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Schaltungsanordnung zum Auswerten von an elektrischen Senso-
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ren abgreifbaren Meßgrößen Schaltungsanordnung zum Auswerten von an
elektrischen Sensoren abgreifbaren Meßgrößen unter Verwendung eines Digital-Analog-Wandlers,
an dessen Ausgang digital weiter verarbeitbares, der jeweils erfaßten Meßgröße entsprechende
Signale zur Verfügung gestellt werden, Insbesondere soll sich die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung dazu eignen, Meßgrößen von Sensoren auszuwerten, welche unterschiedlichen
Druckkräften unterliegen und diese in elektrisch weiter verarbeitbare analoge Meßwerte
nmwandln.
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Es sind eine Reihe von elektrische Meßwerte abgebenden Sensoren bekannt,
welche beispielsweise durch zu erfassende Temperaturwerte oder Druckwerte beeinflußbar
sind. So ist es beispielsweise üblich, für Heißwassergeräte die Durchlaufgeschwindigkeit
des zu erhitzenden Wassers in Abhängigkeit von im Rohrsystem auftretenden Flüssigkeitsdrücken
zu steuern. Verbreitet sind mechanische Druckmeßfühler, welche die auftretenden
Meßdriicke in Weggrdßen setzen und davon abhängig Schaltkontakte betätigen. Die
Verwendung dieser mechanischen
Elemente ist zum einen recht kostenintensiv
in der Erstellung und zum anderen sind die Meßgrößen in relativ großen Intervallen
und mit großer Hysterese belastet erfaßbar. Darüber hinaus unterliegen die Schaltkontakte
einem beachtlichen Verschleiß.
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Für Gewichtsbestimmungen ist eine Schaltungsanordnung bekannt (US-PS
4 041 289), bei der ein kraft-elektrischer Wandler, nämlich ein piezo-elektrischer
Wandler, in Abhängigkeit vom aufgelegten Gewicht einen elektrischen Spannungswert
erzeugt. Dieser Spannungswert wird durch einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer in Frequenzen
im kHz-Bereich umgewandelt und über ein Zählwerk und einen Decoder für eine Anzeige
ausgewertet. Durch eine zusätzliche Schaltungsmaßnahme wird die vom Spannungs-Frequenz-umwandler
abgegebene Frequenz mit einer Referenzfrequenz logisch verknüpft, sodaß die endgültig
dem Zähler zugeführte Frequenz lediglich eine Teilfrequenz aus der vom Spannungs-Frequenz-Umwandler
abgegebenen Frequenz ist. Eine derartige Schaltungsanordnung, bei der das erfaßte
Gewicht rein elektronisch verarbeitet wird, basiert auf der Verarbeitung hoher Frequenzen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bezieht sich nunmehr darauf,
eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, welche ebenfalls durch elektronische Schaltungsmaßnahmen
ein von einem Sensor elektrisch abgreifbares Meßergebnis verarbeitbar ist, wobei
die Möglichkeit gesehaffen sein soll, daß Gewichtsschwankungen unmittelbar angezeigt
werden. Neben der Anzeige soll das erfaßte Meßergebnis auch zu Steuerzwecken heranziehbar
sein.
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Eine Schaltungsanordnung, die diesen Anforderungen im vollen Maße
genügt, ist erfindungsgemäß dadurch geknnzeichnet, daß dem Sensor eine Zeitiumpulsschaltung
nachgeordnet ist, die
abhängig vom erfaßten Sensorwert am Ausgang
aus einer veränderlichen Länge eines ersten von zwei Steuerpotentialen und einer
veränderlichen Länge des zweiten Steuerpotentials gebildete Impulskombinationen
abgibt.
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Bei einer Schaltungsanordnung nach diesen erfindungsgemäßen Merkmalen
wird aus dem vom Sensor abgegebenen elektrischen Meßergebnis demgemäß eine Impulskombination,bestehend
aus zwei aufeinanderfolgenden Signalen mit zwei voneinander unterschiedlichen Steuerpotentiallen
Eines dieser beiden Steuerpotentiale kann dabei den Wert 0 haben. Durch den am Sensor
erfaßten Meßwert werden beide Impulsbestandteile in ihrer Länge verändert und zwar
gegenläufig. Dies bedeutet, daß beispielsweise bei ansteigender Meßgröße die Zeitspanne
für das erste Steuerpotential verlängert und die Zeitspanne für das zweite Steuerpotential
verkürzt wird. Diese beiden Zeitspannen und damit auch die Relation der beiden Zeitspannen
miteinander sind also eine Funktion der abgegriffenen Meßgröße. Diese zwei binären
Signale sind schaltungstechnisch leicht weiter zu verarbeiten. Sie werden von der
Zeitimpuls schaltung laufend wiederholt abgegeben, sodaß Gewichtsschwankungen sofort
erfaßt werden, wobei die Spanne zwischen beispielsweise den ersten Flanken des ersten
Potentials als Auswertezeitraum bestimmbar ist.
