NO822621L - Fremgangsmaate og apparat for automatisk kompensering for variasjoner i utgangsreaksjonskarakteristikkene til sensorer og lignende - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for automatisk tilpassing av utgangsreaksjonskarakteristikk-kurven til en målesensor til den for en ideal-eller referansesensor ved bestemmelse av utgangs-variasjoner som reaksjon på samme inngangsstimuli nær ene enden eller et punkt av kurven. Lagring av forskjellene fra automatisk korreksjon av mål-ingssensorutgangen ved virksom overlagring av kurven ved dens ende. Bestemmelse av utgangsvaria-sjoner ved en annen ende eller punktet til kurven. Dreiing av målesensorutgangskurven om dens ene ende for å bevirke en hovedsakelig overlagring av den andre enden eller punktet til kurven, og variasjonsbredden derimellom for derved å tilveiebringe lagrede signaler fra automatisk korrigering av utgangsreaksjonen til målesensoren, ved påfølgende måler-anvendelse, over den fullstendige karakteristikkreaksjonskurven mellom dens ender eller valgte punkter.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåte og apparat for automatisk kompensering for variasjon i utgangs-reaks jonskarakteristikkene til sensorer og lignende, og nærmere bestemt bestemmelse av variasjoner til en kurve over målte sensorsignalutgangskarakteristikker fra den til en ideell referanse eller standardsensor, og automatisk lagring og anvendelse av korreksjonsdata på sensormålingen i løpet av den påfølgende målingen.

Tidligere teknikk for innføring av korreksjoner eller andre kalibrerende målingssensorer for å kompensere for avvik ved reaksjonskarakteristikkene fra ønskede karak-teristikker til en standard sensor, har stort sett krevd manuell og individuell justering, slik som O-innstilling eller forskyvning av elektriske komponenter for å innføre et egnet standard startpunkt. Finjustering og avstemming har vært nødvendig for å forsøke å kompensere for avvikene ved andre deler av utgangsreaksjonen til den begynnende 0-innstillingen. Referanse kan f.eks. være gjort til et brokrets kalibreringssystem for sensorene som har individuelle potensometere i en brokrets anordnet for å muliggjøre 0 og variasjonsbredde kalibrering for hver sensor som blir benyttet. Kalibreringsprosedyren medfører manuell justering av disse potensiometerene, som krever tid, og krever betyde-lig fagkunnskaper for å tilveiebringe et brukbart resultat. Siden individuelle brokretser må være anordnet for hver sensor, blir kostnadene for målesystemet tilsvarende høyt. Denne utstyrstypen er dessuten kun egnet for sensorer hvor utgangen er representert av en endring i resistansen som en funksjon av målingen som blir utført (f.eks. deformasjons-målier, RTD, etc). Andre sensortyper, slik som termoelemen-ter.kan imidlertid ikke bli direkte benyttet med brokretser, og er således ikke egnet for denne type konpensasjon.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse, blir slike og andre ulemper overvunnet ved teknikken med overlagring av utgangs reaksjons karakteristikk-kurven (utgangssignalet som en funksjon av inngangsstimulien) til en målersensor, den til en ideal referanse eller standard sensor, idet det utvikles

lagrede korreksjonssignaler for å bevirke slik•overlagring,

og hvor det derfra automatisk blir tilført målersensorens utgang for bruk ved påfølgende måling for å muliggjøre korreksjon gjennom hele området til utgangssignalreaksjonskarakteri-stikken til målersensoren.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er følgelig

å tilveiebringe ny, forbedret fremgangsmåte og anordning for automatisk kompensering for variasjoner fra en ønsket ideal referanse eller standard ved utgangsreaksjonskarakteristikken til sensorene, og således unngå ovenfor nevnte mangler og ulemper, og tilveiebringe lagret automatisk korreksjonssig-nalmulighet for å fullføre utgangssignalreaksjonskarakteri-stikk-korreksjonen til målingssensoren i løpet av dens bruk som måler.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe et ny sensorkalibrering og korreksjonsteknikk, for mer generell bruk, såvel som et nytt og forbedret termoelement.

