DE3537189A1

DE3537189A1 - Elektromagnetischer stroemungsmesser-wandler

Info

Publication number: DE3537189A1
Application number: DE19853537189
Authority: DE
Inventors: Shigeru Hachiohji Tokio/Tokyo Goto; Tamotsu Musashino Tokio/Tokyo Kobayashi; Hironobu Kawasaki Kanagawa Ohta; Takashi Musashino Tokio/Tokyo Torimaru
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1986-04-30
Also published as: US4680973A; GB2166550B; CN85107831A; DE3537189C2; GB2166550A; GB8524730D0; CN1005927B

Description

Elektromagnetischer Strömungsmesser-Wandler

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser-Wandler oder -umsetzer (im folgenden einfach als "Wandler" bezeichnet), der eine Abweichung eines Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal verstärkt und in ein Frequenzsignal umwandelt und

weiterhin letzteres in das genannte Rückkopplungssignal 15

umwandelt; insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung an einem Meßspannen-Einstell- oder -Vorgabeteil des Wandlers.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines

bisherigen Wandlers (oder Umsetzers) zur Gewährleistung von Kompatibilität zwischen dem Wandler und einem Detektor. Dabei wird einer Eingangsklemme 10 ein auf eine Strömungs- oder Durchsatzmenge bezogenes Eingangssignal e. aufgeprägt, das von einer Elektrode eines

-¹

nicht dargestellten Detektors geliefert und das durch einen Verstärker 11 verstärkt wird. Der Verstärker 11 besitzt einen variablen Verstärkungsgrad (gain), so daß eine Meßkonstante zum Kompensieren von Änderungen der Detektor-Charakteristik im Wandler gesetzt werden kann.

Eine Abweichung eines von einer Multiplizierstufe 12 gelieferten Rückkopplungssignals e,. vom Ausgangssignal des Verstärkers 11 wird durch einen Abweich- bzw. Differentialverstärker 13 verstärkt, dessen Ausgangssignal durch einen Synchron-Gleichrichterkreis 14

synchron zu einer Gleichspannung gleichgerichtet wird.

Diese Gleichspannung wird durch einen Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 15 in ein Frequenzsignal umgesetzt, das

eine bestimmte Impulsdauer besitzt und dessen Frequenz 5

der (dem) Gleichspannungs(wert) entspricht. Dieses Frequenzsignal wird durch einen Frequenz/Strom-Wandlerkreis 16 in einen Gleichstrom umgesetzt, über eine Ausgangsklemme 17 ausgegeben und gleichzeitig einem Frequenzverhältnis-Wandlerkreis 18 eingespeist. Letzterer besteht aus einem Verzögerungskreis, einem Frequenzverhältnis-Wählschalter, einem Zähler, einem Gatter (gate) usw. (vgl. z.B. JP-OS 56-41944). Das Frequenz-Ausgangssignal dieses letzteren Wandlerkreises 18 wird der Multiplizierstufe 12 zugeführt. Ein einem Erregungsstrom proportionales Vergleichssignal e wird über einen mit einer Erregerspule des Detektors in Reihe geschalteten Widerstand erzeugt und der Multiplizierstufe 12 über eine Klemme 19 eingegeben. Die

Multiplizierstufe 12 besteht z.B. aus Schalterelementen, 20

deren Ein/Ausschalten nach Maßgabe des Frequenz-Ausgangssignals vom Frequenzverhältnis-Wandlerkreis 18 gesteuert wird, und sie liefert ein Rückkopplungssignal e,., das dem Produkt aus dem Vergleichssignal e und dem

Frequenz-Ausgangssignal proportional ist. 25

Der Wandler (oder Umsetzer) mit dem beschriebenen Aufbau nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Wenn die Eingangsfrequenz des Frequenzverhältnis-Wandlerkreises 18 mit F..., die Ausgangsfrequenz mit F . und ein Frequenz-Demultiplikationsfaktor (-verhältnis) mit K₁ bezeichnet werden, ergibt sich die Beziehung F ..=K..F'. ... Da das Vergleichssignal e durch die Multiplizierstufe 12 nach Maßgabe der Ausgangsfrequenz abgetastet oder abgegriffen (sampled) wird, läßt sich das Rückkopplungssignal 35

e,- ausdrücken zu:

