DE3243921A1

DE3243921A1 - Messgeraet mit automatischer verschiebungsfehlerkompensation

Info

Publication number: DE3243921A1
Application number: DE19823243921
Authority: DE
Inventors: Masaharu Fujisawa Kanagawa Asano; Yoshihisa Kawamura; Koyo Yokosuka Kanagawa Nakamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1983-06-09
Also published as: GB2110383B; US4672566A; GB2110383A

Description

Meßgerät mit automatischer Verschiebungsfehlerkompensation

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Meßgerät zum Messen einer Variablen, z.B. einer Temperaturdifferenz, welches eine automatische Verschiebungsfehlerkompensätion aufweist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Meßgerät, welches automatisch Abweichungen von Betriebskennlinien kompensiert, die auf Alterung und/oder Zufallseffekte verstreuter Schaltungsparameter sowie auf herstellungsbedingte Unregelmäßigkeiten in einem Verstärkerabschnitt zurückzuführen sind, welcher ein Detektor-Spannungssignal nach Maßgabe der Änderungen der zu messenden Variablen verstärkt.

In dem Fall, daß eine Variable wie z.B. Weg, Druck, Durchflußmenge und Temperatur usw. (im folgenden einfach als Parameter bezeichnet) in Form einer Spannung erfaßt wird, wird die erfaßte Spannung von dem Meßgerät verstärkt, und die verstärkte Spannung wird von einer nachgeschalteten Rechenschaltung verarbeitet, um einen Meßwert zu erhalten.

^O Bei einem Kraftfahrzeugmotor muß eine Messung der Temperaturdifferenz (ZiT = T„ - T₁) zwischen der Temperatur (T₁) der von außerhalb des Motors angesaugten Luft und der Temperatur (T_) der mit dem Abgas vermischten Ansaugluft gemessen werden.

α ©β

O O O O

O O O DDO

Die Temperaturdifferenz kann mit einem Thermopaar unter Ausnutzung des Seebeckeffekts gemessen werden.

Wenn zwei Verbindungsstellen zweier unterschiedlicher Arten von Metall einer höheren bzw. einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt werden, wird eine der Temperaturdifferenz & T entsprechende thermoelektrische Kraft erzeugt, wodurch eine der erfaßten Temperaturdifferenz entsprechende Spannung (V _? - V.) erzeugt und an eine Verstärkerschaltung gegeben wird. Die verstärkte Spannung wird von einer Rechenschaltung verarbeitet, um in einen gewünschten Temperaturdifferenzwert umgesetzt zu werden.

Die oben angesprochene Verstärkerschaltung enthält (a) einen ersten Operationsverstärker, dessen nichtinvertierender Eingang an einen Anschluß des Thermopaars angeschlossen ist, um eine niedrigere Spannung V₁ zu empfangen, die die von dem auf der Seite niedrigerer Temperatur befindlichen Thermopaar erzeugte thermoelektrische Kraft darstellt, und weiterhin über einen ersten Widerstand Ro an eine Konstantspannungsquelle V_n angeschlossen ist, während sein invertierender Eingang über einen zweiten Widerstand R. an die Konstantspannungsquelle V₀ angeschlossen ist. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers ist über einen dritten Widerstand R- an den invertierenden Eingang angeschlossen. Die Verstärkerschaltung enthalt (b) einen zweiten Operationsverstärker, der mit seinem nicht-invertierenden Eingang an den anderen Anschluß des Thermopaars angeschlossen ist, um eine höhere Spannung V_ zu empfangen, die die von dem auf der Seite höherer Temperatur befindlichen Thermopaar erzeugte thermoelektrische Kraft darstellt, während sein invertierender Eingang' über einen vierten Widerstand R_

BAD ORIGINAL

an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist und sein Ausgang über einen fünften ρ, Widerstand R. an seinen invertierenden Eingang angeschlossen ist. Die Verstärkerschaltung enthält (c) einen dritten Operationsverstärker, dessen nicht-invertierender Eingang an den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers angeschlossen ist, dessen invertierender Eingang über einen sechsten-Widerstand R₁- auf Masse gelegt ist, und dessen Ausgang über einen siebten Widerstand R, an seinen invertierenden Eingang angeschlossen ist. Wenn in der oben beschriebenen Verarbeitungsschaltung das Verhältnis der Widerstände tX-= — = ^r und β = jTr- beträgt und w-, W₂ und W₃ die Offset-Spannungen des ersten, zweiten bzw. dritten Operationsverstärkers sind, lassen sich die Ausgangsspannung U₁ des ersten Operationsverstärkers und die Ausgangsspannung U₂ des zweiten Operationsverstärkers durch folgende Gleichungen ausdrücken:

U = <^{v v +} V ^{+ v + w} ^)

U₁ = sr <^vi - ^vo ⁺ V ^{+ v}i. ^{+ w}i ---^)

U₂ = <MV₂ - U₁ + W₂) + V₂ + W₂ ...(2) 25

Weiterhin läßt sich die Ausgangsspannung E der Verarbei tungsschaltung durch folgende Gleichung ausdrücken:

E = (1 +/M (U₁ +W₃) ... (3)

Aus diesen drei Gleichungen (1), (2) und (3) kann man die Spannung E wie folgt ermitteln:

E= (1+Ä) (1+/3HV₂-V₁)+(1+/3){(1+CC) (W₂-W₁) ^+W3^+Voj ..-(4)

BAD ORIGINAL

β (IOD

in der (1+ä) und 1+Ju) die Verstärkungsfaktoren der jeweiligen Operationsverstärker sind. 5

In der obigen Gleichung (4) bedeutet der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung eine reine verstärkte Spannung, die der thermoelektrischen Kraft auf der Grundlage der Teinperaturdif ferenz entspricht, und der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung stellt eine Spannung dar, die die Offset- oder Verschiebespannung jedes Operationsverstärkers einbezieht· Aufgrund von Unregelmäßigkeiten der die thermoelektrische Kraft betreffenden Kennlinien jedes Thermopaars enthält der erste Ausdruck einen weiteren Offset-Spannungs-Faktor, der dazu führt, daß die Differenz (V₃-V,,) zwischen der höheren und niedrigeren thermoelektrischen Kraft nicht den Wert Null ergibt, wenn die Umgebungsluft O⁰C beträgt, d.h., wenn die Temperaturen an beiden Verbindungsstellen 0⁰C beträgt.

Ein solches bekanntes Meßgerät ist mit Nachteilen behaftet. Werden viele derartiger Meßgeräte in Massenfertigung hergestellt, müssen die Schaltungsparameter der Widerstände R_Q bis R_ß und der Konstantspannung V sämtlich justiert werden, um den Verstärkerungsfaktor (1+ß) (1+cq und die Off set-Spannung (1+^) {(1+öQ (W₃-W₁) +Wo⁺V 1· der Verstärkerschaltung in allen Meßgeräten gleichzumachen. Diese Justierung erfordert einen

" großen Arbeitsaufwand für die Versuchsfertigung der Meßgeräte. Weiterhin können nach dem Justieren der Schaltungsparameter und der Offset-Spannung jedes Meßgeräts die Kennlinien des in dem Meßgerät verwendeten Thermopaars aufgrund von Wärmeeinwirkung beim Einlöten des Thermopaars in das Meßgerät Änderungen unterworfen sein, und die Betriebskennlinien des Meßgeräts selbst können sich aufgrund von Alterung ändern.

BAD" ORlGlMAL

Daher kann die Ausgangsspannung E der Verstärkerschal- '

tung mit Fehlern behaftet sein, und es können Meßfehler * in der Ausgangsspannung der Rechenschaltung des Meßge- -

räts auftreten.

Angesichts der oben geschilderten Nachteile ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Meßgerät zu

i IQ schaffen, welches automatisch Unterschiede zwischen den >'

Kennlinien einzelner Meßgeräte und eine Beeinträchti- (

gung der Kennlinien eines eine Meßgröße in ein Span- I

nungssignal umsetzenden Bauelements sowie des Meßgeräts j

selbst kompensiert, indem zusätzlich zu der herkömmli- [

chen Schaltung und zu der Rechenschaltung ein Bezugsspannungsgenerator vorgesehen ist, der ansprechend auf I ein von der Rechenschaltung kommendes Befehlssignal ·|_; eine Bezugsspannung an die Eingangsanschlüsse der Ver- <₍ Stärkerschaltung legt, und ein Speicher vorgesehen ist, κ

der die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung ^! speichert, wenn die Bezugsspannung an die Eingangsanschlüsse der Verstärkerschaltung gelegt wird, wodurch ^; die Rechenschaltung die laufende Ausgangsspannung der : Verstärkerschaltung empfängt, wenn eine Variable ge-

messen wird, und die gemessene Variable auf der Grund- «

lage des in dem Speicher gespeicherten Wertes berechnet, j

um einen genauen Wert der gemessenen Größe zu erhalten. Ij

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen entsprechende Bauelemente bezeichnen, näher erläutert. Es zeigen: ■