Andre og ytterligere formål vil heretter bli for-klart og spesielt i de påfølgende kravene.

Sammenfattet omhandler foreliggende oppfinnelse

en fremgangsmåte for å kompensere for variasjoner i utgangs-signalreaks jonskarakteristikk-kurven til en sensormåler for å innføre stimuli fra utgangssignalreaksjonen til en ideal-referansesensor, over et inngangsstimuliområde som strekker seg mellom to inngangsstimulier med forskjellige verdier,

idet fremgangsmåten innbefatter bestemmelse.og lagring av signalvariasjonen ved utgangen til målingen og referansesensorene som reaksjon på innført stimuli av en verdi, til-føring av den lagrede signalvariasjonen til målesensorens utgang, i løpet av målerens bruk, for effektivt å overlagre målingen og referanseutgangsreaksjonskarakteristikk-kurvene ved et første punkt som korresponderer med inngangsstimuliens 1-verdi, bestemmelse og lagring av signalreaksjon ved utgangen til målingen og referansesensorene som reaksjon og en inngangsstimuli av 2.-verdi, tilførsel av sistnevnte lagrede signal-varias jon til målesensorens utgang, i løpet av målingsbruken, for effektivt å dreie relativt karakteristikk-kurvene om

nevnte 1. punkt, i hovedsaken for å overlagre karakteristikk-kurvene ved et andre punkt tilsvarende inngangsstimuliens forskjellsverdi, og variasjonsbredden dermellom, for derved automatisk å korrigere utgangsreaksjonen til målesensoren ved påfølgende målerbruk over den fullstendige karakteristikkreaksjonskurven over et område som forbinder det første og andre punktet. Foretrukne detaljer og foretrukne utførelses-former skal beskrives nærmere i det påfølgende med henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig. A-C viser kurver over sensorutgangsreaksjons-karakteristikk overlagringsteknikken ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser et kombinert blokk- og flytediagram for utførelse av det samme i foretrukket form. Fig. IA viser oppfinnelsen i forbindelse med dens anvendelse på en sensor av sender-trykk-typen, slik som defor-masjonsmåler (f.eks. "Action-Pack Model" eller typen TP690 fra Action Instruments, Inc.), selv om oppfinnelsen generelt kan anvendes ved alle typer sensorer og lignende anordninger.

Som vist tilveiebringer "ideal"-sensoren en spenningsutgangs-karakteristikk reaksjonskurve (spenning opptegnet langs abcis-sen) som er lineær funksjon av trykket som blir målt (opptegnet langs ordinaten). En sensorutgang på XI volt korresponderer med en inngangstrykkstimuli av verdien Yl, og en sensorutgang på X2 korresponderer med et trykk Y2. Fig. IA viser også en typisk kurve (-.) for en "aktuel"-sensor som skal benyttes for målingene og hvor en sensorutgang XI<1>tilsvarer utgangsverdien virkelig tilveiebragt for et stimuli-trykk Yl, og en sensorutgang X"<1>tilsvarer trykket Y2 - heller forskjellige verdier fra eller ved variasjoner ved "IDEAL"-kurven mellom de valgte nedre og øvre målingstrykk-punktene Yl og Y2.

I samsvar med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, består første trinnet ved den automatisk kalibreringsprosedyren. av følgende sekvens.Utgangsreaksjonene XI og X2 til en ideal (eller standard referanse) sensor 3 på fig. 2 tilsvarer inngangsstimulien Yl og Y2 henholdsvis, og blir lagret ved 5. Den virkelige sensor som skal bli benyttet for målingen, merket med henvisningstallet 1 på fig. 2,

blir tilført et referanseinngangssignal eller et stimuli korresponderende med kalibreringspunktet Y av lavere verdi. Opera-tøren bevirker et trinn merket "INPUT" som bevirker at den lagrede verdien XI fra lageret 5 blir tilbakekallet ved 5'.