^ef^=Fo1^er^=K1^Fi1^er

Wenn

mit m_f die Meßkonstante bezeichnet ist, ist im

Verstärker 11 ein Koeffizient 1/m,- zum Kompensieren von Änderungen oder Schwankungen einer Signalspannung, die auf eine durch den Detektor zu erfassende Strömungsmenge bezogen ist, gesetzt (set) worden, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 11 zu e./m_f wird.

Da die Schaltungsschleife insgesamt so ausgelegt ist, daß das Ausgangssignal e./m _ des Verstärkers 11 mit dem Rückkopplungssignal e_f koinzidiert, werden folgende

Beziehungen erhalten:
15

— - ^ef * ^K1^Fi1^er ⁽²⁾

m_f

^k1^mf ^er

Wenn die Beziehung zwischen der Frequenz F... und einem Stromausgangssignal I ₁ an der Ausgangsklemme 17 zu ^ol

I₁ = aiF. . {ei = Konversionskonstante) (4)

vorausgesetzt wird, erhält man folgende Beziehung:

Indem somit in den jeweiligen Fällen ein Satz aus dem Frequenz-Demultiplikationsfaktor K₁ und der Meßkonstante m gesetzt oder vorgegeben (set) wird, ist es

möglich, das Ausmaß der Meßspanne unter Erhaltung der Kompatibilität zwischen Detektor und Wandler (oder Umsetzer) zu ändern.

Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau eines anderen bisherigen Wandlers (oder Umsetzers), der einen Nullabgleich (oder eine Nullpunkteinstellung) zuläßt. Dabei wird das Eingangssignal e. durch einen Verstärker 20 verstärkt ^x

und über einen Widerstand 21 für Meßspanneneinstellung an

eine invertierende Eingangsseite (-klemme) eines Abweichverstärkers 22 angelegt. Zwischen die invertierende Eingangsseite und die Ausgangsseite des Abweichverstärkers 22 ist eine Parallelschaltung geschaltet, 15

die aus einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1 besteht und die zum Glätten einer Eingangsspannung dient. Andererseits ist eine nicht-invertierende Eingangsseite (-klemme) des Abweichverstärkers 22 an ein Sammelpotential (Masse) COM angeschlossen. Die Aus-

gangsseite des Abweichverstärkers 22 ist mit einem Synchron-Gleichrichterkreis 23 verbunden, durch den ein Signal einer Synchron-Gleichrichtung unterworfen und einem Integrator 24 eingegeben wird.

Das Ausgangssignal des Integrators 24 wird durch einen Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 25 in ein Frequenzsignal F._ umgewandelt, das einem Impulsbreitenkreis 26 aufgeprägt wird, wodurch dessen Impulsdauer gleichmäßig gestaltet wird, und es dient zum Schließen und Öffnen

eines Schalters SWI. Die Vergleichsspannung e wird der

einen Seite des Schalters SW1 aufgeprägt und entsprechend dem Ausgangsimpuls des Impulsbreitenkreises 26 durchgeschaltet und gesperrt. Das resultierende Ausgangssignal wird über einen Widerstand 2 7 zur invertie-35

renden Eingangsseite des Abweichverstärkers 22 gegen-

S-

gekoppelt, so daß die Eingangsspannung des Abweichverstärkers 22 zu Null wird. Demzufolge wird ein Ausgangssignal erhalten, dessen Frequenz F.„ dem Eingangs-¹^

signal e. entspricht. Dieses Frequenzsignal F._ wird durch z.B. einen Frequenz/Strom-Wandlerkreis 28 in ein Stromausgangssignal I „ umgesetzt und an der Ausgangsklemme 17 geliefert. Ein Nullpunkt in bezug auf eine

einzustellende oder vorgegebene Meßspanne kann dadurch 10

eingestellt werden, daß die Vergleichsspannung e dividiert und die erhaltene Spannung über einen Widerstand 29 für Nullabgleich an die invertierende Eingangsseite (-) des Abweichverstärkers angelegt wird.