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines herkömm- j liehen Meßgeräts zum Messen einer Temperatur- . ,

differenz, {

* OO OO OC₀

"" OO OO

' · ^α O O β β O

' ° 0 Φ 0 0·

11

Fig. 2 ein Schaltbild der in Fig» 1 gezeigten Verstärkerschaltung,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meßgeräts mit automatischer Fehlerkompensation,

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines weiteren herkömmlichen Meßgeräts zum Messen einer Temperaturdifferenz,

Fig. 5 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meßgeräts mit automatischer Fehlerkompensation ,

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die den Rechenvorgang der in Fig. 5 gezeigten Rechenschaltung veranschaulicht, und

Fig. 7(A) und 7(B) Einzelansichten von Teilen der in Fig. 6 gezeigten graphischen Darstellung.

Zunächst soll auf Fig. 1 Bezug genommen werden, die ein herkömmliches Meßgerät zeigt, das zum Messen einer Temperaturdifferenz eingesetzt wird.

In einem in Fig. 1 dargestellten Ansaugluftkanal 1 eines Kraftfahrzeugmotors wird von außerhalb angesaugte

Luft mit einem Teil des Motorabgases (Abgasrückführung) j

gemischt, und die gemischte Luft wird in die Motor- ^;

zylinder geführt. Um die Abgasrückführung zu steuern, ;

ist es notwendig, die Differenz (^T=T₀-T₁) zwischen der iniedrigeren Temperatur T. der atmosphärischen Ansaugluft und der höheren Temperatur T₀ des Luft/Abgas-

Gemisches zu messen. |

ίο ;

Die Differenz zwischen der höheren Temperatur und der niedrigeren Temperatur kann durch Ausnutzung des See- '

beckeffekts gemessen werden.

Wenn daher zwei unterschiedliche Metallarten 2 und 3 derart in dem Ansaugluftkanal 1 angeordnet werden, daß \, ihre Verbindungsstellen in dem Abschnitt höherer ·*

Temperatur bzw. dem Abschnitt niedrigerer Temperatur liegen, wird eine der Temperaturdifferenz ^T entspre- '.

chende thermoelektrische Kraft erzeugt, und es kann eine hierfür kennzeichnende Spannung (Vj-V₁) erhalten

werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In einem her- ^;

kömmlichen Meßgerät kann die Spannung (V^-V..) mittels

einer Verstärkerschaltung 4 verstärkt werden, um ein J

Spannungssignal E zu erhalten. Das Ausgangsspannungs- :

signal E wird von einer Rechenschaltung 5 verarbeitet, f

t in der das Ausgangsspannungsignal E in ein Meßergebnis, ;

d.h. in die gewünschte Temperaturdifferenz ^T umgewandelt wird.
30

Fig. 2 zeigt den Schaltungsaufbau der Verstärkerschaltung 4.

Gemäß Fig. 2 ist das zwei unterschiedliche Metallarten 2 und 3 enthaltende Thermopaar an die Verstärkerschal- ' tung 4 angeschlossen. Zwischen den Verbindungsstellen ■

wird eine thermoelektrische Kraft erzeugt, wenn zwischen

* GOO ο φ

P α α> ο ο ο

OO

den Bimetall-Übergängen eine Temperaturdifferenz A T herrscht, d.h., es tritt der Seebeckeffekt ein. Die thermoelektrische Kraft V₁ für die niedrigere Temperatur wird an den nicht-invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers OP₁ der Verstärkerschaltung 4 gelegt. Die thermoelektrische Kraft V„ für die höhere Temperatur wird an den nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers OP _ der Verstärkerschaltung 4 gelegt. Daher wird die resultierende thermoelektrische Kraft (^v ₂~^i^ parallel an den nicht-invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP- und den nicht-invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 0P„ gelegt. Außerdem wird eine Konstantspannung V- über einen ersten Widerstand R_Q an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP₁ und über einen zweiten Widerstand R₁ an den invertierenden Eingang gelegt. Ein dritter Widerstand R„ verbindet den invertierenden Eingang mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP₁. Der erste Operationsverstärker OP₁ arbeitet als Differentialverstärker. Der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers OP _ ist über einen vierten Widerstand R, an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers OP₁ und über einen fünften Widerstand R„ an seinen Ausgang angeschlossen. Auch der zweiten Operationsverstärker 0P„ arbeitet als Differentialverstärker. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers OP» ist an den nicht-invertierenden Eingang eines dritten Operationsverstärkers OP, angeschlossen. Der invertierende Eingang des dritten Operationsverstärkers OP₃ liegt über einen sechsten Widerstand R,- auf Masse und ist über einen siebten Widerstand R, an seinen Ausgang angeschlossen. Der dritte Operationsverstärker OP₃ gibt eine Spannung E ab, die der von dem Thermopaar gemessenen Temperaturdifferenz entspricht.

