CH657457A5 - Pruefeinrichtung zur bestimmung von schwingungseigenschaften mindestens eines messwertaufnehmers. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften mindestens eines Messwertaufnehmers mit piezoelektrischen Messelementen, mit einem am vorhandenen Ableitanschluss des zu prüfenden Messwertaufnehmers anschliessbaren Wechselspannungsgenerator zur Erregung mechanischer Schwingungen des Mess-ëlementes über den inversen piezoelektrischen Effekt, und einem Messsystem zur Messung und Auswertung dieser Schwingungen.

Zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von piezoelektrischen Messwertaufnehmern, welche üblicherweise zur Umsetzung von Zustandsänderungen mechanischer Art wie etwa Druckänderungen, Beschleunigungen oder dgl. in elektrische Signale dienen, sind mehrere Methoden bzw. Prüfeinrichtungen bekannt. Im einfachsten Fall wird eine mechanische Stossanregung der piezoelektrischen Messelemente durch den Aufprall einer Kugel dazu benutzt, um die Messelemente zu schwach gedämpften Schwingungen anzuregen, die an einem am vorhandenen Ableitanschluss des zu prüfenden Messwertaufnehmers angeschlossenen Speicheroszillographen ausgezählt werden. Diese bekannte Methode hat den entscheidenden Nachteil, dass durch die mechanische Stossanregung nur eine gedämpfte Schwingung in einer Eigenfrequenz der jeweiligen Messelemente angeregt werden kann und damit eine umfassende Aussage über das Schwingungsverhalten des Messwertaufnehmers nicht möglich ist.

Weitere bekannte Prüfeinrichtungen zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von pieozoelektrischen Messwertaufnehmern funktionieren auf ähnliche Weise über eine Anregung der piezoelektrischen Messelemente durch Stoss-wellen — beispielsweise erzeugt durch ein Stosswellenrohr — oder durch pneumatisch oder hydraulisch erzeugte Drucksprünge, wobei in diesen Fällen ebenfalls das über den piezoelektrischen Effekt erhaltene Antwortsignal ausgewertet wird. Diese Methoden bzw. Prüfeinrichtungen werden heute hauptsächlich für instationäre Messungen, wie etwa in der Ballistik, herangezogen, ergeben jedoch aufgrund der begrenzten Anregungsmöglichkeiten kein vollständiges Bild der Schwingungseigenschaften der geprüften Messwertaufnehmer.

Weiters sind Messanordnungen bekannt, die über elektrodynamische Schwingsysteme sinusförmige Schwingamplituden erzeugen, wobei die auf den zu prüfenden Messwertaufnehmer beispielsweise auf einen sogenannten Rütteltisch übertragenen Schwingungen über ein Mess- und Regelsy-

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stem auf konstante Werte eingeregelt werden. Diese Prüfung wird hauptsächlich zur Vermessung von Accelerometern mit niedriger Eigenfrequenz herangezogen, da mit den elektrodynamischen Schwingsystemen nur ein kleiner Frequenzbereich bis einige kHz überstrichen werden kann und auch sehr aufwendige Messapparaturen erforderlich sind. Schliesslich ist es auch bekannt, die piezoelektrischen Messelemente eines Messwertaufnehmers über den inversen pieozoelektri-schen Effekt zu mechanischen Schwingungen anzuregen und diese Schwingungen sodann über einen in der Prüfeinrichtung ausserhalb des zu prüfenden Messwertaufnehmers angeordneten Kondensator, dessen eine Elektrode unmittelbar mit den zu den Schwingungen angeregten Messelementen in Verbindung steht, auszuwerten. Bei piezoelektrischen Druckaufnehmern, deren Messelemente unmittelbar mit einer vom zu messenden Druck beaufschlagbaren Membrane in Verbindung stehen, wird dabei üblicherweise diese Membrane unmittelbar als eine Elektrode des Auswertekondensators verwendet. Eine ähnliche bekannte Prüfeinrichtung basiert darauf, dass die piezoelektrischen Messelemente des Messwertaufnehmers direkt über die elektrostatische Anziehung, die zwischen einer äusseren Elektrode und der Membran des Messwertaufnehmers bei Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht, zu Schwingungen angeregt werden. Da diese elektrostatischen Anziehungskräfte extrem klein sind ergeben sich auch sehr kleine auszuwertende piezoelektrische Signale, weshalb diese Methode nur für Messwertaufnehmer mit einer hohen Kraft- bzw. Druckempfindlichkeit zur Prüfung ausreichend ist. Abgesehen davon haben die beiden zuletzt genannten bekannten Methoden bzw. Einrichtungen den gravierenden Nachteil, dass die zu prüfenden Messwertaufnehmer in eine sehr stabile Apparatur eingespannt werden müssen, damit eine planparallele Justierung der zusätzlichen äusseren Elektrode mit grosser Genauigkeit möglich ist. Der Messwertaufnehmer selbst bzw. seine Membrane muss weiters hochpräzise poliert werden um das Anlegen der erforderlichen hohen Gleich- bzw. Wechselspannungen zu ermöglichen.