Die bisherige Anordnung nach Fig. 1 ist jedoch mit den folgenden Nachteilen behaftet:

1 . Da der zum Einstellen oder Vorgeben der Meßspanne des Wandlers (oder Umsetzers) verwendete Frequenz-

verhältnis-Wandlerkreis aus einem Verzögerungskreis, einem Gatter (gate) und einem Binär- oder Dezimalzähler aufgebaut ist, besitzt er einen komplizierten Aufbau. Da auf dem Gebiet elektromagnetischer Strömungsmesser insbesondere ein immer

höherer Genauigkeitsgrad angestrebt wird, ist die Einstellung (setting) der Meßspanne mit einem (eine Toleranz) von 0,1% nicht übersteigenden Genauigkeitsgrad wünschenswert, und es wird derzeit ein Einstellkreis benötigt, der eine vierstellige Dezi-

malzahl zu verarbeiten vermag; wenn der Meßspannen-Einstellkreis aus Zählern aufgebaut ist, wird er mithin kompliziert im Aufbau.

2. Beim elektromagnetischen Strömungsmesser variiert

die Größe des Ausgangssignals des Detektors von

Detektor zu Detektor geringfügig. Um deshalb einen Meßspannenfehler bei der Paarung eines beliebigen

Detektors und Wandlers auszuschließen, wird die Meß-5

konstante (meter constant), die das Ausmaß der Änderung der vom Detektor abgegebenen Signalspannung darstellt, für jeden einzelnen Detektor bestimmt, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers der ersten Stufe des Wandlers wird entsprechend der dem einge-

bauten Detektor eigenen Meßkonstante justiert. Um unter diesen Bedingungen den Verstärkungsgrad des Verstärkers 11 einstellen zu können, wird ein analoger Spannungsteilerkreis, wie ein Potentiometer, benötigt. Dabei ist es schwierig, einen Genauigkeitsgrad einer Toleranz von nicht mehr als 0,1% zu gewährleisten.

Die bisherige Anordnung nach Fig. 3 ist weiterhin mit den nachstehend aufgeführten Problemen behaftet:

3. Beim Wandler (oder Umsetzer) nach Fig. 2 wird die Meßspanne durch Einstellung des Widerstands 21 geändert; der Genauigkeitsgrad bei der Einstellung der Meßspanne hängt mithin vom Genauigkeitsgrad des

Widerstands 21 ab. Es ist daher erforderlich, den Widerstandswert genau einzustellen oder vorzugeben; diese Einstellmaßnahme unterliegt jedoch wegen ihres analogen Einstellsystems einer Einschränkung.

4. Da weiterhin beim oben geschilderten Vorgehen das

Stromausgangssignal I _ eingestellt und auf 0% gebracht wird, wenn die Frequenz F.- gleich Null ist, verringert sich dieses Stromausgangssignal I ₅ nicht über 0% hinaus, auch wenn der Widerstand 29 eingestellt und sein Widerstandswert auf eine Größe unter der-

-r

jenigen entsprechend 0% gesetzt wird; die Nullpunkteinstellung gestaltet sich somit schwierig.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Mangel des Stands der Technik liegt damit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein digitales Vorgabe- oder Einstellsystem zu schaffen, mit dem die Meßspanne eines Wandlers (oder Umsetzers) mit hohem Genauigkeitsgrad ein-

stellbar ist.

Erfindungsgemäß soll die Einstellung des Nullpunkts einfach und ohne Einführung einer Interferenz bzw. einer gegenseitigen Beeinflussung zwischen der Meß-

spannenvorgabe und der Nullpunkteinstellung durchführbar sein.