Et trinn kalles "CHANGE" blir så utført og dette bevirker

at den virkelige sensoren 1 reagerer på dets inngangstrykk Yl, og tilveiebringer et utgangssignal XI<1>. Utgangssignalene XI' og XI ved et "ENTER"-trinn blir så tilført en differanse-komparator 7 av velkjent type for å bestemme signalvariasjonen eller differansen mellom XI' og Xl, og bevirker at slik differanse, AXI = XI' - XI, blir beregnet og lagret i lageret 5" for den bestemte sensoren 1. Som vist på fig. IB, er resultatet av denne kalibreringen av det første stimulipunktet Yl en "OFFSET" (.... kurve) som korresponderer med den hel-trukne idealkurven, slik at et sensorutgangssignal for XI<1>= XI +AX1 utgjør målingen for stimulien Yl. Mens dette utgjør målingene ved den nedre delen av kurven i nærheten av Yl mer nøyaktig, vil imidlertid stigningen av den virkelige målings-sensorens karakteristikk variere markant fra "IDEAL"-karakteri-stikken som vist ved økende gap mellom "forskjøvet" og "virkelig" -kurven på fig. IB.

For å forhindre disse variasjoner, blir en andre del av den automatiske kalibreringsprosedyren ifølge foreliggende oppfinnelse, så frembragt. Sensoren blir nå under-lagt en referansestimuli som korresponderer kalibreringspunktet Y2. Operatorvirkningen til detLtidligere beskrevne "INNDATA"-trinnet på fig. 2, som denne gangen bevirker at den lagrede verdien X2 + Axl blir tilbakekallet ved 5<1>'<1.>Trinnet "ENDRING" bevirker at den virkelige sensoren 1 frem-bringer, som reaksjon på stimulien Y2 et utgangssignal X2<1.>"ENTER"-trinnet bevirker at sammenligning av signalreaksjonen mellom utgangssignalene X2 og X2' og bestemmer differansen

X2 =AX2' - (X2 + AXI) blir beregnet ved 7 og lagret i lageret 5' ved den bestemte sensoren 1. Som vist på fig.

1C, blir resultatet av denne kalibreringen av det andre

punket Y2, at "FORSKJØVET"-kurven på fig. IB dreies om den nedre kurvedelen eller nær det endrepunktet (XI<1>, Yl), slik at et utgangssignal på X2' = X2 + 4x1 + £X2 blir tilveiebragt for måling av inngangsstimuli Y2, mens sensorutgangssignalet XI' = XI + åXl fastholdes for måling av Yl.

Matematisk, tilsvarer målingene Y sensorutgangs-signalene X beregnet ifølge følgende formel:

Når de lagrede korreksjonene automatisk blir addert til utgangssignalet til sensor 1, har den "VIRKELIG" eller målesensoren karakteristikkreaksjonskurven effektivt blitt i hovedsaken overlagret på "IDEAL"-kurven gjennom denne teknikken med effektiv overlagring av utgangsreaksjonen til den nedre verdistimuli Yl, og dreiet om det samme for å bevirke overlagring av utgangsreaksjonene ved den øvre Y2 stimulis ende, og det mellomliggende gapet eller variasjonsbredden eller området mellom øvre og nedre ender eller valgte punkter til karakteristikkreaksjonskurven.

I tilfelle hvor sensorutgangen ikke er en lineær funksjon av målingen, slik som når termoelementsensorer blir benyttet for å måle temperaturstimuli, tilveiebringes ifølge oppfinnelsen ikke-lineær mikrovolt-til-temperatur lineari-seringsomforming, da ved hjelp av en vanling lineariserings-forsterker eller et nettverk, (ikke vist), som er anordnet etter sensorene 1 og 3 på fig. 2, og så den resulterende kalibreringsprosedyren beskrevet ovenfor. Innførte tempera-turkalibreringspunkter Yl og Y2 med fortrinnsvis lave og høye verdier, er fryse- og koketemperaturen til vann ved standard atmosfæres trykk e;1.