Allen der genannten Einrichtungen gemeinsam ist der Nachteil, dass der Messwertaufnehmer zum Zwecke der Prüfung seiner Schwingungseigenschaften nicht in der Anordnung belassen werden kann, in welcher er üblicherweise im normalen Messbetrieb eingesetzt ist. Damit ist es nicht möglich die Auswirkungen der bei jeder Messaufgabe in unterschiedlichem Masse auftretenden Umgebungseinflüsse auf den Messwertaufnehmer zu berücksichtigen, welche z. B. darin bestehen können, dass der Messwertaufnehmer bzw. sein Gehäuse im etwa in eine Indizierbohrung in der Wand eines Druckraumes eingeschraubten Zustand wechselnden mechanischen oder thermischen Belastungen unterworfen ist, welche sich in ungünstigen Fällen auch unmittelbar beispielsweise auf die Vorspannung der Messelemente selbst oder auf andere die Schwingungseigenschaften beeinflussende Grössen auswirken können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass es möglich ist, ausschliesslich über die beim jeweiligen Messwertaufnehmer für die Ladungsabteilung im normalen Messbetrieb vorgesehenen Ableitanschlüsse die Schwingungseigenschaften des Messwertaufnehmers zu prüfen, auch wenn dieser am Orte seiner normalen Verwendung zur Aufnahme von Messwerten angeordnet ist.

Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass das Messsystem eine Subtraktionseinheit umfasst, an deren einem Eingang das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators liegt und deren anderer Eingang mit dem Ableitanschluss des Messwertaufnehmers verbindbar ist, und dass weiters eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche mit

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dem Ausgang der Subtraktionseinheit verbunden ist und das als Differenz aus dem Antwortsignal des Messwertaufnehmers und einem dem Anregungssignal proportionalen Signal gewonnene Messsignal anzeigt bzw. weiterverarbeitet. Die über den an den normalen Ableitanschlüssen des Messwertaufnehmers angeschlossenen Wechselspannungsgenerator erregten mechanischen Schwingungen im Messelement führen ihrerseits über den normalen piezoelektrischen Effekt zu einem Antwortsignal, welches allerdings noch mit Teilen des Anregungssignals vermischt ist. Über die Subtraktionseinheit ist es nun möglich, den vom Anregungssignal stammenden Anteil des Antwortsignals von diesem abzuziehen, wodurch unmittelbar das die Schwingungseigenschaften des geprüften Messwertaufnehmers kennzeichnende Messsignal als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators erhalten wird. Die angeschlossene Auswerteeinrichtung kann nun beispielsweise dazu dienen, dieses Messsignal über in der Elektronik übliche Gleichrichtungsschaltungen in ein amplitudenproportionales Gleichspannungssignal umzusetzen und etwa zusätzlich auch die Phasenlage dieses Messsignals in Bezug auf das Anregungssignal über Phasenmessschaltun-gen zu bestimmen. Diese das Messsignal in eindeutiger Weise bestimmenden Werte können sodann beispielsweise analog oder digital angezeigt, auf einem Schreibern ausgeschrieben, oder in einem Speicher zur Weiterverarbeitung abgespeichert werden. Mit der erfindungsgemässen Prüfeinrichtung ist es also auch möglich einen beispielsweise in eine Indizierbohrung einer Druckraumbegrenzung eingesetzten Messwertaufnehmer lediglich durch Verbinden von dessen vorhandenen Ableitanschlüssen mit dem elektrischen Messsystem im Bezug auf seine Schwingungseigenschaften zu untersuchen. Damit sind sämtliche im Normaleinsatz des Messwertaufnehmers dessen Funktion und insbesonders Schwingungseigenschaften beeinflussenden Umgebungseinflüsse bei der Bestimmung der Schwingungseigenschaften mit der erfindungsgemässen Prüfeinrichtung direkt mitbe-rücksichtigbar, was eine sehr praxisnahe Prüfung erlaubt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messsystem zusätzlich einen eigenen Spannungsteiler beinhaltet, dass der Messwertaufnehmer im angeschlossenen Zustand einen Teil dieses Spannungsteilers bildet und dass das Antwortsignal des Messwertaufnehmers bei Anregung über den Wechselspannungsgenerator an dem anderen bzw. einem der anderen Teile des Spannungsteilers abgenommen wird. Über diesen Spannungsteiler können die phasendrehenden Glieder des Messsystems, wie Kabelkapazitäten, Eingangskapazitäten der Subtraktionseinheit, Streukapazitäten im Messwertaufnehmer sowie die Kapazität der Messelemente selbst kompensiert werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Spannungsteiler ein einstellbares Glied aufweist, über welches auch die unterschiedlichen Eigenschaften von verschiedenen Messwertaufnehmern bzw. Messwertauf-nahmesystemen berücksichtigt werden können.