Die Erfindung bezweckt damit insbesondere die Schaffung eines Wandlers (oder Umsetzers), der mit jedem belie-

bigen Detektor kompatibel ist.

Diese Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Strömungsmesser-Wandler erfindungsgemäß gelöst durch einen Abweichverstärker zum Verstärken einer Abweichung eines

Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal, einen Wandlerkreis zum Umwandeln des verstärkten Ausgangssignals des Abweichverstärkers in ein Frequenzsignal, eine erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals, eine digi-

tale Einstell- oder Vorgabeeinheit zum Vorgeben eines Frequenz-Demultiplikationsfaktors der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe und eine erste Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer Vergleichsspannung zwecks Lieferung des Rückkopplungs-

-t™-—·-

signals, wobei das Produkt aus einer Meßkonstante eines Strömungsmengen-Detektors zur Bestimmung einer Strömungsmenge und eine gegebene Gesamtmeßbereich-Strö-5

mungsgeschwindigkeit in der digitalen Vorgabeeinheit setzbar ist.

Zum Einstellen und Erweitern des Bereichs des Nullabgleichs (oder der Nullpunkteinstellung) auf eine Größe von weniger als 0%, ohne eine gegenseitige Beeinflussuncr zwischen Nullabgleich und Meßspanneneinstellung herbeizuführen, kann der erfindungsgemäße Wandler weiterhin einen Oszillator, eine zweite Impulsfrequenz-Multiplizierstufe (rate multiplier) zum Frequenz-Demultiplizieren der Ausgangsfrequenz des Oszillators und eine zweite Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der genannten Multiplizierstufe mit einer auf die Vergleichsspannung bezogenen Nullpunktspannung, um die Ergebnisse zum Rückkopplungssignal· zu

addieren, aufweisen, wobei die digitale Vorgabeeinheit (setting unit) jeweiis denselben Frequenz-Demultiplikationsfaktor in erster und zweiter Impulsfrequenz-Multiplizierstufe setzt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bisherigen Wandlers

(oder Umsetzers) zur Gewährleistung von Kompatibilität zwischen dem Wandler und einem Detektor,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bisherigen Wandlers, der einen Nullabgleich erlaubt,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Wandlers (oder Umsetzers) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, der eine digitale Einstellung oder Vorgabe einer Meßspanne zuläßt,

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Wellenformen zur Darstellung der Eingangs- und Ausgangswellenformen einer Meßspannen-Vorgabeeinheit beim Wandler nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Abwandlung des Wandlers nach Fig. 3,

Fig. 6 eine graphische Darstellung von an verschiedenen Abschnitten des Wandlers nach Fig. 5 auftretenden Wellenformen und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungs- ^v form der Erfindung, bei der keine Interferenz

bzw. gegenseitige Beeinflussung zwischen der Nullpunkteinstellung und der Meßspanneneinstellung oder -vorgabe auftritt.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden,

In den Fig. 3 bis 7 sind Schaltungselemente, welche dieselben Funktionen besitzen wie die entsprechenden Elemente bei den bisherigen Anordnungen (nach Fig. 1 °^ und 2), mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr besonders beschrieben.

Die Anordnung nach Fig. 3 enthält eine Meßspannen-Vorgabeeinheit 30, mit der eine Meßspanne digital eingestellt oder vorgegeben (set) werden kann. Die Vorgabe-

einheit 30 dividiert zu diesem Zweck die von einem Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 31 gelieferte Eingangsfrequenz F. ,. nach Maßgabe einer Einstell- oder Vorgabe-¹^

größe zur Lieferung einer Ausgangsfrequenz F ^.

