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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und
einem Verfahren nach der Gattung des Jeweiligen Hauptanspruches, Es ist eine Vorrichtung
zum Messen des Rußgehaltes der Abgase von Dieselbrennkraftmaschinen im praktischen
Einsatz, bei der beim Meßvorgang eine bestimmte Menge an' Gas durch ein. Filterpapier
gesaugt und dessen Schwärzungsgrad oder Reflexionsgradverminderung elektro-optisch
bestimmt wird. Zu diesem Zweck wird das Filterpapier mit einer Lichtquelle beleuchtet
und mit einem photoelektrischen Element, insbesondere einer Photodiode wird ein
fester Anteil des reflektierten Lichtes erfaßt und in eine elektrische Spannung
umgesetzt0 Die elektrische Spannung ist ein Maß für die Schwärzung des Filterpapieres
und damit für den Rußgehalt des gemessenen Abgases, Der Strom des vorzugsweise verwendeten
Photoelementes wird unmittelbar oder nach entsprechender Verstärkung angezeigt Die
Skala des Anzeigeinstrumentes ist passend beschriftet. Diese bekannte Vorrichtung
weist nur eine beschränkte Meßgenauigkeit auf und es sind außerdem Anzeigezwischenwerte
zu schätzen, was zu Fehlmessungen führen kann0 Außerdem muß der Nullpunkt (oder
auch der obere Skalenendpunkt) häufig nachjustiert werden, weil sich insbesondere
der Lichtstrom der Lichtquelle wegen der Alterung der Lichtquelle oder wegen Änderungen
des Speisestromes ändert, Wird
die Nullpunktnachstellung versäumt,
so kann die Messung mit einem beträchtlichen Fehler behaftet sein. Es soll daher
die Meßgenauigkeit verbessert werden.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Eauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß Ablesefehler praktisch
ausgeschaltet sind, weil eine Digitalanzeige des vom Zähler erreichten Standes vorgesehen
ist. Auch läßt sich zur weiteren Verbesserung der Meßgenauigkeit ein selbständiger
Nullabgleich vorsehen, der vom Benutzer lediglich ausgelöst werden muß, aber im
übrigen keinerlei Eingriff durch den Benutzer erfordert, abgesehen davon, daß der
Meßkopf auf ein ungeschwärztes Filterpapier gehalten werden muß.
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Das angegebene Verfahren zum selbsttätigen Nullabgleich läßt sich
auch bei anderen Meßvorrichtungen zweckmäßig einsetzen, die Glieder umfassen, deren
Kennwerte sich zeitlich ändern, beispielsweise durch Alterung, durch Temperatureinflüsse
oder dgl., Hierbei kann unter Umständen selbst das Auslösen noch unabhängig vom
Benutzer vorgenommen werden, wenn es beispielsweise zeitabhängig erfolgt oder jedem
einzelnen Meßvorgang vorgeschaltet wird. Die in letzterem Fall hervorgerufene Verzögerung
bis zum Erscheinen des Meßergebnisses ist so gering, daß sie nicht stört und häufig
nicht einmal wahrnehmbar ist. Dabei kann dieses Verfahren sowohl bei analog als
auch bei digital arbeitenden Meßvorrichtungen angewandt werden Es wird zu diesem
Zweck
der Vorrichtung ein Testsignal zugeführt, also dem Meßwertaufnehmer eine vorgegebene
Größe eingegeben; oder es wird, wenn der Meßwertaufnehmer seine Kennwerte nicht
ändert, am Eingang der dem Meßwertaufnehmer nachgeschalteten Verstärker ein Festwert--signål
erzeugt und es wird dann das Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Wert verglichen.
Ein Kennwert mindestens-eines Gliedes der Meßvorrichtung, beispiels--weise-des Meßwertaufnehmers
oder eines- Verstärkers, wird verändert. Sind das Ausgangssignal und eine Referenzgröße
einander gleich so wird die Änderung der Steuer--größe- beendet. Es ist damit der
Nullpunktabgleich bei Eingabe eines Nullsignales beendet. Statt eines Nullsignales
-kann auch ein beliebiges anderes Signal, beispielsweise ein dem Wert 50% oder 100%
entsprechendes Signajieingegeben und die Meßvorrichtung entsprechend abgeglichen
werden.
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Zeichnung Zwei Blockschaltbilder erfindungsgemäßer Vorrichtungen sind
in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert0
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Schwärzungsmeßgerätes mit automatischem
Nullabgleich und Fig. 2 das Blockschaltbild eines automatischen Nullabgleiches allgemein.