BAD ORSGSNAL

14 * ' ■

Der dritte Operationsverstärker OP, arbeitet als nichtinvertierender Verstärker. Der erste, der zweite und der dritte Operationsverstärker OP₁, OP _ bzw. OP, besitzen jeweils ihre eigene Offset- oder Verschiebespannung W₁, W₂ bzw. W₃. Bei dem oben beschriebenen Aufbau der Verstärkerschaltung 4 läßt sich die Ausgangsspannung U₁ des ersten Operationsverstärkers OP₁ durch folgende erste Gleichung ausdrücken:

^U1 ⁼	R2	^vo	I	⁺	R1	+ R2	(V₁	^W1
=	R1		* (		R1	1 ⁺ '
=		^vo	1 ■		^V1 ·	f W₁
1 (ν.	+	W₁) +

rait ^ = |1

ti A

Eine Ausgangsspannung u_? des zweiten Operationsverstär kers 0P_ läßt sich durch folgende zweite Gleichung aus drückten:

- U₁ + W₂) + V₂ + W₂ -..(2)

^R4

Die Ausgangsspannung E der Verstärkerschaltung 4 läßt

sich durch folgende dritte Gleichung ausdrücken: 30

E = (1 + /i) (U₂ + W₃) ... (3)

. . /> R6 rmt ß= ^.

Die dritte Gleichung (3) läßt sich also durch Einsetzen der ersten und zweiten Gleichung (1) bzw. (2) umschreiben, so daß man folgende vierte Gleichung erhält:

OO {

ο ο β ο ο ο

OO 0 O 0 «

E = (1+*) (1+p) (V₂-V₁)+ (1+0) |(1+d)

In der obigen Gleichung (4) enspricht der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung der gemessenen Temperaturdifferenz,, und der zweite Ausdruck entspricht einer Offset-Spannung. Das herkömmliche Meßgerät arbeitet entsprechend der vierten Gleichung (4) .

Es sei bemerkt, daß der erste Ausdruck auf der rechten Seite der vierten Gleichung (4) außerdem eine Offset- oder Verschiebungsspannung beinhaltet, die aufgrund von Unregelmäßigkeiten der die thermoelektrische Kraft betreffenden Kennlinien der in dem Gerät verwendeten

Thermopaare dazu führt, daß die Differenz zwischen den thermoelektrischen Kräften für die höhere ^smd die niedrigere Temperatur, (V₃-V₁> nicht den Wert Null annimmt, wenn die Umgebungsluft der Thermopaare O⁰C beträgt«

Fig. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meßgeräts.

in Fig. 3 sind die Verstärkerschaltung und die Rechenschaltung dieselben Schaltungen, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind. An die Verstärkerschaltung 4 ist über eine erste Schaltervorrichtung 9 ein Speicher 10 angeschlossen. Der Speicher 10 ist außerdem an die

Rechenschaltung 5 angeschlossen. Die erste Schaltvorrichtung 9 wird abhängig von einem von der Rechenschaltung 5 abgegebenen Befehlssignal geöffnet oder geschlossen. Die erste Schaltvorrichtung 9 enthält ein einzelnes, unabhängiges Schaltelement oder ist durch

⁵^ eine in der Rechenschaitung 5 oder in dem Speicher 10 enthaltene Schaltfunktion realisiert. Anstelle der Rechenschaltung 5 kann ein Mikrocomputer oder eine

BAD ORiGiIMAL

16

einzelne integrierte Schaltung (IC) , die arithmetische
Berechnungen durchführen kann, verwendet werden. Bei
dem Speicher 10 muß es sich um einen nicht-flüchtigen
Speicher handeln.