Die Vorgabeeinheit 30 besteht insbesondere aus vier Dezimal-Impulsfrequenzmultiplizierstufen RM11 - RM14, und sie vermag die Eingangsfrequenz F._ durch ein(en)

^ld

vierstelligen Frequenz-Demultiplikations- bzw. -Divisionsfaktor oder -verhältnis (1 - 9999) zu dividieren, d.h. sie vermag ein Ausgangssignal zu liefern, dessen Frequenz von 1/10 000 bis 9999/10 000 der Eingangsfrequenz reicht. Um den Frequenz-Demultiplikations-

faktor (demultiplication factor) in der Vorgabeeinheit zu setzen, sind an die betreffenden Multiplizierstufen RM1 1 - RM14 Setz- oder Vorgabeschalter SWI1 - SW14, die als digitale Vorgabeelemente wirken, angeschlossen, mit

4 denen jede Zahl von vier Dezimalstellen, (nämlich) 10 ,

3 2 1

10 , 10 , 10 , gesetzt werden kann.

Zur Sicherstellung von Kompatibilität zwischen dem Detektor und dem Wandler ermöglicht die Ausführungsform nach Fig. 3 die Einstellung oder Vorgabe einer Größe

entsprechend dem Produkt aus einer vorgegebenen Gesamtmeßbereich-Geschwindigkeit der Strömung und einer Meßkonstante des Detektors mittels der Vorgabeschalter SK11 - SW14; dies bedeutet, daß es möglich ist, auch

die Meßkonstante vorzugeben.
30

Fig. 4 is eine graphische Darstellung der Eingangs- und Ausgangsfrequenzwellenformen der Meßspannen-Vorgabeeinheit 30. Die Wellenform (A) bezieht sich auf die Eingangsfrequenz F.-, die Wellenform (B) auf die Aus-

_ ^l3

gangsfrequenz F ,.

Wenn ein in der vierstelligen Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zu setzender Dateneingang S mit z.B.

S=1234 gewählt ist, enthält im Vergleich zur Wellenform 5

der Eingangsfrequenz (F.₃) gemäß Fig. 4(A), die 1000 Impulse in einem gegebenen Intervall enthält, die Ausgangsfrequenz F ^ 1234 Impulse, d.h. F ,=1234, und sie besitzt eine in Fig. 4(B) gezeigte Impulsreihe mit

unbesetzten Sägezahnpositionen. Da mithin die Ausgans-10

wellenform der Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zu einer Impulsreihe mit einigen unbesetzten Sägezahnpositionen wird, verringert sich das EIN/AUS-Verhältnis der Impulse nach der Frequenz-Demultiplikation (bzw. Multiplikationsauflösung) im Vergleich zum vorherigen

Verhältnis proportional zur Zahl der unbesetzten Sägezahnpositionen .

Auf diese Weise kann bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine einfach aufgebaute, kostensparende und auf

jeden gewünschten Frequenz-Demultiplikationsfaktor setzbare digitale Meßspannen-Vorgabeeinheit durch Zusammenschalten von dezimalen Impulsfrequenz-Multiplizier(stufen)segmenten und entsprechenden Vorgabeschaltern aufgebaut werden, wobei die Zahl der Stellen be-

liebig gewählt werden kann.

Fig. 5 veranschaulicht eine Abwandlung des Wandlers nach Fig. 3. Bei der Anordnung nach Fig. 5 wird eine Ausgangsfrequenz F , durch Dividieren einer Eingangs-

frequenz F.. durch die Meßspannen-Vorgabeeinheit 30 nach Fig. 3 erhalten, mittels eines Frequenz-Demultiplizierkreises 32 entsprechend einer Zahl 1/N weiter zu F j. dividiert; dieses Ausgangssignal F _ wird durch einen Impulsbreiten(dauer)kreis 33, der z.B. aus einem monostabilen (Multivibrator-)Kreis bestehen kann, in

eine Impulsreihe einer bestimmten Dauer umgesetzt, und die resultierende Impulsreihe wird in der Multiplizierstufe 12 mit dem Vergleichssignal e multipliziert. ο

Während die die Impulsfrequenz- Multiplizierstufe (rate multiplier) als Meßspannen-Vorgabeeinheit 30 verwendende Ausführungsform nach Fig. 3 die Ausgangsfrequenz gemäß Fig. 4(B) liefert, die eine Impulsreihe mit dis-

kreten und dichten Abschnitten aufgrund der unbesetzten Sägezahnpositionen bildet und die Schwankungen in das Ausgangssignal einführt, ist die Ausfuhrungsform (Abwandlung) nach Fig. 5 diesbezüglich verbessert.