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Beide Figuren zeigen lediglich Prinzipschaltbilder unter Verzicht
auf für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlicher Einzelheiten.
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Beschreibung der Erfindung Zur Messung des Rußgehaltes wird -durch
ein Filterpapier 1 eine bestimmte Menge an Abgas hindurchgesaugt, wobei sich der
in dem Abgas enthaltene Ruß auf dem Filterpapier 1 niederschlägt und dieses schwarztO
Es ist also die Rußgehaltmessung auf eine Schwärzungsmessung bzw. eine Reflexionsgradmessung
des Filterpapieres 1 reduziert. Zur Messung wird das Filterpapier 1 in einen Meßkopf
2 eingelegt oder eingespannt, der eine Lichtquelle 3 und ein photoelektrisches Element,
insbesondere eine Photodiode 4 umfaßt. Das von der Lichtquelle 3 ausgehende Licht
wird je nach Schwärzungsgrad des Filterpapieres < unterschiedlich stark reflektiert
und es gelangt ein fester Anteil dieses Lichtes in die Photodiode 4, deren Ausgangsstrom
proportional dem ihr zuge strahlten Licht ist.
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Die Meßvorrichtung umfaßt einen Oszillator 5, der mit einer vorgegebenen
festen Frequenz Impulse erzeugt die einem Eingang eines iND-Gatters 6 zugeführt
werden, dessen Ausgang mit dem Impuls eingang eines Digitalzählers 7 verbunden ist,
an dessen Busgang einerseits eine hnzeigeeinheit 8 und andererseits der Eingang
eines Digital-Analogwandlers 9 angeschlossen ist0 Der Ausgang des Digital-Analogwandlers
ist mit einem Eingang eines Summierverstärkers 10 verbunden, dessen zweitem Eingang
die von der Photodiode 4 erzeugte Spannung zugeführt ist0 Der Ausgang des Summierverstärkers
7, dessen Ausgangsspannung proportional der
Summe der beiden Eingangsspannunen-
ist, ist mit einem Eingang eines Komparators 11 verbunden, dessen anderem Eingang
12 eine feste Referenzspannung zugeführt wird. Der Ausgang des Komparators 11 ist
mit einem Stelleingang eines bistabilen Kippgliedes, beispielsweise eines Flipflop
13 verbunden. Der Rücksetsanschluß des Flipflop 13 ist an den Ausgang eines ODER-Gatters
14 angeschlossen dessen einer Eingang bei Beginn der Messung einen Rücksetzimpiils
erhält Zu diesem Zweck ist ein monostabiles Kippglied 15 vorgesehen das außerdem
auch über ein weiteres ODER-Gatter 16 den Zähler 7 auf Null zurückstellt, Ausgelöst
wird ein- eßzyklus durch Betätigen einer Meßtaste 17, die unmittelbar oder ggf.
unter Zwischenschaltung eines Prellungen eliminierenden Gliedes mit einem Eingang
des AND-Gatters 6 sowie mit dem Eingang des monostabilen Kippgliedes 15 verbunden
ist. Ein dritter Eingang des AND-Gatters 6 ist mit einem Ausgang des Flipflop 13
verbunden, der nach Rücksetzen durch das ODER-Gatter 14 ein Signal an das AND-Gatter
-6 abgibt, wodurch dieses, da auch die Meßtaste 17 gedrückt ist, die vom Oszillator
5 erzeugten Impulse an den Zähler 7 durchläßt.
