DE2915682A1 - Elektronisches zeitmessgeraet mit einer barometrischen anzeige - Google Patents
Elektronisches zeitmessgeraet mit einer barometrischen anzeigeInfo
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Description
DR. ERNST $"··"κΝ*
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Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zeitmessgerät mit Anzeige einer
barometrischen Grosse, enthaltend einen ersten, einem Refaranzschuiinger zugeordneten
Oszillator, einen zweiten Oszillator zur Messung der genannten barometrischen Grosse, einen Frequenzteiler und eine Anzeigevorrichtung.
Es ist allgemein bekannt, dass die Frequenz eines mit einem Quarzschu/inger
ausgerüsteten Oszillators in Funktion des atmosphärischen Druckes ändert, wenn der Schwinger der Umgebungsluft ausgesetzt ist. Es ist daher möglich,
dieses Phänomen auszunützen, um eine Anzeige der barometrischen Verhältnisse
zu erhalten. Allgemein gesagt kann jede Sonde verwendet werden, welche eine Frequenzvariation in Funktion das atmosphärischen Druckes zu erhalten ermöglicht.
Es kann sich dabei z.B. um kapazitive Sonden oder um solche mit schwingenden Zungen handeln.
Aus dem Patent FR 1 492 973 ist ein Verfahren und ein Gerät zur Durchführung
dieses Verfahrens bekannt, um den Dampfdruck oder den Abfluss des Dampfes in Vakuumanlagen zu messen. Die Schaltung zur Messung des Druckes
weist einen Referenzoszillator mit einem Quarzschuinger und einen ebenfalls
mit einem Quarzschuinger ausgerüsteten Messoszillator auf. Die Frequenzen der beiden Oszillatoren sind gleich. Dieses Gerät ist jedoch weder zur Bestimmung
der barometrischen Tendenz noch zur Messung der Höhe ausgelegt und seine Konzeption, dem Wesen nach mindestens teilweise analog, erlaubt
keine Anwendung in der Uhrentechnik.
Es ist daher Bin Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Zeitmessgerät mit
einer Sonde, die auf den atmosphärischen Druck reagiert, vorzusehen, um dem Benutzer Bine barometrische Angabe geben zu können.
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Das arfindungsgemässB Zeitmassgerät zur Erfüllung dieses Zweckes zeichnet
sich dadurch aus, dass der zweite Oszillator einem Fiesschwinger zugeordnet
ist, und dass eine elektronische Schaltung vorhanden ist, welche, bezogen
auf die Referenzfrequenz des ersten Oszillators, die durch den barometrischen
Einfluss auf den Nesschuiinger hervorgerufenen Frequenzabiueichungen des zuzeiten
Oszillators bestimmt, wobei die elektronische Schaltung die Anzeige der barometrischen Grössa auf der genannten Anzeigevorrichtung steuern kann*
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Die Fig. 1 ein Beispiel des Verlaufes des barometrischen Druckes über die
Dauer einer Woche;
Die Fig. 2 ein Beispiel einer erfindungsgemässen Anzeige der barometrischen
Tendenz5
Die Fig. 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Zeitmessgerätes;
Die Fig. 4 ein Blockschaltbild der integrierten Schaltung für die barometrische Messung eines Zeitmessgerätes nach Fig. 3;
Die Fig. 5 ein Blockschaltbild einer andern Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Zeitmessgerätes mit einem Höhenmesser; und Die Fig. 6 das Entschaidungs-Flussdiagramm des Schaltbildes nach Fig. 5.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel des Verlaufes des barometrischen Druckes
während der Dauer einer Woche. Es erlaubt darzulegen, dass die Aenderungen des barometrischen Druckes, welche das Wetter beeinflussen, eine Periodendauer
aufweisen, die mindestens gleich, meistens aber langer als 24 Stunden ist. Dieser Umstand uird im erfindungsgemässen Zeitmessgerät für die Messung
