NO842047L - Innretning for omforming av analogformatsignaler til pulsformatsignaler - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår elektriske signalomformings-kretser. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen kretser for omforming av analogformatsignaler, som f.eks. representerer en elektrisk størrelse, et forhold eller liknende, til et tilsvarende pulsformatsignal, såsom et signal med variabelt pulsforhold. Sådanne kretser er spesielt nyttige i instrumente-ringsinnretninger av den type som benyttes for måling og styring av prosesstilstander, såsom strømningshastighet, temperatur osv.

Innretninger som benyttes i måle- og styreinstrumen-tering, må ofte behandle elektriske signaler som fremkommer i analogt format, for eksempel spennings- eller strømsignaler som representerer utvalgte prosesstilstander eller -størrelser, såsom et forhold mellom to prosessvariable. Av forskjellige grunner kan vanskeligheter oppstå når man forsøker å behandle sådanne signaler i sitt opprinnelige analogformat. Det har således i mange tilfeller vært nyttig å omforme signalene til et annet format for å utføre nødvendig behandling og/eller nødvendige omvandlinger. Analogformatsignaler omformes vanlig-vis til flerbitsdigitalsignaler for behandling eller annen be-arbeidelse, særlig dersom eventuell behandling som skal utfø-res, er forholdsvis kompleks slik at den kan utføres økonomisk ved hjelp av lett tilgjengelige, digitale datamaskiner med høy hastighet. I mange tilfeller er imidlertid bruk av datamaskin-teknikker uberettiget da det er altfor kostbart for det prob-lem som adresseres, og for disse situasjoner må det søkes en enklere og mindre kostbar løsning på problemet.

I foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som skal beskrives i detalj i det følgende, er det tilveiebrakt en forholdsvis enkel og økonomisk innretning for omforming av et elektrisk signal eller en elektrisk størrelse (såsom størrel-sen av et elektrisk kretselement) i analogformat til et tilsvarende pulsforholds- eller frekvenssignal i pulsformat. Det er ønskelig at et sådant pulsformatsignal er i form at et tog av periodiske pulser med lengder som er styrbare, f.eks. som en prosentdel av den sykliske periode. Signalets binære natur tillater dette å behandles og/eller bearbeides ved benyttelse av konvensjonelle teknikker som er tilgjengelige i digital teknologi, og omformingsutstyrets enkelhet bevirker vesentlige kostnadsbesparelser. Innretninger som benytter oppfinnelsen, tilveiebringer meget nøyaktige resultater med minimalt behov for kostbare, kalibrerte elementer i omformingskretsen. En sådan innretning er også fordelaktig ved at den har lite effektbehov slik at den tillater at komplekse funksjoner kan utføres ved forholdsvis lave effektnivåer som er tilgjengelige i feltsendere og liknende.

I overensstemmelse med et viktig aspekt ved foretrukne utførelser av oppfinnelsen utvikles et pulset pulsforholdssignal i en negativ tilbakekoplingssløyfe rundt en integrator til hvis inngang det tilføres et analogformatsignal. Integratorens utgang styrer likespenningsnivået av et opp-ned-rampesignal som tilføres til en sammenlikner for å frembringe pulser under de tidsintervaller da rampespenningen ligger over (eller under) sammenliknerens tennings- eller utløsnings-terskel. Disse pulser styrer en bryter mellom integratorinngangen og en referansespenning slik at det frembringes et negativt tilbakekoplingssignal for integratoren. Den negative tilbakekoplingsvirkning styrer likespenningsnivået på integratorens utgang og innstiller derved pulsforholdet på en slik verdi at det midlere signalnivå via den pulsede bryter til integratorinngangen på foreskrevet måte står i forhold til det tilførte inngangssignal. Det pulsforholdssignal som utvikles ved hjelp av denne tilbakekoplingsvirkning, svarer direkte til størrelsen av det tilførte inngangssignal.

Andre formål, særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende nærmere beskrivelse av foretrukne utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et noe forenklet koplingsskjerna av et arrangement for frembringelse av et pulsforholdssignal som svarer til en spenning som representerer et forholdsinnstillingspunktsignal, og for omforming av dette pulsforholdssignal til et tilsvarende styresignal, fig. 2 viser et koplingsskjerna av en anordning for kvadratrotuttrekking og som benytter kaskade-pulsforholdssignaler som frembringes i overensstemmelse med oppfinnelsen, fig. 3 viser et koplingsskjema av en innretning for omforming av verdien av en temperaturfølsom motstand til et pulset pulsforholdssignal, fig. 4 viser et koplingsskjerna av et modifisert arrangement som benytter én eneste bryter i integratorens inngangskrets, fig. 5 viser et blokksk jerna av en innretning for frembringelse av et pulsfrekvenssignal som representerer utgangssignalet fra en magnetisk likestrøm-strømmåler, fig. 6 fremviser korrelerte kurver som viser variasjonen av visse signalnivåer med tiden, og fig. 7 viser et blokkskjema av en innretning for frembringelse av et pulset pulsforholdssignal som representerer utgangssignalet fra en magnetisk likestrøm-strømmåler.