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Die vom Digital-Analogwandler 9 aufgrund des zeitproportional ansteigenden
Zählerstandes im Zähler 7 erzeugte zeitlineare Spannung ergibt zusammen mit der
bei einem eingelegten Filterpapier 1 konstanten Spannung
der Photodiode
4 eine zeitlinear ansteigende Spannung am Ausgang des S1lmmierverstärkers 10. Erreicht
diese Spannung den Wert der am Eingang 12 anliegenden Referenzspannung, so spricht
der Komparator 11 an und das daraufhin erzeugte Ausgangssignal kippt das Flipflop
13 um, wodurch das AND-Gatter 6 gesperrt wird und der Zähler 7 keine Impulse mehr
erhält, Die Anzeigeeinheit 8 zeigt eine den Schwäreungsgrad des Filterpapieres 1
entsprechende Zahl anO Der Einflußrder Alterung der Lichtquelle 3, beispielsweise
einer Glühlampe ebenso wie der Einfluß von Null plluktdrift und Offset der Verstärker
läßt sich durch den selbsttätigen Abgleich eliminieren, wie er anschließend beschrieben
wird0 Der Abgleich wird ausgelöst durch Drücken einer Abgleichtaste 18, die mit
dem ODER-Gatter 16 verbunden ist zum Löschen des Zählers 7c Außerdem ist sie unmittelbar
oder über ein Prellungen eliminierendes Glied mit einem AND-Gatter 19 verbunden,
das zwei weitere Eingänge aufweist, deren einer mit dem Ausgang des Oszillators
5 und deren anderer mit dem Ausgang des Blipflop 13 verbunden ist, der auch mit
einem der Eingänge des AND-Gatters 6 verbunden ist0 Ferner ist an die Abgleichtaste
18 der Eingang eines monostabilen Kippgliedes 20 angeschlossen, dessen Ausgang einerseits
mit dem ODER-Gatter 14 zum Zwecke der Rücksetzung des *der Streuung und
Flipflop
13 und andererseits mit einem Rückstelleingang eines Zählers 21 verbunden, dessen
Impuls-Eingang oder Zähleingang mit dem Ausgang des AlD-Gatters 19 verbunden ist0
Der Ausgang des Zählers 21 ist mit dem Eingang eines Digital-hnalog-Wandlers 22
verbunden, an dessen Ausgang ein Verstärker 23 angeschlossen ist, der seinerseits
den Strom für die Speisung der Lichtquelle 3 liefert0 Wird die Abgleichtaste 18
gedrückt, so werden die Zähler 7 und 21 auf Null zurückgestellt und es wird über
das monostabile Kippglied 20 und das ODER-Gatter 14 das Flipflop 13 zurückgesetzt0
Die Impulse des Oszillators 5 gelangen auf den Zähler 21 (nicht jedoch auf den Zähler
7, weil das diesem vorgeschaltete AND-Gatter 6 bei nichtgedrückter Meßtaste 17 gesperrt
ist) lind es steigt das Ausgangssignal des Digital-ßnalog-Wandlers 22 entsprechend
zeitlinear an. In gleicher Weise steigt der Strom durch die Lichtquelle 3 seitlinear
an, bis die Spannung an der Photodiode 4 so groß ist, daß sie trotz der fehlenden
Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers 9 (weil der diesem vorgeschaltete Zähler
7 auf Null steht) am Ausgang des Summierverstärkers 10 eine der Referenzspannung
am Eingang 12 gleiche Spannung. erzeugt, wodurch der Komparator 11 anspricht und
über das Flipflop 13 das AND-Gatter 19 sperrt, Bei diesem Nullabgleich ist
selbstverständlich
ein völlig ungeschwärztes, weißes Filterpapier 1 in den Meßkopf 2 eingelegt worden,
um einem solchen weißen Filterpapier den Wert Null des Zählers 7 zuzuordnen0 In
Abwandlung des beschriebenen Prinzips könnte auch der Zähler 7 während des Abgleichvorganges
auf den Wert 1000/o gestellt und in den Meß kopf ein völlig geschwärztes Filterpapier
eingelegt werden.
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Das in Fig. 2 dargestellte Prinzip des selbsttätigen Nullabgleichs
läßt sich generell bei den unterschiedlichsten Meßvorrichtungen einsetzen, vorzugsweise
auch bei solchen, bei denen der Meßwert wie zuvor beschrieben mit einer proportional
ansteigenden Größe verglichen und bei Gleichheit eine gleichzeitig laufende digitale
Zeitmessung beendet wird, wobei die Zeit dem Meßwert proportional ist, Es können
jedoch auch andere Meßvorrichtungen in dieser Weise automatisch auf einen Sollwert,
vorzugsweise dem Nullwert, abgeglichen werden0 Dabei kann der Nullabgleich den Meßwertaufnehmer
mit einschließen, wenn der Meßwertaufnehmer selbst einen Temperaturgang aufweist
oder anderen änderungen seiner Kennwerte unterliegt0 Ist ein Meßwertaufnehmer verwendet,
der keine auszugleichende Kennwertänderungen aufweist, so wird beim Abgleich lediglich
in die anderen Glieder der Meßvorrichtung eingegriffen, insbesondere die Verstärker,
in DigSig. 2 dargestellte Anordnung umfaßt einen Meßwertaufnehmer 32, der selbst
keinen Änderungen unterliegt
und der über einen Schalter 30 mit
einem Eingang eines Summierverstärkers 4Q verbunden isto Der Ausgang des Summierverstärkers
ist mit einer Meßschaltung 29 verbunden, die unterschiedliche Glieder wie Verstärker,
phasenabhängige Gleichrichter, Linearisierungsglieder und dglo umfassen kann, An
den Ausgang der Meßschaltung 29 ist eine nicht dargestellte Anzeige angeschlossen-,
bei der es sich um eine Analog- oder eine Digitalanzeige handeln kann0 Handelt es
sich um eine Analoganzeige, dann ist an den Ausgang der Meßschaltung 29 der Eingang
eines Komparators 28 angeschlossen, dessen anderer Eingang an--einer festen Referenzspannung
oder, bei Durchführung eines Nullabgleiches, an der Spannung Null liegt, Gibt die
Meßschaltung 29 ein digitales Ausgangssignal ab, ist zwischen den Ausgang der Meßschaltung
29 und den Eingang des Komparators 28 noch ein Digital-Analog~Wandler geschaltet.