Bei einer Prüfeinrichtung, bei welcher eine Ableitelektrode des zu prüfenden Messweraufnehmers an der Gehäusemasse liegt, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zu prüfende Messwertaufnehmer im erdsei-tigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilernetzwerkes liegt. Durch den vorzugsweise mit phasendrehenden Widerständen oder einer Kombination von phasendrehenden und ohmschen Widerständen versehenen Spannungsteiler ist also in diesem Falle eine Impedanzschaltung gebildet. Der zu prüfende Messwertaufnehmer kann bei dieser Impedanzschaltung in jede geerdete Prüfeinrichtung ohne weitere Vorkehrungen eingebaut werden. Dies ist besonders vorteilhaft für piezoelektrische Messwertaufnehmer mit einem La3

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dungsaufnahmekontakt, bei dem eine Elektrode des Messelementes mit dem Gehäuse des Messwertaufnehmers leitend verbunden ist.

Sofern der zu prüfende Messwertaufnehmer einen zweipoligen Ableitanschluss aufweist ist die Prüfeinrichtung in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung so aufgebaut,

dass der Messwertaufnehmer im spannungsseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilers liegt, wodurch eine sogenannte Admittanzschaltung gebildet ist, bei welcher die Kabelkapazitäten einen kapazitiven Widerstand gegen die Erde bilden und dem Widerstand des erdseitigen Teiles zuzurechnen sind, sodass nur Kapazitäten und Innenwiderstände des Messwertaufnehmers zu der elektrischen Rückwirkung beitragen. Da die Kabelkapazitäten bei kurzen Messkabeln in der Grössenordnung der Kapazität des Messwertaufnehmers liegen, bildet der Innenwiderstand und die Kapazität des Einganges der Subtraktionseinheit gegen Erde die Beschränkung der Messempfindlichkeit. Da beispielsweise bei Feldeffekttransistoren die Eingangswiderstände in der Grössenordnung von 1014 Ohm und die Eingangskapazitäten bei 30 p F liegen, können damit sehr empfindliche Prüfeinrichtungen auch für extrem kleine piezoelektrische Messelemente bzw. Messwertaufnehmer gebaut werden.

Es besteht jedoch auch bei Messwertaufnehmern mit nur einem Ladungsabnahmekontakt die Möglichkeit sie in einer derartigen Admittanzschaltung zu prüfen. Zu diesem Zweck wird das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators an das Gehäuse des Messwertaufnehmers angelegt und das Antwortsignal am Ladungsabnahmekontakt abgenommen, wobei jedoch ein Kompensationswiderstand angeschlossen sein muss.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Subtraktionseinheit einen Differenzverstärker oder einen Operationsverstärker mit Differenzverstärkereingang beinhaltet. Am Ausgang dieses Verstärkers wird unmittelbar die elektrische Rückwirkung des piezoelektrischen Messelementes als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssignal erhalten, soferne die noch vorhandenen Teile des Anregungssignals sauber vom Antwortsignal getrennt sind, wozu insbesondere eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung dieses Verstärkers beiträgt.