Wenn in der in Fig. 1 dargestellten Weise eine Temperaturdifferenz ΔT gemessen wird, wird bei der Schaltung

nach Fig. 3 die erste Schaltvorrichtung 9 geschlossen,
und es wird eine erste Bezugsspannung (null Volt) an
die Eingänge der Verstärkerschaltung 4 gelegt. Wenn die
erste Bezugsspannung angelegt wird, wird die Ausgangs- '

spannung E_n der Verstärkerschaltung 4 in dem Speicher ;

10 gespeichert. Wenn anschließend beispielsweise eine

zweite Bezugsspannung 0,1 mV), die der Temperaturdifferenz von 100⁰C entspricht, an die Eingänge der Verstär- < kerschaltung 4 gelegt wird, wird eine Ausgangsspannung
E₁₀₀ in ähnlicher Weise in dem Speicher 10 gespeichert. ·

Diese Ausgangsspannungen E_n und E₁₀₀ werden innerhalb :

des Speichers 10 an unterschiedlichen Speicherstellen &

gespeichert. Wenn vorausgehende Werte der Ausgangs- |

spannungen E_Q und E₁₀₀ gespeichert sind, werden die [·

vorausgehenden Werte auf der Basis der laufenden Werte - ■ korrigiert.

Wenn die laufende Temperaturdifferenz AT gemessen wird, ;_; wird die Schaltvorrichtung geöffnet, um das der laufen- . I den Temperaturdifferenz entsprechende Spannungssignal *

^O _an die Eingänge der Verstärkerschaltung 4 zu legen.

Jetzt wird der von der Verstärkerschaltung 4 abgegebene
Spannungswert E an die Rechenschaltung 5 gegeben. In

C! . ι

der Rechenschaltung 5 wird unter Verwendung der gespei- t cherten Werte E_Q und E₁₀₀ des Speichers 10 die folgende ' Berechnung durchgeführt: .

E-E- ■

T_ = =ß =£ χ 100 ...(5) '■'

^{c E}100 ' ^E0

<>O OO 0 O QO OO

» QO* 0 β OO ο

OGo ο « O O O

Somit wird die laufende Ausgangsspannung E der Verstärkerschaltung in den gewünschten Temperaturdifferenzwert ΔΤ umgewandelt.

Wird das oben beschriebene Meßgerät verwendet, kann unter Verwendung der in dem Speicher 10 gespeicherten Werte der Fehler des Meßgeräts automatisch ausgeschaltet werden, der zurückzuführen ist auf die üblichen leichten Abweichungen zwischen einzelnen Meßgeräten, auf Kennlinienänderungen des Elements (Thermopaars) während des Einbaus in dem Meßgerät, und auf die alterungsbedingte Kennlinienverschlechterung des EIements und des Meßgeräts selbst. Bei der Ausschaltung des Fehlers wird der in dem Speicher 10 gespeicherte Wert im Augenblick der Messung herangezogen. Der gespeicherte Wert ist abgeleitet von der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung bei Anlegen der Bezugsspannung an die Eingänge der Verstärkerschaltung.

Dieser automatische Kompensationsvorgang erfolgt mit einem von der Rechenschaltung 5 vorbestimmten Zeitintervall, indem der zuvor gespeicherte Wert, aktualisiert wird.

Vorzugsweise werden die Ausgangsspannungen E_Q und E _QQ gespeichert, die in Abhängigkeit zwei verschiedener, an die Eingänge der Verstärkerschaltung angelegter

Bezugsspannungen erzeugt werden, wenn die Justierung der Kennlinien sowohl des Verstärkungsfaktors als auch der Offset-Spannung in der Verstärkerschaltung schwierig ist. Wenn es einfach ist, entweder die Kennlinien des Meßgeräts aufgrund des speziellen Schaltungsaufbaus der Verstärkerschaltung 4 oder individuelle Abweichungen zu justieren und die alterungsbedingte Verschlechterung nicht zu groß ist, kann eine von

BAD ORIGSSMAL

beiden Bezugsspannungen an die Verstärkerschaltung gelegt werden, um eine der gespeicherten Spannungen E₀ und E Q₀ zu aktualisieren, während die andere Ausgangsspannung als ein konstanter Wert gespeichert ist.

Fig. 4 zeigt ein weiteres herkömmliches Meßgerät. Diese Art von Meßgerät eignet sich zum Messen von zwei Temperaturdifferenzen AT₂₁=T₂-T.. und AT₃₃=T₃-T₃, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wenn Abgas in den Ansaugkrümmer 1 zurückgeführt wird/ wobei T_ die Temperatur der von außerhalb des Motors zugeführten Ansaugluft, T- die Temperatur des Motorabgases und T_ die Temperatur der mit Abgas vermischten Ansaugluft ist. Folglich läßt sich das Verhältnis von zwei Temperaturdifferenzen R durch folgende Gleichung ausdrücken:

{r= δτ₂₁ /AT₃₂= (T₂-T₁)/ (T₃-T₂)]

Die Verbindungsstellen zweier unterschiedlicher Metallarten 2 und 3 werden in dem Abschnitt niedrigerer Temperatur, mittlerer Temperatur bzw. höherer Temperatur angeordnet.