der barometrischen Tendenz ausgenützt» Diese wird bestimmt durch einen l/ergleich
über ein Zeitintervall von 24 Stunden von Druckmessungen, welche alle vier Stunden durchgeführt werden. Anderseits haben Frequenzmessungen an Os-
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• τ*
zilllatoren, welche mit einem Quarz vom gleichen Typ wie für die Zeitmessung
ausgerüstet uiaren, welcher jedoch der Aussenluft ausgesetzt war, erlaubt
festzustellen, dass die Empfindlichkeit auf den atmosphärischen Druck in
der Grössenordnung won 0,5 ppm/mm Hg ist. Eine Aenderung des Druckes bewirkt
also eine entsprechende Aenderung der Frequenz des Oszillators und die
Bestimmung dieser Aenderung ist ein Mass für die Aenderung des atmosphärischen
Druckes. Die Empfindlichkeit der Frequenzmessung hängt von der Frequenz
des Quarzoszillators und von der Flesszeit ab. Daher kann z.B. mit
einem Quarz mit einer Frequenz von 32768 Hz und einer Flesszeit von einer Minute eine durch eine Aenderung des atmosphärischen Druckes um ein paar
mal 10 mm Hg hervorgerufene Frequenzänderung durch eine Zahl mit 7 bis 8
Bits ausgedrückt werden. Die obigen Angaben sind lediglieh eine Beispielsangabe und dienen dazu, um zu zeigen, auf welchen Parametern die Messung der
barometrischen Tendenz basiert.
Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Anordnung von Pfeilen, um die barometrische
Tendenz auf der digitalen LCD-Anzeige des Zeitmessgerätes anzugeben. Die Anordnung meist drei Pfeile 1, 2 und 3 auf. Der Pfeil 1 zeigt
nach oben, der Pfeil 2 ist horizontal und der Pfeil 3 zeigt nach unten. Diese Anordnung weist folgende Anzeigemöglichkeiten auf:
| Tendenz Druck stabil |
Daueranzeiqe Pfeil 2 - |
2 | Detektionsschuelluert mm Hg 0-4 |
| Schwacher Anstieg | Pfeile 1 und | 4-12 | |
| Starker Anstieg | Pfeil 1 | 3 | > 12 |
| Schuacher Abfall | Pfeile 2 und | 4-12 | |
| Starker Abfall | Pfeil 3 | ■12 | |
Die Anordnung mit drei Pfeilen erlaubt also fünf verschiedene Zustände der
Tendenz des barometrischen Druckes anzuzeigen. Die notwendigen Detektions-
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schwellwerte für die Bestimmung der fünf angegebenen Zustände u/erden in Abhängigkeit
des verwendeten Messystemes bestimmt und sindi in der obigen Tabelle
beispielsweise mit den liierten 4 und 12 mm Hg angegeben.
Die barometrische Tendenz könnte auch mit Hilfe von Ziffern und der Vorzeichen
plus und minus angegeben werden.
Die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltungen des erfindungsgemässen
Zeitmessgerätes. Die Schaltung zur Bestimmung der Uhrzeit ist konventionell und meist eine erste integrierte Schaltung IC1 mit einem
Oszillator auf, dem ein Referenzquarz Q1 im Vakuum zugeordnet ist, weiter
Frequenzteilerstufen und Schaltungen zur Steuerung.der Anzeige. Die Anzeige
A des im Ausführungsbeispiel beschriebenen Zeitmessgerätes ist eine LCD- Anzeige,
deren gemeinsame Elektrode ein Rechtecksignal mit der Frequenz 32 Hz
erhält· Das Zeitmessgerät enthält weiter eine zweite integrierte Schaltung
IC2, welche unter anderem einen Oszillator mit einer der Aussenluft ausgesetzten
Plessonde Q2 aufweist. Die Schaltung IC2, welche in Zusammenhang mit
Fig. 4 näher beschrieben wird, erhält von der Schaltung ICI ein Synchronisationssignal
für dia Messung der Frequenz des Nessoszillators und das 32 Hz-Signal
für die Steuerung der Anzeige der Pfeile gemäss Fig. 2, welche die
barometrische Tendenz angeben. Die gleiche Anzeigevorrichtung wird für die
Anzeige der verstrichenen Zeit in digitaler Form und für die barometrische Tendenz in symbolischer Form (Pfeile) verwendet. Diese Vorrichtung hat nur
eine einzige gemeinsame Elektrode für alle Ziffern und für alle Symbole.