Im Messsystem ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein weiterer abgleichbarer Spannungsteiler vorgesehen, der mit der Subtraktionseinheit verbunden ist und eine Subtraktionsspannung liefert, mit welcher die aufgrund der Parallelwiderstände des zu prüfenden Messwertaufnehmers bzw. des Anschlusskabels auftretende elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert ist. Das eigentliche Messsignal, also die elektrische Rückwirkung des Messwertaufnehmers muss aus dem Antwortsignal derart rekonstruiert werden, dass diejenigen Anteile des Anregungssignals, die durch Parallelwiderstände im Messwertaufnehmer oder im Zuleitungskabel auftreten, vom Antwortsignal wieder abgezogen werden. Diese Parallelwiderstände können bei Frequenzen des Anregungssignals, die keine Resonanzen des Messwertaufnehmers bzw. Messwertaufnahmesystems anregen ausgemessen und der Anteil des Anregungssignals im Antwortsignal auf diese Weise rechnerisch ermittelt werden. Ein Feinabgleich dieser Parallelwiderstände kann beispielsweise auch durch Einstellung der Phasenlage des Antwortsignals auf Null oder auf kleine negative Werte bzw. durch einen Abgleich dieses weiteren Spannungsteilers auf die Symmetrie einer Resonanzkurve im Antwortsignal erfolgen. Weiters kann beispielsweise auch der Verlauf der Phase des Messignals wenn der weitere Spannungsteiler nicht richtig abgestimmt ist als Messgrösse ausgewertet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der die Subtraktionsspannung liefernde weitere Spannungsteiler grob auf eine jeweils zu prüfende Serie von gleichartigen Messwertaufnehmern abgleichbar ist, dass sowohl das Anregungssignal als auch das Antwortsignal mittels eines Analog-Digital-Konverters digitalisiert werden und dass die Fein-Kompensation der Rückwirkung des Anregungssignals über digitale Signalverarbeitung erfolgt. Durch die damit zumindest teilweise erfolgende analoge Subtraktion der abzuziehenden Teile des Anregungssignals ist ein Grobabgleich der Prüfeinrichtung auf die Art der jeweils zu prüfenden Mess wertaufnehmer möglich, wodurch die Verwendung von Analog-Digital-Konvertern mit geringer Bitauflösung für den Feinabgleich möglich ist. Dieser Feinabgleich kann sodann über digitale Signalverarbeitung erfolgen.

Die Subtraktionseinheit kann in Weiterbildung der Erfindung auch von einer Messbrückenschaltung gebildet sein, wobei der zu prüfende Messwertaufnehmer in einen Zweig dieser Messbrückenschaltung und ein gleichartiger Messwertaufnehmer in einen anderen Zweig so einschaltbar sind, dass sich die elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert, wobei weiters die Umgebungsbedingungen des zu prüfenden Messwertaufnehmers zur Simulierung von verschiedenen Anwendungsbedingungen veränderbar sind. Diese Anordnung ermöglicht es auf sehr einfache Weise das Schwingungsverhalten eines zu prüfenden Messwertaufnehmers in Abhängigkeit von wechselnden äusseren Einflüssen wie beispielsweise Druck oder Temperatur oder dgl., zu bestimmen. Da sich die Umgebungsbedingungen für den zweiten, gleichartigen Messwertaufnehmer in der Messbrückenschaltung nicht ändern, wird das erhaltene Messsignal tatsächlich für die Änderung der Schwingungseigenschaften aufgrund der jeweils geänderten Umgebungsbedingungen für den zu prüfenden Messwertaufnehmer signifikant sein.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der für die Messung mit dem zu prüfenden Messwertaufnehmer im normalen Messbetrieb üblicherweise vorhandene Ladungsverstärker unmittelbar auch einen Teil der Substraktionseinheit bildet. Damit ist ein wesentlicher Teil der normalen Messeinrichtung bzw. Messschaltung auch gleichzeitig als Bestandteil der Prüfeinrichtung für den Messwertaufnehmer verwendet, was einerseits die zusätzlichen Kosten für eine derartige Prüfeinrichtung senkt und andererseits die laufende Überwachung der Schwingungseigenschaften des Messwertaufnehmers auch im normalen Messbetrieb sehr erleichtert. Durch einen in der Schaltungsanordnung angeordneten Umschalter kann beispielsweise eine unmittelbare Umschaltung der Funktion des Verstärkers und damit Umschaltung vom Messbetrieb auf den Prüfbetrieb durchgeführt werden.