På fig. 1 er vist en innretning som omfatter en signalomvandlingskrets 10 i form av en integrator til hvis inngang det tilføres et forholdsinnstillingspunktsignal Eim Integratoren er konvensjonell og omfatter en forsterker 12 med en tilbakekoplingskondensator 14. Forsterkerens utgang er koplet via en RC-krets 16 og styrer likespenningsnivået i et kretspunkt T i overensstemmelse med netto-inngangssignalet til integratoren. Kretspunktet T forsynes også med et tre-kantbølgesignal bestående av en rekke opp-ned-ramper som vist grafisk ved 18.

Som en illustrasjon frembringes rampesignalet 18 ut fra et firkantbølgesignal som koples via en serie-RC-krets 20 til kretspunktet T. Firkantbølgesignalet kan frembringes ved hjelp av hvilken som helst konvensjonell firkantbølgegenerator 22. Firkantbølgesignalet er vist grafisk ved 24 over rampesignalet 18, for å vise de impliserte tidsrelasjoner.

Rampesignalet 18 i kretspunktet T tilføres til en sammenlikner 26 som frembringer en rekke utgangspulser hvis lengder er bestemt av når rampesignalet krysser sammenliknerens tenningsterskel (som vist i den grafiske fremstilling av rampesignalet 18). Bokstaven "m" er benyttet på tegningen for å betegne de tidsintervaller da rampesignalet ligger under tenningsterskelen. I disse tidsintervaller frembringer sammenlikneren 26 et positivt pulssignal (dette utgangssignal er også merket "m" på fig. 1). Sammenliknerens utgang "m" er koplet til en inverter 28 som frembringer positive pulser i de tidsintervaller "m" da rampesignalet 18 ligger over sammenliknerens tenningsterskel. Utgangssignalene fra både sammenlikneren og inverteren definerer et pulsforholdssignal i form av et tog av periodiske pulser hvis lengder er en styrbar prosentdel av den sykliske periode.

Pulsforholdssignalene som frembringes av sammenlikneren 26 og inverteren 28, tilføres til styreelektrodene i respektive brytere S. og S£som utgjør en del av en krets for omforming av pulsforholdet til et tilsvarende negativt analogformat-tilbakekoplingssignal E^ med en midlere verdi som er følsom for prosentdel-pulsforholdet. Pulsforholds-pulsene ("n" og "m") forårsaker at bryterne S. og S£åpner og lukker vekselvis. Dette innebærer at når den ene bryter er lukket er den andre åpen, og omvendt.

Tidsinnstillingen av S^- og S2~bryterlukningene og størrelsen av en referansespenning Erefstyrer det negative tilbakekoplingssignal E^ som tilføres til integratorens 10 inngang i motfase til inngangssignalet Ej_nn- Den øvre bryter S.j er koplet til referansespenningen Eref/slik at når bryte-

ren er lukket, flyter en strøm i^ gjennom en RC-krets 30 til integratorens 10 inngang. Under den neste del av syklusen,

når S.jer åpen og S2 er lukket, flyter en strøm ±2tilbake fra RC-kretsen 30 til jord, i overensstemmelse med størrelsen av tilbakekoplingsspenningen E f, på integratorinngangen.

Likespenningsnivået i kretspunktet T styres av utgangssignalet fra integratoren 10 som reagerer på forskjel-

len mellom de to inngangssignaler E^nnog E f, . Dersom for eksempel E^ er mindre enn Einn, vil kretspunktet T bli gjort mer positivt, slik at "n" vil øke. Dette vil skru bryteren S 1 på mer av tiden, og S2på mindre av tiden, inntil E^ økes

til et nivå som passer til E..

cinn

Idet "n" defineres som "på"-pulsforholdet for bryteren S 1 og "m" som "på"-pulsforholdet for bryteren S2/vil følgende relasjoner gjelde!

Det pulsforhold (engelsk: duty-cycle) som er representert ved "n", er således direkte proporsjonalt med det til-

førte inngangssignal E. , da E r er konstant.

33 3 mn rer

I utførelsen på fig. 1 benyttes de pulsede puls-

forholdssignaler "n" og "rn" svarende til E. til å styre en

3 3 inn J

andre bryterkrets som i prinsipp likner på den som er beskrevet foran. Denne andre krets omfatter brytere og som styres av pulssignaler "n" og "m" slik at det frembringes strømmer i^ og i^. Den øvre bryter S-^er koplet til en spenning E-j som representerer en variabel som skal forholdsbehand-les. Den nedre bryter er ført tilbake til jord. Bryter-strømmene i^ og i^passerer gjennom en RC-krets 32 for å frembringe en nettospenning E^på inngangen til en bufferforster-ker 34 som frembringer den samme spenning E^på sin utgang. Ved benyttelse av det samme resonnement som angitt foran, vil det innses at E^/E^= n, "på"-pulsforholdet for begge brytere

S.. og S,. Således blir E../E-, = E. /E c. Følgelig bringes

1^3 4' 3 mn ref ^ ^ ^ forholdet E^/E-j til å være direkte proporsjonalt med Ej_nnrhvilket er det generelle funksjonsformål med innretningen på fig. 1 .