Statt dessen könnte auch ein digitaler Komparator 28 eingesetzt werden. Der Ausgang
des Komparators 28 ist an einen Stelleingang eines Flipflop 43 geführt, dessen Ausgang
über einen Zwischenverstärker 27 den Schalter 30 steuert An einen zweiten Eingang
des Summierverstärkers 40 ist über einen Widerstand 26 eine Bezugsspaenung angeschlossen
und es ist über einen. weiteren Widerstand 25 mit demselben Eingang des Summierverstärkers
40 der Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers 52 angeschlossen, dessen
Eingang
mit dem Ausgang eines Digitalzählers 51 verbunden ist. Der Zähleingang des Zählers
51 ist mit dem Ausgang eines hND-Gatters 49 verbunden, dessen einer Eingang mit
dem Ausgang eines Oszillators 35 verbunden ist und dessen anderer Ausgang mit dem
zweiten Ausgang des Flipflop 43 verbunden ist0 Der zugeordnete Rücksetzeingang des
Flipflop 43 ist mit dem Ausgang einer monostabilen Kippstufe 50 verbunden, an die
auch der Rücksetz- und Löschanschluß des Zählers 51 angeschlossen ist. Der Eingang
der monostabilen Kippstufe 50 ist an eine Abgleichtaste 48 angeschlossen.
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Während der Messung gibt der Meßwertaufnehmer 32 über den in der dargestellten
Position befindlichen Schalter 30 ein Signal an den Summierverstärker 40 ab, der
unter entsprechender Beeinflussung durch eine über den Widerstand 26 zugeführte
Referenzspannung die Meßschaltung 29 speist, an deren Ausgang der Meßwert erscheint
Zum Null abgleich wird die Abgleichtaste 48 gedrückt und es wird dadurch das Flipflop
43 rückgesetzt, wodurch der Schalter 30 vom Verstärker 27 in seine andere Lage umgeschaltet
wird, in der dem betreffenden Bingang des Suinmierverstärkers 40 die Spannung Null
zugeführt wird. Durch die monostabile Kippstufe 50 wird außerdem der Zähler 51 auf
Null gesetzt und es wird über den anderen Ausgang des Flipflop 43 das I)-Gatter
49 vorbereitet, so daß es die vom Oszillator 35 kommenden Impulse zum Zähler 51
durchläßt.
Entsprechend dem Zählerstand steigt-die Ausgangsspannung am.Ausgang des Digital-Analog
Wandlers 52 an und wird über den Widerstand 25 dem Eingang des Summierverstärkers
40 zugeführt, bis am Busgang der Meßschaltung 29 ein Wert erscheint, bei dem der
Komparator 28 anspricht und das Flipflop 43 setzt, worauf das AND-Gatter 49 gesperrt
wird und der Zähler auf seinem Zählerstand stehen bleibt0 Gleichzeitig wird der
Schalter 30 in die dargestellte Position zurückgestellt und es kann nunmehr mit
korrigiertem Nullpunkt gemessen werden.
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Es versteht sich, daß es auch möglich ist, diese Anordnung abzuwandeln
und statt des Nullpunktes einen anderen Punkt einzustellen, wenn dem Komparator
28 ein entsprechendes Referenz signal zugeführt wird und dem Summierverstärker 40
über den umgeschalteten Schalter 30 ebenfalls ein entsprechendes Signal zugeführt
wird. Der Steuerstrom am Ausgang des -Analog-Digital-Wandlers 52 kann statt zur
Beeinflussung des Summierverstärkers 40 auch zur Beeinflussung des Meßwertaufnehmers
oder zur Regelung der Verstärkung eines Verstärkers dienen, der innerhalb der Meßschaltung
29 vorgesehen ist0