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung von Wellenformen zur Veranschaulichung der Wirkungen des durch den Wandler nach Fig. 5 durchgeführten Frequenz-Demultiplikationsprozesses. Fig. 6(A) zeigt dabei die Ausgangsfrequenz F . der Meßspannen-Vorgabeeinheit 30,

während die Fig. 6(B) bis 6(D) die Wellenformen der Ausgangsfrequenz F ₅ des Frequenz-Demultiplizierkreises 32 veranschaulichen. Insbesondere entsprechen die Wellenform (B) einer 1/2-Frequenzteilung (-Demultiplikation), die Wellenform (C) einer 1/2²-Frequenzteilung und die Wellenform (D) einer 1/2 -Frequenzteilung. Wie aus diesen Wellenformen hervorgeht, nimmt das Ausgangssignal mit einer Erhöhung des Frequenz-Demultiplikationsfaktors allmählich eine bestimmte Periode an. Schwankungen des Ausgangssignals werden mithin bei Ver-

wendung des Frequenz-Demultiplikationskreises verringert.

Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Abweichverstärker 22 an seiner invertierenden Eingangsseite (-) die Summe aus

/Λ

-νί-

dem im Verstärker 20 verstärkten und über einen Widerstand 34 zugeführten Eingangssignal, einer Spannung für

Nullabgleich, die durch Spannungsteilung der Vergleichs-5

spannung e erzeugt und über den Widerstand 29 und den Schalter SW2 geliefert wird, und der über den Schalter SW1 zugeführten Rückkopplungsspannung abnimmt. Das Ausgangssignal des Abweichverstärkers 22 wird durch den Synchron-Gleichrichterkreis 23 in eine Gleichspannung umgewandelt, und diese resultierende Gleichspannung wird durch den Integrator 24 und einen Spannung/Frequenz-Wandlerkreis 35 in ein Frequenzsignal F.,. umgesetzt. Eine Impulsfrequenz-Multiplizier(stufen)einheit

RMA kann beispielsweise vier Stellen (digits) behandeln, 15

und sie dividiert die Eingangsfrequenz F₁₅ zwecks Lieferung der Ergebnisse zu einem Impulsbreitenkreis 36. Letzterer vergleichmäßigt die Impulsdauer der Ausgangsfrequenz F r der Multipliziereinheit RMA zur Lieferung

eines Steuersignals zum Schließen und Öffnen des Schal-20

ters SW1.

Zusätzlich zur obigen Impulsfrequenz-Multipliziereinheit RMA ist eine weitere Impulsfrequenz-Multipliziereinheit RMB vorgesehen, der eine bestimmte Bezugsfre-

quenz F z.B. von einem Oszillator 37 aufgeprägt wird. Ein einem Frequenz-Demultiplikationsfaktor K_ identischer Frequenz-Demultiplikationsfaktor zur Bestimmung der Meßspanne wird mittels einer digitalen Vorgabeeinheit 38 eingegeben (set in). Das von der Einheit RMB

gelieferte dividierte Frequenzsignal wird durch einen Impulsbreitenkreis 39 zu einer Impulsreihe geändert, um den Schalter SW2 zu schließen und zu öffnen. An der einen Seite des Schalters SW2 liegt eine Spannung e¹

für Nullabgleich an, die durch Dividieren der Vergleichs-

spannung e erhalten wird.