I en kommersielt praktisk gjennomførlig utførelse er sammenlikneren 26 fortrinnsvis av CMOS-typen, som for eksempel de som er tilgjengelige som quad-forsterkere fra forskjellige produsenter under typenummeret 4001. CMOS-anordninger fore-trekkes på grunn av at de krever meget liten effekt. Den nøyaktige tenningsterskel for sådanne anordninger er ikke noen kalibrert verdi. I noen anordninger kan tenning inntreffe hvor som helst mellom 30 til 70% av tilførselsspenningen, slik at det virkelige tenningspunkt kan variere fra enhet til enhet. Tenningspunktet er imidlertid ganske gjentagbart over kort tid, og dette er alt som er nødvendig for å tilveiebringe den høye nøyaktighet som den foran omtalte krets kan frembringe.

Bryterne S^ - S^ er også fortrinnsvis av CMOS-typen. Forsterkeren 12 kan være av hvilken som helst konvensjonell konstruksjon, idet den hensiktsmessig tilveiebringer forholds vis høy forsterkning med stabil drift. Det kan bemerkes at nøyaktigheten av kretsen på fig. 1 ikke er avhengig av å ha et kalibrert element i den negative tilbakekoplingssløyfe hvor pulsforholdssignalet frembringes. Dette er på grunn av at tilbakekoplingsvirkningen alltid bringer pulsforholdssignalet til den verdi som frembringer et gjennomsnittlig tilbakekoplingssignal E f, som passer til inngangssignalet E^nn.

Fig. 2 viser en innretning for elektronisk uttrek-king av kvadratroten av en størrelse som er representert ved et analogformatsignal. For eksempel kan en sådan innretning benyttes sammen med kjente differensialtrykk (DP)-strømgivere som frembringer et strømningssignal som er proporsjonalt med kvadratet av strømningshastigheten. Ved å trekke ut kvatrat-roten av strømningssignalet vil det endelige utgangssignal være lineært med hensyn til s_røm.

Strømningssignalet fra en sådan differensialtrykk-giver er på fig. 2 angitt som E^nn og er koplet til den positive klemme på en op-forsterker 50 som har en tilbakekoplingskondensator 52 for å utføre integrasjon. Kretspunktet T på utgangen av forsterkeren 50 forsynes (som på fig. 1) med et opp-ned-rampesignal som frembringes ut fra utgangspulsene fra en firkantbølgegenerator 54. Likespenningsnivået av dette rampesignal styres av forsterkerutgangen.

Rampesignalet fra kretspunktet T er, også som tidligere, koplet til en sammenlikner 56 som driver en inverter 58 for å frembringe pulsforholdssignaler "m" og "n". Disse signaler aktiverer respektive brytere S^, S_ for å styre den midlere størrelse av et negativt tilbakekoplingssignal for op-forsterkeren 50. Den spenning som frembringer dette tilbakekoplingssignal, er identifisert som E. og tjener som utgangssignal fra den kvadratrotuttrekkende anordning.

Spenningen E^ frembringes ved hjelp av en buffer-forsterker 60 som har som sitt inngangssignal et middelverdisignal som er avledet fra en andre pulsforholds-bryterkrets S^, S^som likner på bryterkretsen S^, S2. Denne andre bryterkrets energiseres ved hjelp av en referansespenning Erg^, og bryterne aktiveres av pulsforholdssignalene m og n.

Idet man benytter den samme type matematisk analyse som er angitt foran med hensyn til fig. 1, kan følgende rela-

sjoner utvikles for fig. 2:

n = "på"-pulsforhold for , S 3 m = "på"-pulsforhold for $ 2'<S>4

Utgangssignalet E.. er følgelig proporsjonalt med kvadratroten av E. multiplisert med en konstant, da E £ er mn ^ ref fast i størrelse.

Fig. 3 viser et arrangement for frembringelse av et pulset pulsforholdssignal som svarer til verdien av en variabel motstand, f.eks. en temperaturfølsom motstand RT som ut-gjør en del av en kjent type temperaturgiver. Motstanden R^, er koplet i serie med en kalibreringsmotstand Rcog begge energiseres ved hjelp av en referansespenning ^ ref slik at det frembringes et temperatursignal på en utgangsledning 60. Dette signal er koplet til den ene inngang til en op-forsterker 62 som har en integrerende kondensator 64. Den andre forsterkerinngang mottar et tilbakekoplingssignal som frem bringes (på en måte som er beskrevet foran) ved hjelp av to seriekoplede brytere , S2som drives vekselvis av pulssignaler som avledes fra en sammenlikner 66 og en inverter 68 som er koplet til utgangen av forsterkeren 62.