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Bevorzugterweise ist als Sensor bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ein bei Druckeinwirkung den ohmschen Wert änderndes Widerstandselement angeordnet.
Es ist in diesem Zusammenhang zweckmäßig, zusätzlich Widerstandselemente anzuordnen,
welche einen Referenzwert abgeben und über den der Sensorwiderstand abgleichbar
ist. Widerstandselemente, deren ohmscher Wert bei Druckänderungen verändert wird,
sind in einfacher Weise anzuordnen, z.B.
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in Wandungen von Rohrleitungen, durch die ein Flüssigkeitsdruck ermittelt
werden soll. Derartige Druckerfassungen werden beispiel
weise im
Zusammenhang mit Heißwassergeräten nutzbar gemacht.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Schal
tungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitimpulsschaltung eine logische
Verknüpfungsschaltung, an der parallel von einem Taktgeber abgeleitete Zähltakte
angelegt sind und ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler nachgeschaltet sind, wobei das erste
der beiden am Ausgang der Zeitimpulsschaltung anliegenden Potentiale einer Durchschaltung
von angelegten Zähltakten über die Verknüpfungsschaltung dem einen der Richtungs-Zähl-Eingänge
des Vorwärts-Rückwärts-Zählers und das andere komplementäre Potential dem anderen
Richtungszähl-Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers zugeordnet ist, und wobei eine
Schaltstufe zum von der Vorderflanke des ersten Potentials abgeleiteten Generieren
von Rücksetz- und Ubernahmeimpulsen für den Rücksetz-Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
und den Übernahmeeingang der nachgeschalteten Auswerteschaltung angeordnet ist.
Wie aus den Merkmalen der Weiterbildung der crfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
hervorgeht, kann der aus einer Folge von zwei Potentialen zur Verarbeitung zur Verfügung
gestellte Meßwert in einfacher Weise für Zählzwecke ausgenutzt werden, woraus eine
Meßwertanzeige ansteuerbar ist.
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Durch das erste Potential der Signalkombination wird der Zähler in
Vorwärtsrichtung weitergetaktet, während das zweite Potential eine Rückwärtstaktung
des Vorwärts-Rückwärts-Zählers bewirkt. Es kann zweckmäßig sein, daß für die unterschiedlichen
Zahlrichtungen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers die Zuleitung unterschiedlicher Traktfrequenzen
gewählt ist Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Weiterbildung der Brfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt stufe zum Generieren
der Rücksetz- und Übernahmeimpulse aus zwei hintereinander geschalteten monostabilen
Kippstufen aufgebaut ist, und daß der Ausgang der ersten monostabilen
Kippstufe
neben dem Setzeingang der zweiten monostabilen Kippstufe dem Übernahmetakt-Eingang
der Auswerteschaltung und der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe dem Rücksetz-Eingang
des Vorwärts-Rückwärts-Zählers zugeordnet sind.
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Mit Hilfe dieser Maßnahme sind auf einfache Weise die zeitlichen Ablaufsteuerungen
zur Bestimmung der Meßgrößen ableitbar.
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Im folgenden ist ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgestaltetes
Ausführungsbeispiel im einzelnen näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. t die mechanische Anordnung eines durch Druck im ohmschen
Widerstandswert veränderbaren Widerstandselement im Bereich einer flüssigkeitsdurchflossenen
Rohrleitung, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der über ein derartiges
Widerstandselement vermittelbaren Meßergebnisse und Fig. 3 bis Fig. 6 durch diese
Schaltungsanordnung anzusteuernde Steuerschaltungen.
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In die Wandung einer Rohrleitung 1, die Bestandteil eines Heißwassergerätes
ist ist mit Hilfe einer Manschette 2 ein Widerstandselement 3 eingefügt, dessen
ohmscher Widerstandswert sich bei Druckschwankungen des durch das Rohr fließenden
Wassers verändert. Über die Kontaktabgriffe 4 wird der Widerstandswert für die Auswerteschaltung
abgegriffen.
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Diese Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Widerstand
3 dient als meßwertgebender Sensor in-Verbindung mit einem weiteren Widerstand 4
und einem Abgleichwiderstand 5 und in Verbindung
mit einer Versorgungsspannung.
Die Meßwertabgriffe werden einer Zeitimpulsschaltung 6 zugeführt. Durch Änderungen
des Widerstandswertes 3 wird auch die an der Zeitimpulsschaltung 6 anliegende Spannung
entsprechend verändert.
