motor Company, Limited 2, Takara-machi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

Verzögerungs-Kompensationsschaltung

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ι lh meer Müller . Steinmeister

Nissan Motor Company Ltd . Case PG23-77011

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum Ausgleich einer Verzögerung insbesondere zur Kompensation von Fehlern, die dadurch entstehen, daß eine Abtast- oder Abfrageeinheit nicht in der Lage ist, rasch genug auf sich ändernde äußere Bedingungen zu reagieren. Solche Abtastvorrichtungen können beispielsweise Detektoren zur
Ermittlung einer Strahlungsenergie sein.

Um eine verläßliche Wiedergabe bei der Darstellung
von sich ändernden Meßgrößen, die durch Sensoren erfaßt

werden, gewährleisten zu können, ist es erforderlich, daß das Ausgangssignal frei ist von Fehlern, die dadurch entstehen, daß die Sensoren nicht in der Lage sind, auf alle Änderungen der Eingangsvariablen rasch genug zu reagieren Solche Meßsysteme können durch ein mathematisches Modell

angenähert werden, das die Zeitverschiebung oder Zeitverzögerung erster Ordnung berücksichtigt. Bei einem Meßsystem, bei dem beispielsweise Thermoelemente zur Messung der Temperatur verwendet werden, entspricht das Ausgangssignal einem verzögerten Antwortsignal erster Ordnung in

Bezug auf die zu messende Temperatur. Es ist erwünscht,
daß diese Zeitverzögerung so klein als möglich wird. Bis
zu einem gewissen Grad kann dieser Anforderung durch Verminderung der thermischen Kapazität der verwendeten unähnlichen Metalle begegnet werden. Eine weitere Vermin-

derung der thermischen Kapazität jedoch erfordert die Ver wendung von fadenähnlichen dünnen Metallstreifen, was wie derum zu einer sehr kurzen Lebensdauer des Thermoelements führen kann. Besteht beispielsweise die Umgebung, deren
Temperatur gemessen werden soll, aus einem Fluid, das am

Meßpunkt mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit vorbeifließt, so ist es relativ einfach, die Zeitverzögerung zu

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TER MEER · MÖLLER . STE.NME.STER

^δΓρΓ,-2 3-7IQU ^

kompensieren, da die Zeitkonstante der Zeitverzögerung erster Ordnung konstant bleibt. Eine Veränderung der Strömungsmenge oder Strömungsgeschwindigkeit kann jedoch zu einer beträchtlichen Veränderung des Zeitkonstantenwerts £Uhren_f so daß, um zu einer sicheren Aussage zu kommen, zusätzlich eine Messung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Strömungsmenge erforderlich ist, um eine genaue Kompensation für die Zeitverzögerung sicherzustellen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Verzögerungs-Kompensationsschaltung zu schaffen, durch die es ermöglicht wird, ein fehlerfreies Ausgangssignal bei einem Meßsystern, beispielsweise einem Strahlungsmeßsystem auch dann zu erhalten, wenn aufgrund des relativ langsamen Ansprechens der Abtastglieder eine Zeitverzögerung erster Ordnung zu erwarten ist. Die Kompensationsschaltung soll insbesondere bei sich ändernden Umweltbedingungen der Meßvorrichtung die bisher notwendige Berücksichtigung einer zweiten Meßgröße überflüssig machen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Aufgäbe ist in ihren wesentlichen Merkmalen in kurzer Zusammenfassung im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform erläutert. Die

einzige Figur zeigt das schematische Blockschalt-

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Nissan Motor Company Ltd. Case PG23-77O11

-Sf-

bild eines Strahlungsenergiedetektors mit erfindungsgemäßen Merkmalen.