Slik som i utførelsen på fig. 1 mottar forsterkerens 6 2 utgangskrets et trekantbølge-rampesignal fra en RC-krets 70 som er koplet til en firkantbølgegenerator 72. Slik som foran beskrevet, frembringer sammenlikneren 66 et pulset signal med et pulsforhold som er bestemt av forsterkerutgangs-kretsens likespenningsnivå i forhold til sammenliknerens tenningsterskel. Signalpulsenes ("m" og "n") pulsforhold styrer et tilbakekoplingssignal frembrakt av bryterne S^, S2som energiseres av referansespenningen Eref •

Tilbakekoplingsvirkningen tvinger pulsforholdssignalet til å svare til forsterkerinngangssignalet fra motstandsnettverket RT, R^,. Dette inngangssignal representerer på sin side motstandens RT temperatur. Da E f energiserer både motstandsnettverket og bryterne S^, S2/påvirker eventuelle endringer i verdien av Erefbåde inngangssignalet og tilbakekoplingssignalet på samme måte. Sådanne endringer i ^ ref vil således ikke påvirke pulsforholds-utgangssignalet.

Selv om utførelsene ifølge fig. 1-3 som er beskrevet foran, alle benytter to brytere S^, til å frembringe et tilbakekoplingssignal, er det ved visse anvendelser mulig å benytte en tilbakekoplingskrets som har bare én eneste bryter. Idet det nå henvises til fig. 4, omfatter kretsen én eneste bryter S^som drives av en sammenlikner 80 som styres på samme måte som sammenlikneren på fig. 1. Når bryteren koples på, flyter strøm fra referansespenningskilden Erefvia en motstand R^til et summasjonsknutepunkt for op-forsterkeren 82. Summasjonsknutepunktet mottar også strøm fra en presisjonsstrøm-kilde 84 som er vist å være variabel for å angi at den tilveiebringer inngangssignalet for anordningen. Tilbakekoplingsvirkningen av den krets som inneholder bryteren S^, frembringer en strømbalanse på forsterkerinngangen, slik at pulsforholdssignalet fra sammenlikneren 80 vil svare til inngangs-strømmen.

Pulsforholdssignalet fra sammenlikneren 80 kan til-føres til en mottakende krets, såsom den som er generelt vist ved 86 og omfatter en andre bryter S som er lik bryteren S-. Bryteren S K er koplet til en belastningsmotstand R Li, og den resulterende seriekrets energiseres ved hjelp av en spenning E2. Mottakerbryteren SR åpner og lukker i synkronisme med bryteren , og endringer i den midlere strøm gjennom belastning smotstanden R Li vil følge endringer i den midlere strøm gjennom motstanden R^. Sett fra en annen synsvinkel vil endringer i den tilsynelatende motstand av R^, som følge av endringer i pulsforhold for det pulsede tilbakekoplingssignal, bli matchet ved hjelp av tilsvarende endringer i den tilsynelatende motstand av R Li. Sådan motstands-sporing er en egenskap som er av vesentlig nytte i visse instrumentkonstruk-sjoner.

Alternative inngangskretser for forsterkeren 82 kan, om det ønskes, omfarte tilføyelse av en shunt- eller paral-lellmotstand Rg (ikke vist). Med dette arrangement vil anord-ningens kalibreringsfaktor bli relatert til R^ og Rg i stedet for den absolutte motstandsverdi av R^.

En kretsanordning i overensstemmelse med oppfinnelsen tilveiebringer vesentlige fordeler for benyttelse sammen med magnetiske likespennings-strømmålere. Sådanne strømmålere tilveiebringer et likespennings-strømningssignal som er proporsjonalt med fluidumets strømningshastighet og med den magnetiske flukstetthet i strømningsledningen. Fluksen er proporsjonal med feltstrømmen, slik at en eventuell endring i denne strøm vil frembringe en tilsvarende endring i strøm-ningssignalet. Den foreliggende oppfinnelse kan benyttes til å tilveiebringe et utgangspulssignal som er automatisk kompensert for endringer i feltstrøm.

Idet det nå henvises til fig. 5, koples strømnings-signalet M fra en magnetisk likespennings-strømmåler via en motstand R^til den ene inngang til en op-forsterker 90 som har en integrerende kondensator Cj. Forsterkerutgangen er koplet til en sammenlikner 94 som driver en konvensjonell pulsutstrekkende krets 96. Når sammenliknerens inngang faller under dens tenningsterskel, aktiveres den pulsutstrekkende krets for å frembringe en logisk lav puls "g" med en fast lengde, f.eks. 125 us. Ved slutten av denne periode går pulsen q til høy verdi inntil sammenlikneren tenner på nytt.

