DE3812013C2

DE3812013C2 - Elektronische Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE3812013C2
Application number: DE19883812013
Authority: DE
Inventors: Juergen Lenkeit
Original assignee: TENSOMETRIC MESTECHNIK STROEHM
Current assignee: TENSOMETRIC MESTECHNIK STROEHM
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2008-04-12
Also published as: DE3812013A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Meßeinrichtung, insbesondere Zugkraftmeßeinrichtung, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur elektronischen Zugkraftmessung, die bei der Herstel lung und Weiterverarbeitung von Garnen, Fasern, Drähten, Kabel usw. von großer Bedeutung ist, werden Meßeinrichtungen eingesetzt, deren Meßwertaufnehmer unmittelbar die Zugkraft mißt und diese in ein elektrisches Signal umwandelt. Das Signal wird über ein Kabel einem Gerät zugeführt, welches die gemessenen Werte anzeigt und zur Registrierung, Auswertung oder Steuerung zur Verfügung stellt. Dabei sind die einzelnen Meßwertaufnehmer für die unterschiedlichen Anforderungen mit den verschiedenen Geräten kombinierbar. Der Meßwertumfang reicht dabei in der Regel von wenigen cN, etwa für feine Fasern, bis zu 10 kN oder mehr etwa für Stahlseile.

Die Geräte sind allgemein mit analogen Anzeigeinstrumenten ausgerüstet, deren Skala von Null bis 100 reicht. Der gemessene Wert wird dabei auf der Skala in Prozentangabe angezeigt, wobei der Prozentsatz von der Nennlast des jeweils angeschlossenen Meßwertaufnehmers abhängig ist. Dies führt zu einer aufwendigen und umständlichen Bestimmung der tatsächlichen realen Zugkraft. Schließt man z. B. einen Meßwertaufnehmer mit einer Nennlast von 70 cN an und wählt einen Bereich von 100%, so entspricht der Skalenausschlag von 0-100% Zugkräften zwischen 0 und 70 cN. Wählt man dann den Bereich 25%, ergibt sich ein Meßbereich zwischen 0 und 17,5 cN. Wird man mit einem anderen Meßproblem konfrontiert und setzt einen Meßwertaufnehmer mit einer Nennlast von 500 cN ein und wählt den Bereich 100%, so entspricht der Skalenausschlag von 100 einer Zugkraft von 500 cN. Beträgt die Zugkraft bei einer Messung z.B. 375 cN, so wird analog 75% angezeigt. Hieraus zeigt sich, daß bei jedem Einsatz in Abhängigkeit von der Nennlast des Meßwertaufnehmers und der Prozentauswahl des Anzeigegerätes eine umständliche Umrechnung vom angezeigten Skalenwert erforderlich ist, um den tatsächlichen Wert der effektiven Zugkraft zu erfahren.

Wenn andererseits digitale Meßgeräte eingesetzt werden, wird der Meßbereich des Meßwertaufnehmers in der Regel werksseitig fest eingestellt. Ein Auswechseln des Meßwertaufnehmers mit einer anderen Nennlast ist nachher seitens des Benutzers nicht mehr ohne weiteres möglich.

Aus der DE 35 35 642 A1, von der die Erfindung ausgeht, ist eine Einrichtung zur Korrektur von Meßwerten zu einer Meßvorrichtung bekannt, die es erlaubt, unterschiedliche Meßwertaufnehmer anzuschließen und diesen zu identifizieren. Dazu enthält jeder Meßwertaufnehmer z. B. einen elektrischen Widerstand, der in einem Stromkreis mit einem Meßgerät liegt, das die spezifischen Kenngrößen des Meßwertaufnehmers feststellt. Das Meßgerät ist über eine Datenübertragungseinrichtung mit einem Mikroprozessor verbunden, dessen Datenspeicher für die Aufnahme aller Korrekturwerte der zum Einsatz vorgesehenen Meßwertaufnehmer ausgelegt ist. Die Korrekturwerte für jeden einzelnen Meßwertaufnehmer müssen selbstverständlich vorher ermittelt und im Datenspeicher abgelegt werden.

Angesichts der eingangs geschilderten Problematik, die bei Meßeinrichtungen für andere physikalische Größen wie Temperaturen, Drucke od. dgl. ebenso in Erscheinung tritt, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung des aus der DE 35 35 642 A1 erkennbaren Grundgedankens, eine Identifikation eines spezifischen Meßwertaufnehmers durch Auswertung der Kenngröße eines in ihm angeordneten Widerstandes vornehmen zu können, eine Meßeinrichtung auf einfache Weise so auszugestalten, die jeder Meßwertaufnehmer an jedes Anzeigegerät anschließbar sein soll, und zwar sowohl an analoge als auch digitale Anzeigegeräte, ohne komplizierte Umrechnungen angezeigter Werte, es sei denn Kommaverschiebungen, vornehmen zu müssen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 dazu angegebenen Merkmale.