Es ist natürlich auch möglich, die in Fig. 3 getrennt angegebenen integrierten
Schaltungen IC1 und IC2 in einer einzigen integrierten Schaltung zu vereinen, die die Uhrfunktion von IC1 und die Funktion der Detektion der barometrischen
Tendenz von IC2 ausführt. .. .
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Die Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild der Schaltung IC2 von Fig. 3. Die
Schaltung weist einen der Sonde Q2 zugeordneten Oszillator 4 auf. Der Oszillator
4 erhält von der logischen Schaltung 6 ein Signal, das ihn periodisch für eine vorbestimmte Dauer einschaltet, z.B. für eine Dauer von zwei
Minuten alle vier Stunden, so dass der Stromverbrauch nicht wesentlich erhöht
wird. Deder Einschaltdauer des Oszillators entspricht eine Messung des
atmosphärischen Druckes. Das Ausgangssignal des Oszillators wird an einen
Zähler 5 angelegt, der für die Frequenzmessung benutzt uird. Zu diesem
Zuiecke uird ein nicht gezeigtes, am Eingang des Zählers 5 angeordnetes Tor
durch ein von der logischen Schaltung 6 geliefertes Signal periodisch geöffnet, welche Logik ihrerseits durch ein von der Schaltung IC1 (Fig. 3) geliefertes
Synchronisationssignal gesteuert uird. Es wurde bereits gesagt, dass die Dauer der Oeffnung dieses Tores einer der Faktoren ist, die die
Empfindlichkeit der Frequen zmessung bestimmen. Beispielsweise soll das Tor
bei jeder Messung, d.h. alle vier Stunden, während einer Minute offen sein.
■Unter diesen Bedingungen zählt der Zähler 5 bei jeder Messung die Perioden
des Signales des Oszillators 4 während sechzig Sekunden· Es wurde auch bereits
gesagt, dass eine Anzahl von 7 bis 8 Bits genügt, um die durch die extremen
Aenderungen des barometrischen Druckes hervorgerufenen Frequenzänderungen
anzugeben, so dass die Kapazität des Zählers 5 ebenfalls mit 7 bis 8 Bits :
gewählt werden kann, diese sind natürlich die am wenigsten bedeutsamen Bits der Frequenzmessung. Der Ausgang des Zählers 5 ist mit dem Eingang eines
Schieberegisters 7 verbunden, das sieben Stufen 7a bis 7g aufweist. Hede Stufe
hat eine dem Zähler angepasste Speicherkapazität, d.h. 7 bis 8 Bits in unserem Beispiel. Alle Stufen erhalten parallel und periodisch bei jeder
Messung ein von der logischen Schaltung 6 kommendes Steuersignal. Bei jedem Steuerimpuls rückt die Information um eine Stufe nach rechts, so dass, wenn
eine Information zur Zeit t=0 in Stufe 7a gespeichert wurde, sie beim
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nächsten Impuls in Stufe 7b verschoben wird, anschliessend in Stufe 7c usw.
bis sie sich in der letzten Stufe 7g befindet. wenn sich die Steuerimpulse, d.h. die Messzeiten in Intervallen von vier Stunden folgen, erreicht die zur
Zeit t=0 in Stufe 7a eingegebene Information genau 24 Stunden später die
Stufe 7g· So wird periodisch eine Frequenzmessung (entsprechend einer Druckmessung)
durchgeführt, z.B. alle vier Stunden und das Resultat wird in der ersten Stufe des Schieberegisters gespeichert. Eine l/ergleichsschaltung 8
bildet in digitaler Form die algebraische Differenz zwischen dem Inhalt von Stufe 7g und jenem von Stufe 7a des Schieberegisters und bestimmt so z.B.