Mens pulsen q er høy, lukker den to brytere S cl . S, D for å tilkople en forholdsvis liten kondensator C2til en spenningskilde E f med en størrelse som er proporsjonal med den magnetiske strømmålers feltstrøm. Under denne periode opplades kondensatoren Cjtil spenningen E^. Når pulsen q senere går til lav verdi for å åpne bryterne Sa, S^, går den komplementære puls q til høy verdi.for å lukke to brytere Sc, S, for å kople kondensatoren C. til forsterkerinngangen.

Denne tilkopling plasserer kondensatorens C2negative klemme på f orsterkerinngangen og frembringer en strøm i^ fra summasjonsknutepunktet (se fig. 6), slik at det trekkes strøm fra integratorkondensatoren Cjog forsterkerens utgangs-spenning e2drives opp. Forsterkerens inngangsspenning e^endres ikke vesentlig som følge av tilstedeværelsen av en forholdsvis stor kondensator C^. Slik det fremgår av fig. 6, har strømmen i^ returnert til null ved slutten av pulsen på 125 us, og strømmen i^inn i den integrerende kondensator er igjen lik inngangsstrømmen i2(som på sin side er lik M/R^).

Når strømmen i^inn i integratorkondensatoren C. passerer gjennom null, vil forsterkerutgangen i2oppnå sin toppverdi og begynne å falle. Som vist på fig. 6, blir spen-ningsnedgangen et rampesignal som går tilbake mot null. Den tid som er nødvendig for å nå frem til null, er bestemt av (1) den ladningsmengde som tidligere er blitt lagret på den lille kondensator C2(idet ladningen er proporsjonal med spenningen E^og således proporsjonal med den magnetiske strøm-målers feltstrøm), og av (2) størrelsen av e2(som er proporsjonal med strømmålerens utgangssignal M).

Det vil innses at utgangssignalet fra kretsen er et periodisk pulssignal (q eller q) med en periode som omfatter et første parti med fast varighet (f.eks. 125 us) og et andre parti (den tid det tar for e2å falle til null) med en variabel varighet som er bestemt både av fluidumets strømningshas-tighet og feltstrømmen. Utgangssignalets frekvens "f" vil være det inverse av denne sykliske periode. Det kan lett vises at frekvensen "f" er proporsjonal med M/E^. Da strøm-målerens feltstrøm er en faktor i både M og E^, vil frekvens-utgangssignalet automatisk bli kompensert for endringer i feltstrøm.

Utførelsen på fig. 5 er særlig fordelaktig for benyttelse sammen med en magnetisk strømmåler på grunn av at det pulsede utgangssignals frekvens "f" er proporsjonal med strømningshastigheten, og utgangspulsene kan derfor benyttes til å drive en totalisator eller summerer som gir et mål på den totale mengde fluidum som har strømmet gjennom måleren over en valgt tidsperiode. Fig. 7 viser en forskjellig ut-gangssignalkrets for benyttelse sammen med en magnetisk strøm-måler og som tilveiebringer et pulset pulsforholds-utgangssignal som er ledningsmessig isolert fra strømmåleren.

I utførelsen ifølge fig. 7 er strømmålersignalet M<1>og den feltfølsomme spenning E f koplet sammen via et motstandsnettverk 100 til en inngangsklemme 102 på en op-forsterker 104 som har en integrerende kondensator 106. Forsterkerens inngangsspenning, som er betegnet e^, er symbolsk representert som M+aEj, hvor M er den signalkomponent som svarer til strøm-ningssignalet M<1>og "a" er en faktor som er bestemt av nett-verkets 100 konstruksjon. Slik som i utførelsen på fig. 1 mottar forsterkerens 104 utgangskrets et trekantbølge-rampesignal som avledes fra en firkantbølgegenerator 108. Rampesignalet styrer tenningen av en sammenlikner 110 i overensstemmelse med forsterkerutgangens likespenningsnivå.

Sammenlikneren 110 frembringer pulsforholds-pulser "n" som tilføres til primærviklingen 112 i en transformator som er generelt betegnet med 114. En sekundærvikling 116 avgir en tilsvarende puls til en CMOS-bryter 118 som driver tre andre CMOS-brytere 120, 122, 124. De sistnevnte to brytere 122, 124 er koplet i serie og drives vekselvis for via en RC-krets 126 å frembringe et middelverdisignal som avledes fra den feltfølsomme spenning E^. Dette middelverdisignal, som er betegnet e2, er koplet til den nedre inngangsklemme 128 på forsterkeren 104.