Entsprechend der Temperaturdifferenz ΔΤ_?1 und Δτ__ wird jeweils eine thermoelektrische Kraft erzeugt, und zwei diesen Kräften entsprechende Spannungen (V₃-V₁) bzw. (V^-V„) werden an die Eingänge parallelgeschalteter Verstärkerschaltungen 4a und 4b gegeben. Der schaltungsmäßige Aufbau der beiden Verstärkerschaltungen ist der gleiche wie der Schaltungsaufbau gemäß Fig. 2. Die Ausgangsspannungswerte Ea und Eb der beiden Verstärkerschaltungen 4a bzw. 4b können in der gleichen Weise erhalten werden, wie es durch die vierte Gleichung.(4) ausgedrückt ist. Der Wert des Verhältnisses R beinhaltet den Fehler, der zurückzuführen ist auf zufällige

Unterschiede zwischen den Kennlinien der beiden Verstärkerschaltungen und auf eine alterungsbedingte Verschlechterung der Kennlinien des Elements und des Meßgeräts selbst, wie es bei dem in Fig. 1 dargestell

ten herkömmlichen Meßgerät der Fall ist.

Fig. 5 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Meßgeräts.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist der Speicher 10a über zwei separate, jedoch ähnlich ausgebildete Schaltvorrichtungen 9a und 9b an die zwei Verstärkerschaltungen

^; 15 4a und 4b und außerdem an die Rechenschaltung 5a angeschlossen. Der Bezugsspannungsgenerator 11 ist über

^: eine zweite Schaltvorrichtung 12 an die Eingänge der

beiden Verstärkerschaltungen 4a und 4b angeschlossen. Die Schaltvorrichtungen 9a, 9b und 12 werden nach Maßgabe eines von der Rechenschaltung 5a abgegebenen Befehlssignals a geschlossen» Das Befehlssignal a wird außerdem an den Bezugsspannungsgenerator 11 gegeben, um die Abgabe der Bezugsspannung zu steuern.

• 25 in dem in Fig„ 5 gezeigten Meßgerät wird das Befehlssignal a von der Rechenschaltung 5a zu einer vorbestimm-

\ ten Zeit abgegeben (z.B. dann, wenn der Motor gestartet

· wird)„ Zu dieser Zeit wird die Bezugsspannung an die Verstärkerschaltungen 4a und 4b gelegt, während die

ersten Schaltvorrichtungen 9a, 9b gleichzeitig geschlossen werden, und in dem Speicher 10a sind zwei

\ Speicherstellen für die zugehörigen Ausgangswerte Ea

und Eb der Verstärkerschaltungen 4a bzw. 4b reserviert.

Zuerst, wenn die erste Bezugsspännung 0 V, die einer

', Temperaturäifferenz von Null entspricht, an die Ver-

j stärkerschaltungen 4a und 4b gelegt wird, werden die

BAD ORSGiSSSAL

20 '

Ausgangswerte Ea- und Eb_n der Verstärkerschaltung 4a bzw. 4b in den reservierten Speicherstellen des Speichers 10a gespeichert. Anschließend wird an die Verstärkerschaltungen 4a und 4b eine zweite Bezugsspannung angelegt, die einer Temperaturdifferenz von 200⁰C entspricht. Die Ausgangsspannungen Ea__₀ und Eb__nn der Verstärkerschaltungen 4a und 4b werden in anderen reservierten Speicherstellen des Speichers 10a gespeichert. Wenn vorausgehende Ausgangsspannungswerte ^Ε^₂η₀ und Eb__Q0 sowie Ea_n und Eb_n gespeichert sind, werden diese Ausgangsspannungen aktualisiert.

Die erste und die zweite Schaltvorrichtung 9a, 9b bzw. 12 werden geöffnet, wenn eine ordentliche Messung des Verhältnisses R erfolgt.