Mens velkjente lager- og beregningskretser kan

bli anvendt for å utføre oppfinnelsen, er egnede lagerkompo-nenter 5,5" på fig. 2, f.eks. NEC uPD 444/6514 RAM med signal-differansekretsen 7 f.eks. en Intel 8231 "Arithmetric Proces-sing Unit".

Ytterligere modifikasjoner vil naturligvis også være mulig for fagmannen på området,innbefattende om ønskelig, - bruk av tidsgjennomsnittsberegningskretser (ikke vist) i sensorutgangene og ellers det som måtte være innenfor rammen av oppfinnelsen, slik som fremsatt i kravene.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for kompensering for variasjoner i reaksjonskarakteristikk-kurven til en malersensor for å inn-føre stimuli fra utgangssignalreaksjonen til en ideal referansesensor over et inngangsstimuli-område innbefattende et innført stimuli med to forskjellige verdier, karakterisert ved bestemmelse og lagring av signalvariasjonen ved utgangen til måle- og referansesensorene som reaksjon på en enverdi-innføringsstimuli, tilførsel av den lagrede signalreaksjonen til målersensorens utgang i løpet av målingen for effektivt å overlagre målings- og referanseutgangsreaksjonskarakteristikk-kurvene ved et første punkt som korresponderer med den en-verdis innførte stimuli, bestemmelse og lagring av signalreaks j onen ved utgangen til må le-r og referansesensorene som reaksjon på en differanseverdi innført stimuli, tilførsel av sistnevnte lagrede signalvaria-sjon til målesensorutgangen i løpet av målingen for virksomt å dreie relativt karakteristikk-kurvene om det første punktet hovedsakelig for å overlagre de karakteristiske kurvene ved et andre punkt tilsvarende differanseverdiinnføringsstimulien og over variasjonsbredden derimellom, og derved automatisk korrigere utgangsreaksjonen til målesensoren ved påfølgende måling over et område av karakteristikkreaksjons-kurven innbefattende det første og andre punkt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sensorutgangssignalets reaksjoner blir i det vesentlige til å begynne med linealisert før bestem-mingen og lagringen.

3. Fremgangmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at bestemmelsestrinnet innbefatter tids-gjennomsnittsberegning av målesensorutgangssignalene.

4. Fremgangsmåte for å kompensere for variasjoner i utgangsreaksjonskarakteristikk-kurven til en målesensor for inngangsstimuli fra utgangsreaksjonen til en idealrefer-ansesensor over et inngangsstimuliområde innbefattende inngangsstimuli ved lave og høye verdier, karakteri sert ved at det tilføres inngangsstimuli av lav-verdi til målesensoren for å tilveiebringe en tilsvarende lav-verdi utgangsreaksjon ved en nedre del av kurven, sammenligning av slike utgangsreaksjoner med referansesensorutgangsreaksjonen til slik lavverdis inngangsstimuli, lagring av differansen mellom den sammenlignende lavverdiutgangsreaksjo-nen og tilførsel av den samme for automatisk korrigering av utgangsreaksjonen til målesensoren, når i påfølgende bruk, ved slik differanse over den karakteristikk utgangsreaksjon, overlagring av hovedsakelig den nedre delen av utgangsreaksjonskarakteristikk-kurven til målesensoren ved den nedre delen av utgangsreaksjonskarakteristikk-kurven til referansesensoren, tilførsel av inngangsstimuli med høy verdi til målesensoren for å tilveiebringe en tilsvarende utgangsreaksjon av høy verdi, sammenligning av sistnevnte utgangsreaksjon med referansesensorutgangsreaksjonen til slik hø yverdi inngangsstimuli, lagring av forskjellen mellom nevnte høyverdi-utgangsreaksjoner og tilførsel av de samme for å dreie karak-ter istikk-kurve reaksjonen til målingssensoren om dens overlagrede, nedre del, og inn i den øvre delen, og således mellomliggende variasjonsbredde hovedsakelig overlagret karak-teristikkreaks jonskurven til målingssensoren og referansesensoren, som dermed automatisk korrigerer utgangsreaksjonen til målesensoren, når den er i bruk, over dens karakteristikk-reaks jonskurven innbefattende dens lave og høye del.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at karakteristikkutgangsreaksjonen til sensorene til å begynne med er i hovedsaken lineære.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at utgangsreaksjonen til målingssensoren blir tidsgjennomsnittsberegnet og dens tidsgjennomsnittlige verdier blir benyttet for å tilveiebringe differanseverdiene fra sensorutgangsreaksjonene.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at sensoren er en temperaturreaksjonssensor, hvor utgangsreaksjonskarakteristikk-kurven utgjør utgangs signalet i forhold til inngangstemperaturstimulien, og at de lave og høye endestimuliverdiene er i hovedsaken fryse- og kokepunktet til vann e.l. ved standard atmosfærisk trykk.