Slik man vil forstå ut fra den foregående beskrivelse, styres den proporsjonerte eller avpassede lengde av pulsforholdspulsen "n" ved hjelp av negativ tilbakekoplingsvirkning, slik at den vil ha en verdi som er bestemt av strøm-ningssignalet M og av den feltfølsomme spenning Ef. Da den midlere strøm i RC-kretsen 126 er null, kan det nærmere bestemt lettvint vises at:

Pulsforholdssignalet "n" omformes til et isolert strømformat-utgangssignal som f.eks. varierer fra 4 mA til 20 mA i full skala. For dette formål omfatter transformatoren 114

en annen sekundærvikling 130 som passer til sekundærviklingen 116 og avgir transformatorpulsen til en forsterkerkrets som er generelt vist ved 132. Pulsutgangssignalet fra denne krets driver en pulsforhold-til-strøm-omformer 134 som kan være av konvensjonell konstruksjon og innrettet til å frembringe den ønskede utgangsstrøm I . Denne utgangsstrøm har fortrinnsvis et "strømførende nullpunkt" (f.eks. 4 mA) som er bestemt av den konstante faktor "a" som. er konstruert inn i nettverket 100. Tilbakekoplingsvirkningen av bryterne 122, 124 vil således frembringe et forutbestemt pulsforholdssignal (nQ) for null strømningshastighet, og dette signal nQ frembringer på i. sin side den ønskede utgangsstrøm med "strømførende nullpunkt".

Selv om flere foretrukne utførelser av oppfinnelsen er blitt vist og beskrevet foran, er det underforstått at dette er for det formål å illustrere oppfinnelsen, og ikke må tolkes som noen begrensning av oppfinnelsens ramme, da det er åpenbart at mange endringer kan gjøres av fagfolk på området mens de fremdeles praktiserer den foreliggende oppfinnelse.

Claims (38)

1. Innretning for omforming av et analogformatsignal til et tilsvarende pulssignal i et industrielt prosessinstru-menteringssystem hvor elektriske analogformatsignaler frembringes som reaksjon på prosesstilstander eller liknende, karakterisert ved at den omfatter en signalomvandlingsanordning med en inngangskrets og en utgangskrets, en anordning for kopling av et analogformatinngangs-signal til signalomvandlingsanordningen, en sammenlikner som er koplet til signalomvandlingsanordningens utgangskrets og reagerer på utgangskretssignalet, en kretsanordning som er koplet til signalomvandlingsanordningen for i utgangskretsen å frembringe et periodisk, rampeliknende signal som forårsaker periodisk tenning av sammenlikneren og frembringer pulser med en karakteristikk som styres av utgangskretssignalet, og en negativ tilbakekoplingsanordning som reagerer på de nevnte pulser for å frembringe et tilbakekoplingssignal med en størrelse som svarer til den nevnte pulskarakteristikk, idet tilbakekoplingssignalet motsetter seg analogformatinn-gangssignalet for å styre utgangskretssignalet for å sørge for at pulskarakteristikken svarer til størrelsen av analogformat-inngangssignalet.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den negative tilbakekoplingsanordning omfatter en bryteranordning som kan påvirkes av de nevnte pulser.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at kretsanordningen omfatter en rampesignalkrets som er koplet til signalomvandlingsanordningens utgang og frembringer en rekke opp-ned-rampesignaler, idet sammenlikner-anordningen frembringer et pulset pulsforholdssignal som svarer til de tidsintervaller da rampesignalet har en forutbestemt polaritet i forhold til sammenlikneranordningens tenningsterskel slik den er bestemt av signalomvandlingsanordningens likespenningsutgangsnivå.

4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at tilbakekoplingsanordningen omfatter to brytere som er innrettet til å påvirkes vekselvis av pulsforholdssignalet for å frembringe et middelverdisignal av analogt format på inngangen til signalomvandlingsanordningen, idet middelverdisignalet er koplet til signalomvandlingsanordningens inngang i motfase til det nevnte inngangssignal.

5. Innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at signalomvandlingsanordningen omfatter en integrator.

6. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at signalomvandlingsanordningen omfatter en forsterker med en tilbakekoplingskondensatoranordning for til-veiebringelse av integrasjon, en andre kondensatoranordning og en spenningskilde, idet bryteranordningen er innrettet til å tilkople den andre kondensatoranordning til spenningskilden i en første del av en driftssyklus for å lade opp den andre kondensatoranordning, og i en andre del av syklusen er innrettet til å tilkople den oppladede kondensatoranordning til forsterkerens inngang for å endre ladningen på tilbakekoplings-kondensatoranordningen i overensstemmelse med den ladningsmengde som er plassert på den andre kondensatoranordning ved hjelp av spenningskilden, slik at forsterkerens utgang vil bli endret på en rampeliknende måte i én retning i én del av syklusen og i den andre retning i den andre del av syklusen.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at den omfatter en pulsutstrekkende anordning som er koplet til sammenliknerens utgang for å frembringe en puls med fast lengde når sammenlikneren tenner, idet pulsen med fast lengde tjener til å påvirke bryteranordningen for å tilkople den andre kondensatoranordning til forsterkerinngangen og bringe forsterkerutgangen til å variere i retning bort fra sammenliknerens tenningsterskel under den første del av syklusen, idet forsterkerutgangen deretter på rampeliknende måte går tilbake til tenningsterskelen for å bevirke den neste tenning av sammenlikneren under den andre del av syklusen.