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In Abhängigkeit der anliegenden Spannung formt die Zeitimpuls schaltung
6, welche im astabilen Zustand betrieben wird, als Oszilator Impulsfolgen, wobei
die Länge des Impulses sowohl als auch die Länge der Impulslücke eine Funktions
des Widerstandswertes 3 ist. Bei der verwendeten Zeitimpulsschaltung ist die Länge
des Impulses gleich 0,7 (R3+ R4) C und die Länge der Impulspause gleich 0,7 R3 C.
Daraus ergibt sich eine Taktfrequenz am Ausgang der Zeitimpulsstufe 6 für die Impulsfolgen
von
Diese Größe wird am Ausgang A für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt.
Gleichzeitig wird dieser Ausgang der Zeitimpuls schaltung 6 einer logischen VerknUpfungsschaltung
7, bestehend aus zwei Und-Verknüpfungsgliedern 8 und 9, zugeführt.
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Am Und-Verknüpfungsglied liegt das Signal an einem invertierenden
Eingang an, während es dem Und-Verknüpfungsglied 9 nicht invertiert zugeführt wird.
Die Und-Verknüpfungsglieder 8 und 9 dienen der Durchschaltung von Taktfrequenzen
an einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 10. Ein Taktgenerator ii erzeugt beispielsweise
aus der Netzfrequenz Zähltakte, die zum einen dem Und-Verknüpfungsglied 8 und dem
Eingang des Und-Verknüpfungsgliedes 9 über eine Taktteilerstufe 12 zugeführt werden.
Diese Taktteilerstute 12 beinhaltet eine bistabile Kippstufe 13, welche den angeregten
Takt im Verhältnis i : 2 teilt.
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Mit Hilfe dieser Schaltungsmaßnahmen wird während der Impulsdauerlänge
über das Und-Verknüpfungsglied 9 der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 10 über seinen Vorwärts-Zähleingang
V mit der halben vom Taktgenerator ii abgegebenen Taktfrequenz aufwärts gezählt,
wonach beim Auf treten der Impulslücke am Ausgang der Zeitimpulsstufe 6 über das
Und-Verknüpfungsglied 8 der Vorwärts-Rückwärts-Zählers 10 mit einer rückwärtszählenden
Taktfrequenz
beaufschlagt wird.
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Dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler iO ist ein vierstelliger Speicherbaustein
14 nachgeschaltet, in den der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 10 nach
jedem Impuls-Pausen-Zyklus übernommen wird. Diese Übernahme erfolgt durch eine erste
monostabile Kippstufe 15 einer ZeitstuSe 16, welche durch die Vorderflanke des von
der Zeitimpulsschaltung 6 angesteuert wird. Eine dieser ersten monostabilen Kippstufe
15 nachgeschaltete zweite monostabile Kippstufe 17 beeinflußt den Rücksetzeingang
des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 10. Der Zählvorgang beginnt nunmehr also aufs neue.
Der Inhalt des Speicherbausteines 14 wird über einen BCD/7-Segment-Decoder 18, welcher
gleichzeitig als Anzeigetreiber dient, durch eine 7-Segment-Anzeige 19 zur Anzeige
gebracht.
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Anhand der Figuren 3 bis 6 werden Anwendungsbeispiele zur Nutzung
des am Ausgang A der Schaltungsanordnung nch Fig. 2 anliegenden Impulsfolgen für
Steueraufgaben gezeigt.
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Gemäß Fig. 3 liegt der Abgriff A am Eingang eines Mikroprozessors
20, in dem die Impuls-Pausen-Folge verarbeitet wird und für die Links-/Rechts-Drehung
eines Servo-Motors 21 mit Hilfe zweier Schwellwertschaltungen 22 und nachgeschalteten
Darlington-Transistoren ausgewertet wird. Durch den Servo-Motor 21 ist beispielsweise
ein nicht näher dargestellter Durchflußbegrenzer im Einlauf rohr auf- oder zudrehbar.
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Gemäß der Anordnung nach Fig. 4 wird der Abgriff A ebenfalls 20 einem
Mikroprozessor zugeführt. Über einen Darlington-Transistor 24 wird in diesem Fall
ein Rubankermagnet 25 angesteuert, wie er beispielsweise auch in Figur i zu sehen
ist. Der Hubanker dieses
Magneten 25 dient ebenfalls der gesteuerten
Drosselung des Flüssigkeitsdurchflusses durch das Rohr 1.
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Gemäß den Anordnungen nach den Figuren 5 und 6 wird das am Abgriff
A anliegende Signal entsprechend verstärkt zur Ansteuerung von Relais 26 bzw.- 27
herangezogen. Über die zugeordneten Relaiskontakte 28 bzw. 29 wird eine Heizwicklung
30 eingeschaltet bzw. wird zwischen zwei Heizwicklungen 31 und 32 umgeschaltet.
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Die gezeigten Anwendungsbeispiele demonstrieren die vielfache Nutzbarkeit
der durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ableitbaren Meßwerte.
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7 Patentansprüche 6 Figuren
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