Mit Bezugszeichen 10 und 11 sind in dem Blockschaltbild ein erstes bzw. zweites Thermoelement bezeichnet, die beispielsweise an der Einlaßöffnung einer nicht gezeigten Gasturbine angeordnet sind. Jeder dieser Temperaturfühler weist einen unterschiedlichen Wert der thermischen Verzögerung oder Zeitkonstante im Ansprechverhalten auf. Der Abtastpunkt oder die Meßstellenverbindung, also die eine

Lötstelle jedes Thermoelements liegt am gleichen Punkt, an dem die Temperatur gemessen werden soll, während die andere Bezugs- oder "kalte" Verbindungsstelle auf einer bekannten Bezugstemperatur gehalten wird. Die zwischen den
beiden Verbindungen oder Lötstellen des Thermoelements 10 auftretende Spannung gelangt auf den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers oder Subtrahierers 12, während die vom Thermoelement 11 gelieferte Spannung dem nicht invertierenden Eingang des Subtrahierers 12 zugeführt wird. Die Ausgänge dieser Thermoelemente sind außerdem auf die

Eingänge von Differenziergliedern 13 bzw. 14 geschaltet.
Die Ausgangssignale des Subtrahierers 12 sowie des ersten bzw. zweiten Differenzierglieds 13 bzw. 14 gelangen als
Eingangssignale auf eine Verarbeitungsschaltung, die im
Schaltbild durch eine gestrichelte Umrandung 20 angegeben ist. Diese Verarbeitungsschaltung 20 umfaßt einen zweiten Subtrahierer 16, einen Multiplizierer 15, der das ihm zugeführte Eingangssignal mit einem Faktor "k" multipliziert, der dem Verhältnis der Zeitkonstante des ersten Thermoelements 10 zur Zeitkonstante des zweiten Thermoelements

11 entspricht. Die Verarbeitungsschaltung 20 enthält

weiterhin eine Dividierschaltung 17, der als Divident das

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- fr -

Ausgangssignal des Differenzierglieds 13 und als Divisor das Ausgangssignal des zweiten Subtrahierers 16 zugeführt wird; diese Schaltung 17 gibt ihr Ausgangssignal an einen Eingang eines Multiplizierers 18 ab, dessen anderer Ein- gang durch das Ausgangssignal des Subtrahierers 12 beaufschlagt ist.

Das Differenzierglied 14 liefert das differenzierte Ausgangssignal an den Multiplizierer 15 und damit nach Verarbeitung auf den invertierenden Eingang des Subtrahierers oder Differenzverstärkers 16.

Angenommen, die thermische Eingangsgröße der Thermoelemente 10 bzw. 11 sei mit x(t) und die Ausgangssignale seien mit Y₁ (t) bzw. Y₂ (t) bezeichnet. Der Subtrahierer gibt an den Eingang eines Multiplizierers 18 ein Signal ab, das der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Thermoelemente, d.h. y~ (t) - Y~(t) entspricht. Am anderen Eingang des Multiplizierers 8 liegt das Ausgangssignal der Dividierschaltung 17. Das Ausgangssignal dieser Dividierschaltung 17 gelangt auf einen Eingang eines Addierers 19, dem außerdem das Ausgangssignal des Thermoelements 10 zugeführt wird.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der soweit beschriebenen Schaltungsanordnung erläutert:

Angenommen, die Zeitkonstantenwerte der Thermoelemente 10 bzw. 11 seien mit T₁ bzw. T₂ bezeichnet. Dann gelten folgende Beziehungen:

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NLss-in Motor Company Ltd, Case PG23-77O11

^dyi

V -ή ^{+ y}i ⁼

^dy

^τι·

Damit wird

^yi ⁼

dy

· -a! ^{+ y} ₂ ^{= x}

dt

worin k = T₃ZT₁ gesetzt ist. Wird der Wert T₁ in Gleichung (3) durch die Beziehung in Gleichung (4) substitu iert, so erhält man folgende Beziehung:

^(y2 "