8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at spenningskildens spenning representerer en variabel størrelse, slik at den pulsfrekvens som frembringes av innretningen, gjenspeiler inngangssignalet dividert med den variable størrelse.

9. Innretning for omforming av et analogformatsignal til et tilsvarende pulset signal i et industrielt prosess-instrumenteringssystem hvor elektriske analogformatsignaler frembringes som reaksjon på prosesstilstander eller liknende, karakterisert ved at den omfatter en signalomvandlingsanordning med en inngangskrets og en utgangskrets, en anordning for å kople et analogformat-inngangssignal til signalomvandlingsanordningen, en kretsanordning som er koplet til signalomvandlingsanordningen for på dennes utgang å frembringe et rampesignal som styres av signalomvandlingsanordningen, en sammenlikneranordning som er koplet til den nevnte utgangskrets for å frembringe et pulssignal som identi-fiserer de tidsintervaller da rampesignalet oppnår sammenlikneranordningens tenningsterskel, en kretsanordning for omforming av pulssignalet til et tilsvarende tilbakekoplingssignal med en middelverdi som er bestemt av en egenskap ved pulssignalet som er styrt av signalomvandlingsanordningen, idet tilbakekoplingssignalet motvirker inngangssignalet, idet signalomvandlingsanordningens utgang styrer den nevnte pulsegenskap for å sørge for balanse mellom tilbakekoplingssignalet og inngangssignalet, slik at pulsegenskapen svarer til inngangssignalet, og en utgangsanordning for frembringelse av et utgangssignal som svarer til det nevnte pulssignal.

10. Innretning for omforming av et analogformatsignal til et tilsvarende pulsforholdssignal, karakterisert ved at den omfatter en signalomvandlingsanordning med en inngang og en utgang, en anordning for kopling av et analogformat-inngangssignal til signalomvandlingsanordningen, en opp-ned-rampesignalkrets som er koplet til signalomvandlingsanordningens utgang med rampesignalets likespenningsnivå styrt av signalomvandlingsanordningens utgangssignal, en sammenlikneranordning som er koplet til rampe-signalkretsen for å frembringe et pulset pulsforhold som svarer til de tidsintervaller da rampesignalet har en forutbestemt polaritet i forhold til sammenlikneranordningens tenningsterskel , en kretsanordning for omforming av pulsforholdssignalet til et tilsvarende middelverdisignal av analogt format, en anordning som kopler middelverdisignalet til signalomvandlingsanordningens inngang i motfase til inngangssignalet, idet signalomvandlingsanordningen tjener til å inn-stille det nevnte likespenningsnivå i overensstemmelse med forskjellen mellom middelverdisignalet og inngangssignalet, slik at pulsforholdssignalet styres tilsvarende, og en utgangsanordning for frembringelse av et utgangssignal som svarer til pulsforholdet.

11. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at signalomvandlingsanordningen omfatter en forsterker .

12. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at signalomvandlingsanordningen omfatter en integrator.

13. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at kretsanordningen omfatter en bryter som påvirkes av det pulsede pulsforholdssignal og er innkoplet mellom en referansespenning og signalomvandlingsanordningens inngang.

14. Innretning ifølge krav 13, karakterisert ved at den omfatter en andre bryter som er innrettet til å påvirkes vekselvis med den første bryter og forbinder signalomvandlingsanordningens inngang med en felles klemme.

15. Innretning ifølge krav 14, karakterisert ved at signalomvandlingsanordningens inngang omfatter en seriemotstand og en parallellkondensator for å frembringe middelverdisignalet ut fra påvirkningen av de nevnte brytere.

16. Innretning ifølge krav 13, karakterisert ved at den omfatter en andre bryter som er innrettet til å påvirkes i synkronisme med den første bryter, slik at begge brytere lukker i den samme tidsvarighet og åpner i den samme tidsvarighet, en spenningskilde som er koplet til en inngangsklemme på den andre bryter, og en belastning som er koplet til en utgangsklemme på den andre bryter for å motta strøm som frembringes av den andre spenningskilde.

17. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at belastningen omfatter en signalgenererende krets for frembringelse av et analogformatsignal som reaksjon på middelverdien av det pulsede pulsforholdssignal.

18. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at den omfatter en første motstand som er belig-gende i inngangen til signalomvandlingsanordningen og som er koplet til den første bryter for å motta pulset strøm som frembringes av den nevnte referansespenning, idet belastningen omfatter en andre motstand og idet størrelsen av den andre motstands effektive motstandsverdi følger den første motstands effektive motstandsverdi som et resultat av den synkroniserte drift av de to brytere.