Bei der beschriebenen Anordnung bestimmt sich eine Nullabgleichspannung e zu K_f e¹. Wenn der Verstärkungsgrad der Einfachheit halber zu 1 vorausgesetzt wird, gilt an der Eingangsseite des Abweichverstärkers 22 folgende Beziehung:

^ei ^{+ e}z - ^K2^Fi5^er ⁽⁶⁾

Unter Heranziehung der Beziehung e =K„f e¹ ergibt sich

2 Z Γ Ζ

folgendes:

e e' f
^{1 K e}

Das erste Glied (term) an der rechten Seite ist ein dem Eingangssignal e. proportionales Glied, während das zweite Glied nicht vom Frequenz-Demultiplikationsfaktor K_ abhängt, sondern durch die Nullabgleichspannung e

^Z ^z

bestimmt wird. Infolgedessen kann eine Interferenz bzw. gegenseitige Beinflussung zwischen Meßspanneneinstellung und Nullabgleich ausgeschaltet werden.

Um weiterhin eine Erweiterung eines variablen Bereichs

des Nullabgleichs in Richtung auf eine Größe kleiner als 0% zu ermöglichen, wird die Größe e so gesetzt oder vorgegeben, daß die Frequenz F. ,. eine gegebene Größe f annimmt, wenn das Eingangssignal e.=0 entspricht. Durch Einsetzen von e.=0 und F._c=f in Glei-ι 15 ο

chung (7) ergibt sich mithin folgendes:

Dies bedeutet, daß die obige Beziehung nicht vom Fre-

quenz-Demultiplikationsfaktor K„ abhängt.

Infolgedessen besteht keine Interferenz oder gegenseitige Beeinflussung zwischen der Meßspanneneinstellung und dem Nullabgleich; die Meßspanne kann daher 5

digital mit hohem Genauigkeitsgrad eingestellt oder vorgegeben werden, und die Einstellung oder Vorgabe des Nullpunkts ist ebenfalls mit hoher Genauigkeit möglich. Die Ausgangsgröße f entsprechend dem Eingangssignal e.=0 des Spannung/Frequenz-Wandlerkreises 35 wird durch ^x

einen Abzieh- oder Subtrahierkreis 40 von der Ausgangsgröße f entsprechend dem Eingangssignal e.Φ0 abgezogen. An einer Ausgangsklemme 41 liegt sodann ein Impuls-Ausgangssignal entsprechend dem Eingangssignal an.

Wenn zudem der Erregungsstrom stabil ist, kann das Vergleichssignal e durch eine feste Spannung ersetzt werden, die von einer vom Erregungsstrom unabhängigen Spannungsquelle geliefert wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ergibt, bietet die Erfindung die folgenden Wirkungen und Vorteile:

1. Da die digitale Meßspannen-Vorgabeeinheit im Rück-

kopplungskreis des Wandlers (oder Umsetzers) zum Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals vorgesehen ist und das Produkt aus der Meßkonstante des Detektors und der Meßbereich-Strömungsgeschwindigkeit in der digitalen Vorgabeeinheit gesetzt wird,

kann die Meßspanne mit hohem Genauigkeitsgrad vorgegeben werden, und Kompabilität zwischen dem Detektor und dem Wandler wird mit einem einfachen Schaltungsaufbau gewährleistet. Da es weiterhin nicht nötig ist, eine Kombination aus einer Analog- und

einer Digitalschaltung zu verwenden, ist der Aufbau

des erfindungsgemäßen Wandlers entsprechend vereinfacht.

2. Da die gleiche Gruppe von Schaltern die Einstellung

der Meßspanne ermöglicht und die Kompatibilität mit dem Detektor sicherstellt, ist der erfindungsgemäße Wandler wirtschaftlich ausgelegt.