über ein Zeitintervall von 24 Stunden entsprechend dem Vorzeichen und der Grosse der Differenz die Richtung und die Grosse der Aenderung des atmosphärischen
Druckes, d.h. die barometrische Tendenz. Das digitale Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 8 gelangt an eine Anpasschaltung 9, die auch
das 32 Hz-Signal der Anzeigesteuerung erhält. Die Anpasschaltung 9 dekodiert die an ihrem Eingang anstehende Information und liefert in Funktion der gewählten
Detektionsschuiellwarte, z.B. 4 und 12 mm Hg die notwendigen Signale
zur Steuerung von einem oder gleichzeitig von zweien der Pfeile 1 bis 3 der
Anzeige der barometrischen Tendenz. Die angezeigten Pfeile werden durch Impulssignale mit dar Frequenz 32 Hz in Gegenphase zum 32 Hz-Signal an der gemeinsamen
Elektrode angesteuert.
Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, kann man sich auch eine Anzeige
der barometrischen Tendenz mit andern als den in Fig. 2 gezeigten Symbolen denken und für die Anzeige der Uhrzeit eine Anzeigevorrichtung eines andern
als des LCD-Typs vorsehen.
Bis jetzt wurde sine Einrichtung beschrieben, die dazu dient, die barometrische
Tendenz zu bestimmen und anzuzeigen. Der der ,Sonde Q2 zugeordnete
Oszillator 4 von Fig. 4 liefert ein Ausgangssignal, dessen Frequenz vom atmos-
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phärischen Druck abhängig ist. Es ist daher möglich, ohne den Erfindungsgedanken
zu verlassen, die am Ausgang von Oszillator 4 vorhandene Information
z.B. für die Messung der Höhe auszunützen, d.h. das Zeitmessgerät mit einem
Höhenmesser zu kombinieren.
Fig. 5 zeigt nun das Prinzipschaltbild des Teiles der integrierten Schaltung,
dar für die Höhenmessung bestimmt ist. Gewisse Elemente von Fig. 4 wie der
Messoszillator 4 mit der Sonde Q2, der Zähler 5 (in Fig. 5 mit A bezeichnet)
und die logische Schaltung 6 sind auch in Fig. 5 vorhanden. Bevor man die
Höhe messen kann, muss man den Höhenmesser eichen, damit die Anzeige 17 die
als bekannt vorausgesetzte tatsächliche Höhe des Ausgangsortes anzeigt. Zu
diesem Zwecke wird eine manuell betätigte Tastatur 11 verwendet, um eine Information
in digitaler Form in einen programmierbaren Speicher 12 einzugeben.
Diese Information ist im Prinzip gleich der Differenz zwischen dem Inhalt des Zählers A und der geographischen Höhe des Ortes der Eichung. Um die Arbeitsweise
der Schaltung nach Fig. 5 besser verstehen zu können, soll zuerst deren logische Steuerung nach dem folgenden Programm betrachtet werden:
1. Rückstellen des Zahlers A;
2. Zählung des Signalss des Plessoszillators 4 während einer konstanten
Wessperiode T.., welche durch den Referenzoszillator 19 über die logische
Schaltung 6 gegeben wird;
3. Laden des Zählers D mit dem Inhalt des programmierbaren Speichers 12;
4;' Die Zähler A und 0 gleichzeitig rückwärtszählen lassen und die Rückwärts-1
zählung anhalten, wenn der Inhalt von Zähler D Null ist. Die Fig. 6 zeigt
den Ablauf des logischen Entscheiduhgsprogrammss der Schaltung nach Fig. 5.