Diese Ausbildung führt bei universellem Einsatz der Geräte zur überraschend vereinfachten, direkten Ablesung der (Zugkraft-)Meßwerte. Es lassen sich nunmehr alle Geräte miteinander kombinieren, was durch eine einfache Steckverbindung ausführbar ist. Die Verbindung zwischen dem ersten Widerstand im Anzeigegerät und dem zweiten Widerstand des Spannungsteilers im Meßwertaufnehmer erfolgt über den freien Anschluß des üblichen fünfpoligen Verbindungskabels, von dem für die Geräteverbindung normalerweise nur vier Pole beansprucht werden.

Es ist zwar grundsätzlich bekannt (vgl. z. B. Lange, L., "Linear zwischen Eis und kochendem Wasser" in Elektronik, 1984, Heft 13, Seite 89 ff., oder Hencke, H., "Lasergetrimmte Temperatur- und Luftstromsensoren" in Elektronik, 1986, Heft 14, Seite 85 ff.), aufwendige Widerstandsnetzwerke so auszulegen, daß an einer Digitalanzeige direkt die Meßgröße anzeigbar ist, doch vermögen diese Hinweise nicht zu der überaus einfachen Lösung nach dem Vorschlag der Erfindung hinzulenken.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise ist das Anzeigegerät - etwa zu Steuerungszwecken - sowohl mit einer Analoganzeige zur Anzeige der Größe des Analogsignals als auch mit einer Digitalanzeige zur Angabe des effektiven Meßwerts versehen. Es ist vorteilhaft, in diesem Fall das Anzeigegerät sowohl mit einem Druckeranschluß für das Ausdrucken der digitalen Meßwerte wie auch mit einem Steueranschluß zu versehen, an welchem das Analogsignal anliegt.

Ein Anzeigegerät sowohl mit einer Digitalanzeige als auch mit einer Analoganzeige ist zwar beispielsweise aus der eine Meßbereichsumschaltung betreffenden DE- OS 16 16 085 bekannt, doch dient dort die Digitalanzeige zur Anzeige der Vorkommastellen und die Analoganzeige zur Darstellung der Nachkommawerte desselben Meßwerts und ist insoweit nur am Rande vergleichbar.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Angabe von Beispielen und Bezugnahme auf die Zeichnungen. Dabei zeigt im einzelnen

Fig. 1 die schematisierte Ansicht der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung am Beispiel einer Zugkraftmeßeinrichtung und

Fig. 2 das dieser Einrichtung zugrundeliegende Schaltbild.

Es soll zunächst anhand der Fig. 1 kurz der Aufbau der elektronischen Zugkraftmeßeinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen ist, erläutert werden.

Mit 11 ist ein z.B. kapazitiver Meßwertaufnehmer bezeichnet, dessen Auslegung sich nach seinem Einsatz zum Messen der jeweiligen Größen richtet. Er erzeugt mit seiner Meßspannungsquelle 21, die über zwei der drei Leitungen des Kabels 13 mit Versorgungsspannung gespeist wird, ein dieser Größe entsprechendes Signal, das an seinem Ausgang anliegt und mittels des Verstärkers V verstärkt wird und für jede Nennlast gleich groß ist und in der Regel 10 V beträgt. Über eine Steckverbindung 12 ist der Ausgang des Meßwertaufnehmers an ein Verbindungskabel 13 angeschlossen.

Am anderen Ende des Kabels 13 befindet sich ebenfalls eine Steckverbindung oder ein Stecker 14, über welchen die Signale des Meßwertaufnehmers 11 auf das Anzeigegerät 15 übertragen werden. Das Anzeigegerät 15, dessen Aufbau nach folgend unter Bezugnahme auf das Schaltdiagramm gemäß Fig. 2 noch näher erläutert werden soll, ist mit einer Analogskala 16 für die Anzeige des analogen Meßwertes versehen. Das ent sprechende Signal wird einem Analogausgang oder -anschluß 17 zugeführt, wo es zur Steuerung und Aufzeichnung zur Verfügung steht.

Das Anzeigegerät 15 ist außerdem mit einer Digitalanzeige 18 versehen, an welcher ein entsprechendes Steuersignal an liegt, wie nachfolgend anhand des Schaltbildes gemäß Fig. 2 noch zu erläutern sein wird. Das digitale Signal wird einem Digitalausgang oder -anschluß 19 für den Anschluß eines (nicht dargestellten) Druckers zugeführt.