10 ^Da sich dy-/dy₁ auch umschreiben läßt zu (dy₂/dt)/ (dy /dt), läßt sich Gleichung (5) auch wie folgt dar stellen:

dy /dt

- k.dy₂/dt

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTEP

Ni.5pan Motor Company Ltd, Case PG23-77O11

Der Subtrahierer 16 liefert damit ein Ausgangssignal, das der Größe (dy^/dt - k.dy~/dt) entspricht, welches als Divident auf die Divisionsschaltung 17 gelangt, der ein Divisor vom Differenzierglied 13 zugeführt wird und die ein Ausgangssignal an den Multiplizierer 18 abgibt. Der Multiplizierer 18 besorgt die Multiplikation von zwei Eingangssignalen, von denen eines von der Dividierschaltung 17 und das andere vom Subtrahierer 12 stammt. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 18 entspricht damit der Differenz zwischen der thermischen Energie oder zu messenden Temperatur und dem Ausgangssignal des ersten . Thermoelements 10. Durch Addition des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung 20 und des Ausgangssignals des ersten Thermoelements 10 im Addierer 19 ergibt sich, daß das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 21 frei ist von einem Fehler, der dadurch entsteht, daß die Sensoren nicht in der Lage sind, auf Änderungen der zu messenden variablen Größe rasch genug anzusprechen. Im Ergebnis erhält man also eine verläßliche Angabe über die zu messen-

20 de Temperatur.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung eine Zeitverzögerungs-Kompensationsschaltung geschaffen wurd, die zwei Abtastvorrichtungen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten im Ansprechverhalten umfaßt.

Die Ausgangssignale der Abtastvorrichtungen werden jeweils differenziert und gleichzeitig verglichen, um ein Differenzsignal zu erhalten. Sowohl die differenzierten Signale als auch die Differenzsignale werden durch eine Verarbeitungsschaltung in ein Ausgangssignal umgesetzt, das einem Wert zur Kompensation von Fehlern entspricht, die sich aus

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TER meer - Müller . Steinmeister Nissan Motor Company Ltd,

C PG23-77O11

Zeitverzögerungen erster Ordnung in den Abtastvorrichtungen ergeben. Das kompensierte Ausgangssignal wird zum Ausgangssignal der ersten Abtastvorrichtung hinzu addiert.

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Claims

Patentansprüche

10

20

Verzögerungs-Kompensationsschaltung, gekennzeichnet durch

- eine erste und eine zweite Abtastvorrichtung (1O,

11) zur Abfrage bestimmter Meßgrößen, die durch unterschiedliche Zeitkonstanten Zeitverzögerungen erster Ordnung festlegen;

- ein erstes und zweites Differenzierglied (13, 14), die mit der ersten bzw. zweiten Abtastvorrichtung verbunden sind;

- eine mit der ersten und zweiten Abtastvorrichtung verbundene Subtraktionsschaltung (12), die ein der Differenz der Äusgangssignale der Abtastvorrichtungen entsprechendes Ausgangssignal abgibt;

- eine durch die Ausgangssignale des ersten und zweiten Differenzierglieds sowie der Subtraktionsschaltung beaufschlagte Verarbeitungsschaltung (20), die ein Ausgangssignal abgibt, das der Differenz zwischen einer zu messenden physikalischen Größe und dem Ausgangssignal der ersten Abtastvorrichtung entspricht und

- eine Addierschaltung (19), die ein der Summe des Ausgangssignals der ersten Abtastvorrichtung (10) und des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung

(20) entsprechendes Summensignal abgibt.

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ORIGINAL INSPECTED

meer muller .HTtIiNMEiSTER Nissan Motor Company Ltd.

Case PG23-77O11
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (20) eine zweite Subtraktionsschaltung (16) zur Erzeugung eines der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Differenzierglieds (13 bzw. 14) entsprechenden Differenzsignals, einen Dividierer (17), der das Ausgangssignal des zweiten Differenzierglieds mit dem Ausgangssignal der Subtrahierschaltung (16) dividiert und einen Multiplizierer (18) umfaßt, der das Ausgangssignal der ersten Subtraktionsschaltung (12) und das Ausgangssignal des Dividierers (17) multipliziert.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (20) einen Multiplizierer (15) enthält, welcher das Ausgangssignal des ersten Differenzierglieds (14) mit dem Verhältnis der Zeitkonstange des ersten zur Zeitkonstange der zweiten Abtastvorrichtung multipliziert und das Ausgangssignal auf einen Eingang der zweiten Subtraktionsschaltung (16) schaltet.
4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Abtastvorrichtung (10, 11) ein Thermoelement enthalten.

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