Besonders vorteilhaft ist es weiters, wenn das Messsystem in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Messwertaufnehmers angeordnet, vorzugsweise direkt in diesen integriert ist, da damit die negativen Auswirkungen längerer Anschlusskabel auf die Messgenauigkeit entfallen.

Schliesslich ist auch noch vorgesehen, dass das Messsystem beispielsweise einen Mikroprozessor oder Mikrokom-puter zur Steuerung des Prüfvorganges und/oder zur Signalverarbeitung umfasst, was die gesamte Prüfprozedur vereinfacht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Ausführungsform einer erfindungsgemässen Prüfeinrichtung für einen Messwertaufnehmer mit zweipoliger Ableitung in Admittanzschaltung,

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäss der Erfindung für einen Messwertaufnehmer mit einpoliger Ableitung in Impedanzschaltung,

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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäss der Erfindung mit einer Messbrückenschaltung,

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Prüfeinrichtung mit einem Synchrongleichrichter und

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit einem Ladungsverstärker.

Die Prüfeinrichtung nach Fig. 1 zeigt einen zu prüfenden Messwertaufnehmer mit zwei Ladungsabnahmekontakten 1, 2 wobei das piezoelektrische Messelement 3 gegenüber dem Gehäuse 4 des Messwertaufnehmers elektrisch isoliert eingebaut ist. Diese Prüfeinrichtung beinhaltet einen durchstimm-baren Frequenzgenerator 5 mit geringem Klirrfaktor, einen phasendurchstimmbaren Spannungsteiler 6 und einen Differenzverstärker 7, welcher hochohmige Eingänge und eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung aufweist. Am Ausgang des Differenzverstärkers 7 ist weiters ein Wechselspannungs-messgerät 8 zur Anzeige des Messsignals angeschlossen. Der Widerstand 9 dient zur Kompensation des Eingangsstromes und bildet mit dem Eingangswiderstand des nichtinvertieren-den Einganges des Verstärkers mit dem piezoelektrischen Sensor einen Spannungsteiler an dem das Antwortsignal des Sensors abgenommen wird. Die Kompensation des Anteiles des Anregungssignales vom Antwortsignal wird durch die Subtraktionseinheit 10 vorgenommen, wobei am Spannungsteiler 6 der Subtraktionswert der Anregungsspannung eingestellt und im Differenzverstärker 7 die Subtraktion vorgenommen wird. Die eigentliche Subtraktionseinheit ist strichpunktiert eingezeichnet und mit 10 bezeichnet.

Fig. 2 zeigt eine Prüfeinrichtung für einen Messwertaufnehmer mit nur einem eigenen Ladungsabnahmekontakt 11, wobei die andere Elektrode des piezoelektrischen Messelementes 13 mit dem Gehäuse 14 des Messwertaufnehmers elektrisch leitend verbunden ist. Das Antwortsignal des Messwertaufnehmers wird am Anschlusspunkt 12 des Messwertaufnehmers an den Messwiderstand 19 abgenommen und mit Hilfe des Differenzverstärkers 17 wird vom Antwortsignal ein Teil des Anregungssignals, der am Spannungsteiler 16 einstellbar ist, subtrahiert. Am Ausgang des Differenzverstärkers 17 kann das Messsignal mit Hilfe eines Wechselspannungsvoltmeters 18 angezeigt oder aber einem Schreiber 20 zugeführt werden. Die Subtraktionseinheit ist wiederum strichpunktiert eingezeichnet und hier mit 10' bezeichnet.

