DE2715738C2

DE2715738C2 - Verzögerungs-Kompensationsschaltung

Info

Publication number: DE2715738C2
Application number: DE2715738A
Authority: DE
Inventors: Takane Yokohama 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: 1985-01-17
Also published as: GB1544362A; JPS5814718B2; JPS52123259A; US4096575A; DE2715738A1

Description

bekannten Bezugstemperatur gehalten wird. Die zwischen den beiden Verbindungen oder Lotstellen des Thermoelements 10 auftretende Spannung gelangt auf den Invertierenden Eingang einer Subtrahierschaltung 12, während die vom Thermoelement 11 gelieferte Spannung dem nicht invertierenden Eingang der Subirahierschaltung 12 zugeführt wird. Die Ausgänge dieser Thermoelemente sind außerdem auf die Eingänge von Differenzlergliedern 13 bzw. 14 geschaltet. Die Ausgangssignale der Subtrahierschaltung 12 sowie des ersten 13 bzw. zweiten Differenzlerglieds 14 gelangen als Eingangssignale auf eine Verarbeitungsschaltung, die im Schaltbild durch eine gestrichelte Umrandung 20 angegeben Ist. Diese Verarbeitungsschaltung 20 umfaßt eine zweite Subtrahlerschaltung

16, eine Multlpllzierschaltung 15, die das Ihr zugeführte Eingangssignal mit einem Faktor »λ« multipliziert, der dem Verhältnis der Zeltkonstante des ersten Thermoelements 10 zur Zeitkonstante des zweiten Thermoelements 11 entspricht. Die Verarbeitungsschaltung 20 a> enthält weiterhin eine Dividierschaltung 17, der als Dlvldent das Ausgangssignal des Differenzlerglieds !.3 und als Divisor das Ausgangssignal der zweiten Subtrahlerschaltung 16 zugeführt wird; diese Dlvlditrschaltung 17 gibt ihr Ausgangssignal an einen Eingang einer Multipllzieischaltung 18 ab, deren anderer Eingang durch das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung 12 beaufschlagt ist.

Das Differenzlerglied 14 liefert das differenzierte Ausgangssignal an die Multiplizierschaltung 15 und damit nach Verarbeitung auf den invertierenden Eingang der Subtrahlerschaltung 16.

Angenommen, die Temperatur der Thermoelemente 10 bzw. 11 sei mit x(i) und die Ausgangsslgnala selen mit yiU) bzw. y₂U) bezeichnet. Die Subtrahlerschaltung Iz gibt an den Eingang der Muitipilzierschaitung 18 ein Signal ab, das der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Thermoelemente, d.h. yM-YM entspricht. Am anderen Eingang der Muitlpllzlerschaltung 18 Hegt ^as Ausgangssignal der Dividierschaltung ■«>

17. Das Ausgangssignal dieser Dividierschal luru: 17 gelangt auf einen Eingang einer Addierschaltung 19, der außerdem das Ausgangssignal des Thermoelements 10 zugeführt wird.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der soweit beschriebenen Schaltungsanordnung erläutert:

Angenommen, die Zeltkonstantenwerte der Thermoelemente 10 bzw. 11 selen mit T, bzw. T₁ bezeichnet. Dann gelten folgende Beziehungen:

worin k = T₇ZT, gesetzt is!. Wird der Wert Γι in Gleichung (3) durch die Beziehung In Gleichung (4) substituiert, so erhält man folgende Beziehung:

= y\ + Oi -yiW- k- φι/φι)

Da sich dyi/dy, auch umschreiben läßt zu (dyi/di)/(.dy,/di), läßt sich Gleichung (5) auch wie folgt darstellen:

50 dyx/dt

dyyldi-k- dyildi

Üü-Ji)

Die Subtrahlerschaltung 16 Hefen damit ein Ausgangssignal, das der Grö3e {dyjdt-k ■ dyjdi) entspricht, welches als Divisor auf die Dividierschaltung 17 gelangt, welcher der Dlvldent vom Dlfferenzlergiled 13 zugeführt wird und die ein Ausgangssignal an die Multl^lizlerschaltung 18 abgibt. Die MultipUzIerschaltung 18 besorgt die Multipli-.^.lon von zwei Eingangssignalen, von denen eines von 4er Dividierschaltung 17 und das andere von der Subtrahierschaltung 12 stammt. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 18 entspricht damit der Differenz zwischen der zu messenden Temperatur und dem Ausgangssignal des ersten Thermoelements 10. Durch Addition des Ausgangssignals der Verarbeltungssrhaltung 20 und des Ausgangssignals des ersten Thermoelements 10 In der Addierschaltung 19 ergibt sich, daß das Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 21 frei Ist von einem Fehler, der dadurch entsteht, daß die Meßfühler nicht in der Lage sind, auf Änderungen der Meßgröße rasch genug anzusprechen. Im Ergebnis erhält man also eine verläßliche Angabe Ober die zu messende Temperatur.