8. Apparat for automatisk kompensering for variasjon ved utgangsreaksjonskarakteristikk-kurvene til en målesensor og en ideal referansesensor over et inngangsstimuliområde! innbefattende et par relativt lav og høy-verdi inngangsstimuli, idet anordningen er karakt errisert ved å ha i kombinasjon innretning for å måle utgangsreaksjonen til målesensoren som reaksjon på anvendelsen av denne på en av inngangsstimuliene, innretning som reagerer på målingsinnret-ningen og sammenligne slik målt utgangsreaksjon med den til referansesensoren for den ene inngangsstimuli, innretning forbundet med sammenligningsinnretning for lagring av differansen mellom de sammenlignende utgangsreaksjonene og for å tilføre differansen til utgangen av målesensoren, når den benyttes for måling, automatisk bevirkning av overlagring av korresponderende del av målingen og standard sensor utgangs-reaks jons karakteristikk-kurvene, innretning for å måle ut-gangsreaks jonen til målesensoren som reaksjon på dens anvendelse av den andre av par med inngangsstimuli, innretning som reagerer på sistnevnte måleinnretning for sammenligning av slik målt utgangsreaksjon med den til referansesensoren for den andre inngangsstimuli, innretning forbundet med sistnevnte sammenligningsinnretning for lagring av differansen mellom utgangsreaksjonene for den andre inngangsstimuli og for å tilføre slik differanse til utgangen av målesensoren når påfølgende måling benyttes, automatisk relativt å dreie karakteristikk-kurve. reaksjonene om dens overlagrede del til en annen del, og således mellomliggende variasjonsbredde i hovedsaken overlagret målingen og standardsensorkarakteri-stikkreaksjons-kurvene, derved automatisk korrigering- av ut-gangsreaks jonen til målersensoren, når den benyttes i det på-følgende, over den fullstendige karakteristikkreaksjons-kurven innbefattende inngangene med lave og høye verdier.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved en innretning anordnet for begynnelse av i hovedsaken nyansering av utgangsreaksjonene til sensorene.

10. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at tidsgjennomsnittsberegningsinnretning er anordnet som reagerer på utgangen til målesensoren, tilkoblet for å tilføre tidsgjennomsnittsberegnede utgangsreaksjoner til målersensoren ved sammenligningsinnretningen.

11. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at sensoren er temperaturreagerende sensorer, og at utgangsreaksjonskarakteristikk-kurvene representerer elektriske utgangssignaler som en funksjon av tilført temperaturstimuli.

12. Apparat ifølge krav 11, karakterisert ved at sensorene er termoelement og de lave og høye ende-inngangsverdiene i hovedsaken er fryse- og kokepunktet til vann ved standard atmosfærisk trykk.

13. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at i hovedsaken blir følgende forhold tilveiebragt mellom inngangsstimulien Y og utgangsreaksjonen X som målt av målesensoren:

hvor XI og X2 er utgangsreaksjoner til en ideal referansesensor i forhold til stimuli Yl og Y2 henholdsvis, og AXI og AX2 er differanser fra XI og (X2 + Axl) i utgangsreaksjonene for respektive stimuli Yl og Y2 frembragt ved hjelp av målesensoren .