Es ist ersichtlich, dass die obige Logik die Bildung der algebraischen Differenz
(A-B') ermöglicht. . .» .
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Während der Elchperiode, die die Uhr an einem besonderen Zustand eines nicht
gezeigten Funktionsspeichers erkennt, ist die Zählsequenz beschleunigt, um
eine rasche Eichung zu ermöglichen. Anschliessend wird,im Gegensatz zu dem,
uias im Falle der Messung der barometrischen Tendenz geschieht, die Druckmessung
häufig durchgeführt, z.B. alle fünf Minuten und/oder auf Verlangen.
üJenn die Höhe zunimmt, vermindert sich der atmosphärische Druck und die
Frequenz des Messoszillators 4 nimmt zu. Die Frequenz des Oszillators 4 ist
also proportional zur Höhe, wie auch zum Inhalt des Zählers A, die die Messperiode
Tn konstant ist. De nach dem logischen Zustand des Ausganges des
Vorzeichenwählers 13 legt die Multiplexschaltung 15 die Informationen des
Zählers A oder des Zählers 0 an den Dekoder 16. Der Dekoder 16 steuert die
Anzeige 17, die im Beispiel von Fig. 5 durch drei 7-Segment-Ziffern dargestellt
ist. In diesem Falle bedeutet z.B. die Aenderung um eine Einheit bei der am wenigsten bedeutsamen Ziffer eine Höhenänderung von zehn Metern.
Die l/orzeichenlampe 18 ist fakultativ, sie kann dazu dienen, eine Höhenzunahme
(Lampe gelöscht) oder eine Abnahme (Lampe leuchtet) anzugeben. Es ist
klar, dass die Anzahl der Ziffern bei der Anzeige 17 verschieden von drei sein kann, und dass diese Anzeige 17 Die auch die Lampe 18 durch andere
Anzeigen und Symbole ersetzt werden können, ohne den Gedanken der Erfindung
zu verlassen.
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Claims (18)
1. Elektronisches Zeitmessgerät mit Anzeige einer barometrischen Grosse, enthaltend einen ersten, einem Referenzschwinger zugeordneten Oszillator, einen
zweiten Oszillator zur Messung der genannten barometrischen Grosse, einen
Frequenzteiler.und eine Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dasa der
zweite Oszillator (4) einem Messchuinger (Q2) zugeordnet ist, und dass eine
elektronische Schaltung (IC2) vorhanden ist, welche, bezogen auf die Refe-r _
renzfrequenz des ersten Oszillators, die durch den barometrischen Einfluss auf den Ptesschwinger hervorgerufenen Frequenzabweichungen des zweiten Oszillators bestimmt, wobei die elektronische Schaltung die Anzeige der barometrischen Grosse auf der genannten Anzeigevorrichtung (A) steuern kann.
2. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte
elektronische Schaltung einen tiesszähler (5) für die Frequenz des zweiten
Oszillators (4) aufweist, ferner ein Schieberegister (7) zur Speicherung und Verschiebung der vom Zähler (5) erhaltenen Information, eine Vergleichsschaltung (θ), welche die Differenz zwischen der Information am Eingang und
am Ausgang des Schieberegisters bestimmt und das Resultat an eine Anpassschaltung (9) anlegt, welche in Funktion von vorbestimmten Schwellwerten
die barometrische Tendenzanzeige auf der Anzeigevorrichtung (A) steuert.
3. Zeitmessgerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der,zweite Oszillator (4) periodisch während einer gewiesen Zeit eingeschaltet ist, während welcher die nessung der Frequenz des zweiten Oszillators durch den Messzähler (5) erfolgt»
4. Zeitmessgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode
und die Dauer des Eingehaltene des zweiten Oszillators.(4) durch ein von
einer logischen Schaltung (6) geliefertes Signal bestimmt sind, welche ihrerseits ein Synchronisationeaignal von der ersten inegrierten Schaltung (ICI)
erhält· 909844/0829
ORIGINAL INSPECTED
5. Zeitmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung
der Frequenz des Oszillators (4) durch den Messzähler (5) periodisch uiährend
einer gewissen Zeit durchgeführt wird, wobei die Messperiode und die Messdauer
bestimmt sind durch von der ersten integrierten Schaltung (IC1) an die logische Schaltung (6) gelieferte Referenzfrequenzsignale.
6. Zeitmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder
Messung die logische Schaltung (6) die Verschiebung der Informationen im
Schieberegister (7) ansteuert.
7. Zeitmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität
des Messzählers (5) gleich der Anzahl der am wenigsten bedeutsamen Bits
des Wertes der Frequenz gewählt sind, wobei diese Bits die extremen Variationen
der Frequenz darstellen, uielche durch die extremen Variationen des
atmosphärischen Druckes hervorgerufen werden.
8. Zeitmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Speicherkapazität jeder Stufe des Schieberegisters (7) gleich jener des Messzählers (5) gewählt ist.
9. Zeitmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung
(β) die algebraische Differenz, nach Grosse und Vorzeichen,
zwischen der Information der ersten und jener der letzten Stufe des Schieberegisters (7) bestimmt.
10. Zeitmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der Vergleich zwischen der Information des Eingangs und des Ausgangs
des Schieberegisters über eine Vergleichsperiode gemacht wird, deren Dauer gleich dem Produkt aus der Messperiode und dar Anzahl der Stufen des Schiebaregisters
(7) minus eins ist.
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11. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte
barometrische Angabe die barometrische Tendenz ist, und dass die Angabe der genannten Tendenz mit Hilfe won Symbolen ausgeführt wird, die in der
Anzeigeuorrichtung für die Uhrzeit des Zeitmessgerätes vorhanden sind.
12. Zeitmessgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte
Anzeige ausgeführt wird mit Hilfe von Ziffern und den Zeichen plus und minus.
13. Zeitmessgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten
SymbolB Pfeile sind.
14. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde
(υ?) ein der Umgebungsluft ausgesetzter Quarz ist.
15. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde
(Q2) eine kapazitive Sonde ist.
16. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde
(Q2) eine Sonde mit schwingenden Zungen ist.
17. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte
Anzeigevorrichtung vom Flüssigkristalltyp (LCD) ist.
18. Zeitmessgerät mit eingebautem Höhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz des zweiten Oszillators (4) durch die Höhe beeinflusst iuird, uobei die elektronische Schaltung ausgelegt ist zur Anzeige
der Höhe auf der Anzeigevorrichtung (A) und eine Eichvorrichtung vorgesehen
ist, um den Einfluss der Aenderungen des atmosphärischen Druckes bei einer gegebenen Höhe zu kompensieren.
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Applications Claiming Priority (1)
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1979
- 1979-04-18 DE DE19792915682 patent/DE2915682A1/de not_active Withdrawn
- 1979-04-23 US US06/032,476 patent/US4257112A/en not_active Expired - Lifetime
- 1979-04-24 JP JP4989279A patent/JPS54158275A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0156788A2 (de) * | 1984-03-29 | 1985-10-02 | Sprecher Energie Österreich Gesellschaft m.b.H. | Elektronischer Druckschreiber |
| EP0156788A3 (en) * | 1984-03-29 | 1986-10-08 | Sprecher + Schuh Gesellschaft M.B.H. | Electronic pressure recorder |
| US4631960A (en) * | 1984-03-29 | 1986-12-30 | Sprecher & Schuh Gesellschaft M.B.H. | Electronic recording manometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH616551B (fr) | |
| US4257112A (en) | 1981-03-17 |
| CH616551GA3 (de) | 1980-04-15 |
| JPS54158275A (en) | 1979-12-13 |
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