Hierzu 1 Blau Zeichnungen

dt

= χ

(D

dt

55

(2)

7_i.m _{+ Vi=7i}.i2?_{+Ä =} ._v ,3,

dt dl

Damit wird

^ ⁼ ~k—^!— w

dt "" dt

Claims

Patentansprüche:

1. Verzögerungs-Kompensatlonsschallung mit einem ersten und einem zweiten Meßfühler zur Erfassung bestimmter Meßgrößen, die durch unterschiedliche Ansprechzeltkonstanten Zeltverzögerungen erster Ordnung festlegen und einer Schaltung zur Differenzbildung zugeführt werden, gekennzeichnet durch

ein erstes und zweites Dlfferenzlerglled (13, 14), wobei das erste (13) mit dem ersten (10) und das zweite (14) mit dem zweiten Meßfühler (11) verbunden ist.

eine durch die Ausgangssignale des ersten (13) und zweiten Differenzierglieds (14) sowie der zur Differenzbildung verwendeten Subtrahierschaltung (12) beaufschlagte Verarbeitungsschaltung <20). die eine zweite Subtrahierschaltung (16) zur Erzeugung eines der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten (13) und des zweiten DlfTerenzlerglleds (14) entsprechenden Dlfferenzs'gnals, eine Dividierschaltung (17), die das Ausgangssignal des ersten Differenzlerglieds (13) durch das Ausgangfilgnai der Subtrahlersciialtung (16) dividiert und eine Multiplizierschaltung (18) umfaßt, die das Ausgangssignal der ersten Subtrahierschaltung (12) und das Ausgangssignal der Dividierschaltung (17) multipliziert, so daß am Ausgang der Verarbeitungsschaltung (T)) ein ^cignal auftritt, das der Differenz zwischen einer zu messenden physikalischen Größe und dem Ausgangssignal des ersten Meßfühlers (10) entspricht, und durch eine Addierschaltung (19). die ein der Summe des Ausgangssignals des ersten Meßfühlers (10) und des Ausgangssignals der Vcrarbeltungsschaltung (20) entsprechendes Summensignal abgibt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbellungsschaltung (20) eine weitere MuitlpÜzlerschaltung (IS) enthalt, welche das Ausgangssignal des zweiten Differenzlerglieds (14) mit dem Verhältnis der Zeltkonstante des ersten (10) zur Zeltkonstante des zweiten Meßfühlers (11) multipliziert und das Ausgangssigna! auf einen Eingang der zweiten Subtrahierschaltung (16) schaltet.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (10) und der zweite Meßfühler (11) Thermoelemente sind.

Gegenstand der Erfindung Ist eine Verzögerungs-Kompensatlonsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Ausgleich einer Verzögerung, Insbesondere zur Kompensation von Fehlern, die dadurch entstehen, daß ein Meßfühler nlchl in der Lage Ist, rasch genug auf sich ändernde äußere Bedingungen zu reagieren. Solche Meßfühler können beispielsweise Detektoren zur Ermittlung einer Strahlungsenergie sein. Ein Beispiel für eine Fehlerkompensation bei einer Tcmperaturmelielnrkhtung Ist In der DE-OS 20 42 047 beschrieben.

Um eine verläßliche Wiedergabe bei der Darstellung von sich ändernden Meßgrößen, die durch Meßfühler erfaßt werden, gewährleisten zu können, ist es erforderlich, daß das Ausgangssignal frei ist von Fehlern, die dadurch entstehen, daß die Meßfühler nicht in der Lage sind, auf alle Änderungen der Meßgröße rasch genug zu reagieren. Solche Meßsysteme können durch ein mathematisches Modell angenähert werden, das die Zeitverschiebung oder Zeitverzögerung erster-Ordnung

ίο 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 Zeltverzögerung so klein als möglich wird. Bis zu einem gewissen Grad kann dieser Anforderung durch Verminderung der thermischen Kapazität der verwendeten unähnlichen Metaiie begegnet werden. Eine weitere Verminderung der thermi- sehen Kapazität jedoch erfordert die Verwendung von fadenähnlichen dünnen metallstreifen, was wiederum zu einer sehr kurzen Lebensdauer des Thermoelements führen kann. Besteht beispielsweise die Umgebung, deren Temperatur gemessen werden soll, aus einem RuId, das am Meßpunkt mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit vorbeifließt, so ist es relativ einfach, die Zeitverzögerung zu kompensieren, da die Zeitkonstante der Zeitverzögerung erster Ordnung konstant bleibt. Eine Veränderung der Strömungsmenge oder Strömungsgeschwindigkeit kann jedoch zu einer beträchtlichen Veränderung des Zeilkonstantenwerts führen, 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 Zeltverzögerung sicherzustellen.

Der Erfindung Hegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Verzögerungs-Kompensationsschaltung zu schaffen, durch die es ermöglicht v/\tC, ein fehlerfreies Ausgangssignal bei einem Meßsystem, beispielsweise einem Strahlungsmeßsystem auch dann zu erhalten, wenn aufgrund des relativ langsamen Ansprechens der Meßfühler eine Zeltverzögerung erster Ordnung zu erwarten Ist. Die Kompensationsschaltung soll Insbe sondere bei sich ändernden Umweltbedingungen der Meßvorrichtung die bisher notwendige Berücksichtigung einer zweiten Meßgröße überflüssig machen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen

so erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in einer belsplelswelsen Ausfuhrungsform erläutert. Die Figur zeigt das schematischc Blockschaltbild eines Strahlungsmeßsystcms.

Mit Bezugszeichen 10 und Π sind In dem Blockschaltbild ein erstes bzw. zweites Thermoelement

wi bezeichnet, die beispielsweise an der Einlaßöffnung einer nicht gezeigten Gasturbine angeordnet sind. Jedes dieser Thermoelemente weist einen unterschiedlichen Wert der thermischen Verzögerung oder Zellkonstante Im Ansprcchvcrhalten auf. Der Abtastpunkt oder die

*5 Mellstcllcnverblndung, also die eine Lötstelle jedes Thermoelements liegt am gleichen Punkt, an dem die Temperatur gemessen werden soll, wahrend die andere Bezugs- oder »kalte« Verbindungsstelle auf einer