In Fig. 3 ist eine Prüfeinrichtung mit einer Admittanzschaltung für einen mit zwei eigenen Ladungsabnahmekontakten 21,22 versehenen Mehrwertaufnehmer dargestellt. Weiters ist ein aus den einstellbaren Widerständen 27,28,29 bestehender Spannungsteiler und ein weiterer Referenzspannungsteiler 26 vorgesehen. Die Widerstände 27 und 29 dienen dabei zur Kompensation ohmscher Verluste in den Leitungen und im Messwertaufnehmer selbst sowie des Eingangswiderstandes und zur Verbesserung der Gleichtaktunterdrückung des Operationsverstärkers, der einstellbare Kondensator 28 dient zum Abgleichen der Kapazität des Messwertaufnehmers und der Kabelkapazitäten. Der Operationsverstärker 30 ermittelt die elektrische Rückwirkung des Messwertaufnehmers durch Subtraktion eines Teiles des Anregungssignals, welcher am Spannungsteiler 26 abgenommen wird, vom Antwortsignal des Messwertaufnehmers. Für Messwertaufnehmer mit nur einem eigenen Ladungsabnahmekontakt müsste das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators 25 an das Gehäuse 24 des Messwertaufnehmers und der Ladungsabnahmekontakt an die Widerstände 27,28,29 und an den nichtinvertierenden Eingang des Ope5 657 457

rationsverstärkers 30 angelegt werden. Die Subtraktionseinheit ist auch hier wiederum strichpunktiert umgrenzt und mit 10" bezeichnet. Am Ausgang der Subtraktionseinheit 10" ist wiederum ein Wechselspannungsmessgerät 31 zur 5 Anzeige der Amplitudenhöhe des Messsignals angeschlossen.

Fig. 4 zeigt eine Prüfeinrichtung mit einem steuerbaren Wechselspannungsgenerator 35 sowie einem über eine Kapazitätsdiode 33 abstimmbaren Spannungsteiler 36, über wel-io chen die Phasendrehung des vom Antwortsignal des zu prüfenden Messwertaufnehmers 32 abzuziehenden Subtraktionssignals durch einen Mikroprozessor 42 über einen Ana-log-Digital-Konverter 43 eingestellt werden kann. Das Messsignal wird über den phasendrehenden Widerstand 39, 15 der mit dem Ladungsabnahmekontakt des Messwertaufnehmers 32 verbunden ist, gewonnen. Durch die Subtraktion des Antwortsignales des Messwertaufnehmers vom Anregungssignal mit Hilfe der Subtraktionseinheit 10'", die den Operationsverstärker 44 beinhaltet, erhält man unmittelbar 20 die elektrische Rückwirkung des Messwertaufnehmers als Wechselspannungssignal. In der angeschlossenen Synchrongleichrichterschaltung erfolgt durch die Multiplizierer 37 eine phasenstarre Gleichrichtung des Messsignals, die durch einen integrierenden Tiefpass 38 von den hochfre-25 quenten Multiplikationsprodukten abgetrennt wird. Durch eine um 90° verschobene Synchrongleichrichtung wird der Vektoranteil des phasenverschobenen Signals der elektrischen Rückwirkung erhalten. Über einen Multiplexer 40 und den Analog-Digital-Wandler 41 werden die Amplitudenvek-30 toren in den Mikroprozessor 42 eingelesen. Sie können sodann in Amplitude und Phase umgerechnet werden und sind weiters über die Schnittstelle 45 abrufbar. Verwendet man den Operationsverstärker 44 gleichzeitig auch als Ladungsverstärker so können die Messwerte des Messwertaufneh-35 mers über eine Fourier-Transformation im Mikroprozessor 42 korrigiert werden. Die eigentliche Subtraktionseinheit ist auch hier wiederum strichpunktiert umrandet und mit 10'" bezeichnet.

In Fig. 5 ist eine Prüfeinrichtung dargestellt, mit welcher 40 alternativ die Schwingungseigenschaften des Messwertaufnehmers 51 bestimmt werden können oder unmittelbar Messungen mit dem Messwertaufnehmer 51 durchführbar sind. Der Wechselspannungsgenerator 55 liefert das Anregungssignal, das über eine Schaltebene 53a an einen phaseneinstell-45 baren Spannungsteiler 52 angelegt wird. Das Antwortsignal des zu prüfenden Messwertaufnehmers 51 wird über einen Operationsverstärker 54 verstärkt und durch einen weiteren Operationsverstärker 56 wird die elektrische Rückwirkung des Messwertaufnehmers, also das eigentliche Messsignal, so durch Subtraktion eines entsprechenden Teiles des Anregungssignals ermittelt. Dieses Messsignal wird über einen Präzisionsgleichrichter 58 gleichgerichtet und über ein Anzeigeinstrument 58' angezeigt. Weiters wird mit Hilfe eines Schreibers 60, an dessen einem Eingang eine frequenzpro-55 portionale Spannung des Wechselspannungsgenerators 55 liegt, eine Frequenzcharakteristik des geprüften Messwertaufnehmers ausgeschrieben. Durch Umschalten des die Schaltebenen 53a, 53b und 53c aufweisenden Schalters wird der Operationsverstärker 54 zu einem Ladungsverstärker, 60 dessen Ausgangssignal in einem intern oder extern getrigger-ten CCD-Speicher 59 zwischengespeichert und über den Schreiber 60 ausgeschrieben werden kann. Die eigentliche Subtraktionseinheit ist hier mit 10"" bezeichnet.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