Das entsprechend der Temperaturdifferenz ^T2~^Ti⁼^^T21c erhaltene Spannungssignal (^vo~^1^c ^w^^r<^ ^an die zugehörige Verstärkerschaltung 4a gegeben, und das der Temperaturdifferenz T^-T₂=AT-„ entsprechende Spannungssignal (V^,-V_) wird an die zugehörige Verstärkerschaltung 4b gelegt. Mit den Ausgangswerten Ea und Eb führt die Rechenschaltung 5a unter Heranziehung der gespeicherten Werte Ea_Q, Eb_Q, Ea₂QO ^{und Eb}200 ^eine Reihe arithmetischer Operationen durch, die durch folgende Gleichungen bestimmt sind:

Ea - Ea_n
ΔΤ__ = =rr^ ^x200 ...(6)

	21c	Ea	C	Ea	0
	32c	Ea	200	Ea	- χ 200 0
ΔΤ	ΔΤ	Eb	C	Eb
R	ΔΤ	Eb	200	Eb
	21c
32c

β Q OA 0 0 OO OD

ο α ο 00 ο« α ο ο ο

α «on ο ο οο ο

DOOO O OQOO O

ο ο ο mi Q βοο

OQlOC Dt bOO 0OO O Λ «Quo

Die Ausgangsspannungswerte Ea und Eb werden also in die jeweiligen Temperaturdifferenzen 4T_. und Δτ_₂ umgewandelt, um das gewünschte Verhältnis von R zu erhalten.

Die obige Gleichung (6) ist in den Fig. 6 und 7(A) dargestellt , während die Gleichung (7) in Fig. 6 und Fig. 7(B) dargestellt ist.

Bei der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform können die Fehler in dem Meßgerät in vorbestimmten Zeitintervallen kompensiert werden, die zurückzuführen sind auf Unterschiede zwischen einzelnen Meßgeräten, zufällige Beschädigung der Element während des Zusammenbaus und alterungsbedingte Beeinträchtigung der Meßkennlinien ο

wie oben bereits erwähnt wurde, wurde anhand dieser bevorzugten Ausführungsbeispiele das Messen einer Temperaturdifferenz lediglich als ein Beispiel für das Messen einer Meßgröße beschrieben»

Da bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät Variable dadurch gemessen werden können, daß die erfaßte Spannung durch die Rechenschaltung in eine gewünschte Variable umgewandelt wird, kann das Meßgerät ebenso eingesetzt werden zum Messen verschiedener meßbarer Größen wie z.B. zum Messen der Größen Weg, Druck, Fluid-Durcnflußmenge usw.

Da das erfindungsgemäße Meßgerät abhängig von einer zu einer vorbestimmten Zeit von der Rechenschaltung automatisch an die Verstärkerschaltung angelegten Bezugsspannung einen Ausgangsspännungwert der Verstärkerschaltung speichert und die gewünschte Variable

fr··· · · «κ

22

dadurch berechnet, daß unter Heranziehung des gespeicherten Werts eine Rechenoperation durchgeführt wird, bleibt die zum Justieren der Schaltungsparameter in dem Meßgerät benötigte Arbeit erspart, und übliche bei der Herstellung entstehende Kennlinienschwankungen von Meßgerät zu Meßgerät können automatisch kompensiert werden. Daher ergeben sich keine besonderen Probleme durch Kennlinienänderungen und Kennlinienverschlechterungen des Meßgeräts. Daher können mit dem Meßgerät zuverlässige und über einen längeren Zeitraum hinweg exakte Messungen durchgeführt werden.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. ■ Meßgerät, gekennzeichnet durch Ta) eine Verstärkereinrichtung (4), die ein einer erfaßten physikalischen Größe entsprechendes Spannungssignal empfängt und verstärkt,

(b) einen Bezugsspannungsgenerator (11), der zu einer vorbestimmten Zeit wenigstens eine Bezugsspannung erzeugt und an die Verstärkereinrichtung (4) legt,

(c) einen Speicher. (10), der das Ausgangssignal von der Verstärkereinrichtung speichert, wenn der Bezugsspannungsgenerator die Bezugsspannung an die Verstärkereinrichtung legtr und

(d) eine Recheneinrichtung (5), die wenigstens ein Befehlssignal an den Bezugsspannungsgenerator abgibt, um die Bezugsspannung an die Verstärkereinrichtung zu legen, und an den Speicher abgibt, um zu der vorbestimmten Zeit das Ausgangsspannungssignal der Verstärkereinrichtung in einer bestimmten Speicherstelle des Speichers zu speichern, und die den