Die Fig. 2 gibt ein schematisiertes Schaltbild der elek tronischen Zugkraftmeßeinrichtung 10 wieder. Der Aufbau des Meßwertaufnehmers 11 ist üblich und soll nur insoweit er läutert werden, als er vom Stand der Technik abweicht. Wie bereits ausgeführt, steht der Meßwertaufnehmer 11 mit dem Anzeigegerät 15 über vier Leiter eines fünfpoligen Kabels in Verbindung. Die fünfte freie Leitung 20 des Kabels stellt eine Verbindung zwischen den beiden Widerständen R_NL und R_V des Spannungsteilers her. Dabei ist der Widerstand R_NL innerhalb des Meßwertaufnehmers 11 und der Widerstand R_V im Anzeigegerät 15 angeordnet.

Der Widerstand R_NL ist für jeden spezifischen Meßwertauf nehmer berechnet, aber konstant. Die durch diesen Schaltungs aufbau gekennzeichnete Meßeinrichtung erspart umständliche Umrechnungen. Durch die Bemessung des Widerstandes R_NL inner halb des Meßwertaufnehmers ist diesem selbst die Umrechnungs regel eingegeben. Es ist damit eine universelle Anpassungs fähigkeit möglich, indem durch bloße Steckverbindung der digitale Echtwert an der Anzeige 18 ablesbar bzw. über den Druckeranschluß ausdruckbar ist.

Die Berechnung des Meßwertaufnehmerwiderstandes R_NL läßt sich wie folgt ausführen:

U_a=Analogspannung am Ausgang des Verstärkers
U_dig=am Eingang des Digitalanzeigegeräts abfallende Spannung

U_dig(R_V+R_NL)=U_a · R_NL
U_digR_V+U_dig R_NL=U_a · R_NL
U_dig R_V=U_a · R_NL-U_digR_NL
U_dig R_V=R_NL(U_a-U_dig)

Die folgenden Zahlenbeispiele sollen die Erfindung noch näher erläutern.

Beispiel 1

R_V=const=2 kΩ
Meßwertaufnehmer-Nennlast: 3 N

gemessene Zugkraft: 2,4 N (Beispiel)
80% der Meßwertaufnehmer-Nennlast
U_a=8 V (bei Nennlast ist U_a=10 V)

gemessene Zugkraft: 0,6 N=20% der Nennlast
U_a=2 V

In diesen beiden Fällen würde eine Digitalanzeige mit z. B. drei Digits gerundet "2,40" bzw. "0,60" anzeigen, also den Meßwert in N.

Beispiel 2

Meßwertaufnehmer-Nennlast: 8 kN
gemessene Zugkraft sei: 5,6 kN
70% der Nennlast
U_a=7 V

gemessene Zugkraft: 2,4 kN
30% der Nennlast
U_a=3 V

In diesen beiden Fällen würde die Digitalanzeige "5,60" bzw. "2,40" anzeigen, also den Meßwert in kN.

Claims

1. Elektronische Meßeinrichtung, insbesondere Zugkraftmeßeinrichtung, mit einem eine Meßspannungsquelle aufweisenden Meßwertaufnehmer (Meßkopf) sowie mit einem über ein Verbindungskabel hiermit verbindbares Gerät, wobei in dem Meßwertaufnehmer ein auf dessen spezifische Kenngrößen abgestimmter und mit dem Gerät auswertbarer Widerstand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Gerät ein Anzeigegerät (15) für die Meßgröße ist, daß der im Meßwertaufnehmer (11) angeordnete und dort gegen Masse geschaltete Widerstand R_NL mit einem im Anzeigegerät (15) angeordneten zweiten Widerstand R_v einen Spannungsteiler bildet, daß der Wert des Widerstandes durch mitU_dig = am Eingang des Anzeigegeräts abfallende Spannung
U_a = verstärkte Analogspannung am Ausgang der Meßspannungsquellebestimmt ist, und somit derart auf die Meßkopfnennlast abgestimmt ist, daß an der Digitalanzeige (18) des Anzeigegerätes (15) der Effektivwert der Meßgröße direkt anzeigbar ist und daß die beiden Widerstände (R_NL, R_v) über die freie Leitung (20) des fünfpoligen Verbindungskabels (13) miteinander verbindbar sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät sowohl mit einer Analoganzeige (16) zur Anzeige der Größe des Analogsignals als auch mit einer Digitalanzeige (18) zur Anzeige des effektiven Meßwerts versehen ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Anzeigegerät (15) mit einem Analoganschluß (17) für eine Aufzeichnung oder Steuerung sowie einem Digitalanschluß (19) für den Anschluß eines Druckers oder einer EDV-Anlage versehen ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungskabel (13) über eine Steckverbindung (12, 14) mit dem Meßwertaufnehmer (11) und/oder dem Anzeigegerät (15) verbindbar ist.