3. Da die beiden, jeweils die Impulsfrequenz-Multipliziereinheit enthaltenden Wege vorgesehen sind und von der digitalen Vorgabeeinheit der gleiche Frequenz-Demultiplikationsfaktor durch Umschaltung zu den betreffenden Wegen geliefert wird, wodurch die

Rückkopplungsspannung und die Nullabgleichspannung relativ zueinander geändert werden, können die Meßspanne mittels eines digitalen Systems mit hoher Genauigkeit geändert, der Bereich des Nullabgleichs eingestellt und auf eine Größe von unter 0% erwei-

tert und eine Interferenz oder gegenseitige Beeinflussung zwischen Nullabgleich und Meßspanneneinstellung verhindert werden. Diese Vorteile können beim Stand der Technik nicht erzielt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetischer Strömungsmesser-Wandler,

gekennzeichnet durch 10

einen Abweichverstärker zum Verstärken einer Abweichung eines Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal, einen Wandlerkreis zum Umwandeln des verstärkten Ausgangssignals des Abweichverstärkers in ein Frequenzsignal , eine erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals, eine digitale Einstell- oder Vorgabeeinheit z'um Vorgeben eines Frequenz-Demultiplikationsfaktors der

ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe und eine erste Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer Vergleichsspannung zwecks Lieferung des Rückkopplungssignals,

wobei das Produkt aus einer Meßkonstante eines Strömungsmengen-Detektors zur Bestimmung einer Strömungsmenge und eine gegebene Gesamtmeßbereich-Strömungsgeschwindigkeit in der digitalen Vorgabeeinheit setzbar ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe (rate multiplier) eine Dezimal-Impulsfrequenzmultiplizierstufe ist.

3. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Frequenz-Demultipliziereinheit zum Umsetzen des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizier-

stufe in eine Impulsreihe einer im wesentlichen gleichmäßigen Impulsdauer und zum Liefern der Impulsbreite zur ersten Multipliziereinheit.

4. Elektromagnetischer Strömungsmesser-Wandler,

gekennzeichnet durch

einen Abweichverstärker zum Verstärken einer Abweichung eines Rückkopplungssignals von einem Eingangssignal ,

einen Wandlerkreis zum Umwandeln des verstärkten Ausgangssignals des Abweichverstärkers in ein Frequenzsignal ,

eine erste Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum Frequenz-Demultiplizieren des Frequenzsignals, eine erste Multipliziereinheit zum Multiplizieren

des Ausgangssignals der ersten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer Vergleichsspannung zwecks Lieferung des Rückkopplungssignals, einen Oszillator zur Erzeugung einer Bezugsfrequenz, eine zweite Impulsfrequenz-Multiplizierstufe zum

Frequenz-Demultiplizieren der Bezugsfrequenz, eine zweite Multipliziereinheit zum Multiplizieren des Ausgangssignals der zweiten Impulsfrequenz-Multiplizierstufe mit einer auf die Vergleichsspannung bezogenen Nullpunktspannung zwecks Lieferung eines

zum Rückkopplungssignal zu addierenden Ausgangssignals und

eine digitale Einstell- oder Vorgabeeinheit zum Vorgeben jeweils desselben Demultiplikationsfaktors in

erster und zweiter Impulsfrequenz-Multiplizierstufe. 35

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als erste und zweite Impulsfrequenz-Multiplizierstufe jeweils Dezimal-Impulsfrequenzmultiplizier-

stufen vorgesehen sind.

6. Wandler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Frequenz-Demultipliziereinheiten zum Umsetzen jedes Ausgangssignals von erster und zweiter Impulsfrequenz-Multiplizierstufe in eine Impulsreihe einer im wesentlichen gleichmäßigen Impulsdauer und zum Liefern jeder Impulsreihe zur betreffenden ersten bzw. zweiten Multiplizierstufe.

7. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

das Produkt aus einer Meßkonstante eines Strömungsmengen-Detektors zur Bestimmung einer Strömungsmenge und eine gegebene Gesamtmeßbereich-Strömungsgeschwindigkeit in der digitalen Vorgabeeinheit setzbar ist. 20

8. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsausgangssignal durch eine Äbzieh- oder Subtrahierschaltung durch Abziehen einer bestimmten Größe vom

Ausgangssignal von der (einer) Spannung/Frequenz-25

Wandlerschaltung erhaltbar ist.