19. Innretning ifølge krav 16, karakterisert ved at den omfatter en tredje bryter som er innrettet til å påvirkes vekselvis med den første bryter og forbinder signalomvandlingsanordningens inngang med et referansepotensial under bryterens på-tider, og en fjerde bryter som er innrettet til å påvirkes vekselvis med den andre bryter og forbinder den nevnte belastning med et referansepotensial under bryterens på-tider .

20. Innretning ifølge krav 19, karakterisert ved at belastningen omfatter en signalgenererende krets for frembringelse av et analogformatsignal som er føl-somt for den midlere verdi av det pulsede pulsforholdssignal.

21. Innretning ifølge krav 20, karakterisert ved at den signalgenererende krets omfatter en lav-passfilterkrets for frembringelse av et middelverdisignal, og en forsterker som er koplet til lavpassfilterkretsen for å frembringe et tilsvarende utgangssignal.

22. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at den omfatter en andre signalomvandlingsanordning , en andre kretsanordning for omforming av pulsforholdssignalet til et andre, tilsvarende middelverdisignal av analogt format, og en anordning som kopler det andre middelverdisignal som inngangssignal til den første kretsanordning for å sørge for at det første, tilsvarende middelverdisignal er proporsjonalt med produktet av pulsforholdssignalet og det andre middelverdisignal, slik at det andre middelverdisignal er proporsjonalt med kvadratroten av det første analogformatsignal.

23. Innretning ifølge krav 22, karakterisert ved at både den første og den andre kretsanordning omfatter en bryteranordning soiu styres av pulsforholdssignalets pulser.

24. Innretning ifølge krav 23, karakterisert ved at både den første og den andre kretsanordning omfatter referansesignaler som er koplet til bryteranordningene.

25. Innretning ifølge krav 24, karakterisert ved at referansesignalet for den andre kretsanordning er fast i størrelse, idet det andre middelverdisignal tjener som referansesignal for den første kretsanordning.

26. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at den omfatter et motstandsnettverk som inneholder en temperaturfølsom motstand for frembringelse av analogformat-inngangssignalet.

27. Innretning ifølge krav 26, karakterisert ved at den omfatter en fast referansespenning som er koplet til det nevnte nettverk for å frembringe inngangssignalet.

28. Innretning ifølge krav 27, karakterisert ved at kretsanordningen er følsom for referansespenningen for å sørge for at endringer i middelverdisignalet og inngangssignalet på grunn av endringer i referansespenningen vil ha en tendens til å oppheve hverandre.

29. Innretning ifølge krav 28, karakterisert ved at kretsanordningen omfatter to brytere som er innrettet til å påvirkes vekselvis av pulsforholdssignalet.

30. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at kretsanordningen omfatter én eneste på-av-bryter som er innrettet til å påvirkes av pulsforholdssignalet.

31. Innretning ifølge krav 30, karakterisert ved at den omfatter en strømkilde som er koplet til signalomvandlingsanordningens inngang for å tjene som det nevnte analogformatsignal.

32. Innretning ifølge krav 31, karakterisert ved at den omfatter en referansespenning som er koplet til en klemme på den nevnte bryter for å forårsake strøm gjennom denne når bryteren er på, og en motstand som er innkoplet mellom den andre bryterklemme og en inngangsklemme på signalomvandlingsanordningen.

33.. Innretning ifølge krav 32, karakterisert ved at signalomvandlingsanordningen omfatter en forsterker med en negativ tilbakekoplingsanordning for å opprett-holde inngangsklemmen på et referansepotensial.

34. Innretning ifølge krav 33, karakterisert ved at den omfatter en andre bryter som påvirkes i synkronisme med den første bryter, en andre referansespenning som er koplet til én klemme på den andre bryter, og en andre motstand som er innkoplet mellom den andre bryters andre klemme og et referansepotensial, slik at den andre motstands effektive motstandsverdi vil følge den første motstands effektive motstandsverdi.

35. Innretning ifølge krav 10, hvor analogformatsignalet er en strøm som frembringes av en magnetisk strø mmåler, karakterisert ved at den omfatter en referansespenning som er koplet til kretsanordningen for å frembringe middelverdisignalet i overensstemmelse med verdien av referansespenningen, idet referansespenningen varierer i overensstemmelse med den magnetiske strømmålers feltstrøm og kompen-serer pulsforholdssignalet for endringer i feltstrøm i strøm-måleren.

36. Innretning ifølge krav 35, karakterisert ved at kretsanordningen omfatter en bryteranordning som er innrettet til å påvirkes av pulsforholdssignalets pul^ ser.

37. Innretning ifølge krav 36, karakterisert ved at den omfatter en første transformatoranordning som kopler pulssignalet til bryteranordningen, en pulsforhold-til-strøm-omformer og en andre transformatoranordning som kopler pulsforholdssignalet til omformeren for å frembringe et strømformat-utgangssignal.

38. Innretning ifølge krav 37, karakterisert ved at de første og andre transformatoranordninger er innbyrdes tilpasset.