657 457 PATENTANSPRÜCHE

1. Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften mindestens eines Messwertaufnehmers mit piezoelektrischen Messelementen, mit einem am vorhandenen Ableitanschluss des zu prüfenden Messwertaufnehmers an-schliessbaren Wechselspannungsgenerator zur Erregung mechanischer Schwingungen des Messelementes über den inver-sen piezoelektrischen Effekt, und einem Messsystem zur Messung und Auswertung dieser Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem eine Subtraktionseinheit umfasst, an deren einem Eingang das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators liegt und deren anderer Eingang mit dem Ableitanschluss des Messwertaufnehmers verbindbar ist, und dass weiters eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem Ausgang der Subtraktionseinheit verbunden ist und das als Differenz aus dem Antwortsignal des Messwertaufnehmers und einem dem Anregungssignal proportionalen Signal gewonnene Messsignal anzeigt bzw. weiterverarbeitet.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem zusätzlich einen eigenen Spannungsteiler beinhaltet, dass der Messwertaufnehmer im angeschlossenen Zustand einen Teil dieses Spannungsteilers bildet und dass das Antwortsignal des Messwertaufnehmers bei Anregung über den Wechselspannungsgenerator an dem anderen bzw. einen der anderen Teile des Spannungsteilers abgenommen wird.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler ein einstellbares Glied aufweist.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Ableitelektrode des zu prüfenden Messwertaufnehmers an der Gehäusemasse liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der zu prüfende Messwertaufnehmer im erdseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilernetzwerkes liegt.

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zu prüfende Messwertaufnehmer einen zweipoligen Ableitanschluss aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer im spannungsseitigen Teil des einseitig geerdeten Spannungsteilers liegt.

6. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionseinheit einen Differenzverstärker oder einen Operationsverstärker mit Differenzverstärkereingang beinhaltet.

7. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Messsystem ein weiterer abgleichbarer Spannungsteiler vorgesehen ist, der mit der Subtraktionseinheit verbunden ist und eine Subtraktionsspannung liefert, mit welcher die aufgrund der Parallelwiderstände des zu prüfenden Messwertaufnehmers bzw. des Anschlusskabels auftretende elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert ist.

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der die Subtraktionsspannung liefernde weitere Spannungsteiler grob auf eine jeweils zu prüfende Serie von gleichartigen Messwertaufnehmern abgleichbar ist, dass sowohl das Anregungssignal als auch das Antwortsignal mittels eines Analog-Digital-Konverters digitalisiert werden und dass die Fein-Kompensation der Rückwirkung des Anregungssignals über digitale Signalverarbeitung erfolgt.

9. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionseinheit von einer Messbrük-kenschaltung gebildet ist, dass der zu prüfende Messwertaufnehmer in einen Zweig dieser Messbrückenschaltung und ein gleichartiger Messwertaufnehmer in einen anderen Zweig so einschaltbar sind, dass sich die elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert, und dass die Umgebungsbedingungen des zu prüfenden Messwertaufnehmers zur Simulierung von verschiedenen Anwendungsbedingungen veränderbar sind.

10. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer zur Steuerung des Prüfvorganges und/oder zur Signalverarbeitung umfasst.

11. Messeinrichtung mit mindestens einem Messwertaufnehmer und mit einer Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Messeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die Messung mit dem zu prüfenden Messwertaufnehmer im normalen Messbetrieb vorhandener Ladungsverstärker unmittelbar auch einen Teil der Subtraktionseinheit bildet.

13. Messeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Messwertaufnehmers angeordnet ist, vorzugsweise direkt in diesen integriert ist.