Wert der gewünschten physikalischen Meßgröße aus der laufenden Ausgangsspannung der Verstärkereinrichtung unter Bezugnahme auf den in dem Speicher gespeicherten Spannungswert berechnet.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Differenz zwischen den an zwei unterschiedlichen Stellen eines Ansaugluftwegs eines Motors herrschenden Temperaturen mißt, indem ein Thermopaar verwendet wird, welches mit einer Verbindungsstelle stromaufwärts bezüglich des Ansaugluftwegs angeordnet ist, um die Temperatur der von außerhalb des Motors angesaugten Luft zu erfassen, und das mit der anderen Verbindungsstelle stromabwärts bezüglich des Ansaugluftwegs angeordnet ist, um die Temperatur eines Gemisches aus von außerhalb angesaugter Luft und Motorabgas zu erfassen, und daß der Bezugsspannungsgenerator (11) zu einer ersten vorbestimmten Zeit eine einer Temperaturdifferenz von Null entsprechende erste Bezugsspannung abgibt und an die Verstärkereinrichtung (4) legt.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsspannungsgenerator zu einer zweiten vorbestimmten Zeit eine einer Temperaturdifferenz von 100°C entsprechende zweite Bezugsspannung abgibt und an die Verstärkereinrichtung anlegt.

^O

4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (5) die gewünschte Temperaturdifferenz gemäß der Gleichung

P* pi

ß _Γ-_¥^ χ 100 ^E

^{C E}100

berechnet, wobei E- die Ausgangsspannung der Verstärkereinrichtung ist, wenn die erste Bezugsspannung an

• ··» « ο „„

»o«ö no «too ooo οφ οο

die Verstärkereinrichtung gelegt wird, E₁₀₀ die Ausgangsspannung der Verstärkereinrichtung bezeichnet, wenn ihr die zweite Bezugsspannung zugeführt wird, und E die Ausgangsspannung der Verstärkereinrichtung bezeichnet, wenn die von dem Thermopaar erzeugte thermoelektrische Kraft an die Verstärkereinrichtung gelegt wird.

5. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Bestimmen des Verhältnisses zweier Texnperaturdifferenzen zwischen den drei Temperaturen an drei unterschiedlichen Stellen eines Änsaugluftwegs eines Motors dient, indem ein Thermopaar verwendet wird, welches mit einer Verbindungsstelle stromaufwärts bezüglich des Ansaugluftwegs angeordnet ist, \.xa die Temperatur der von außerhalb des Motors angesaugten Luft zu erfassen, mit einer zweiten Verbindungsstelle stromabwärts bezüglich des Ansaugluftwegs angeordnet ist, um die Temperatur der mit Abgas vermischen Ansaugluft zu erfassen, und mit einer dritten Verbindungsstelle in dem zum Ansaugweg führenden Abgasweg angeordnet ist, -um die Temperatur des in den Änsaugluftweg eintretenden Abgases zu erfassen, daß die Verstärkereinrichtung zwei lineare Verstärkerschaltungen enthält, von denen eine erste lineare Verstärkerschaltung an die erste und die zweite Verbindungsstelle des Thermopaares und eine zweite lineare Verstärkerschaltung an die zweite und die dritte Verbindungsstelle des Thermopaars angeschlossen ist, und daß der Bezugsspannungsgenerator eine einer Temperaturdifferenz von Null entsprechende erste Bezugsspannung abgibt und an die erste und die zweite lineare Verstärkerschaltung legt, so daß der Speicher die Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten linearen Verstärkerschaltung (4a, 4b) speichert, wenn die erste Bezugsspannung an

BAD ORIGINAL

• · · *
• ψ m

^:Λ

die erste und die zweite lineare Verstärkerschaltung gelegt wird.

6. Meßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsspannungsgenerator eine einer Temperaturdifferenz von 200⁰C entsprechende zweite Bezugsspannung erzeugt und an die erste und die zweite lineare Verstärkerschaltung legt, so daß der Speicher die Ausgangsspannungen der ersten und der zweiten linearen Verstärkerschaltung speichert, wenn die zweite Bezugsspannung an die erste und die zweite lineare Verstärkerschaltung gelegt wird.

7. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (5a) das gewünschte Temperaturdifferenz-Verhältnis nach Maßgabe folgender Gleichungen berechnet:

^AT21c Ea
C ^Eao X 200, A T ^Ea200 " ^Eao X 200 ^a 32c ^Ebc - ^Ebo Δ1
T? - ^Eb200 - Eb₀ ^?21c

■32c

^O wobei ΔΤ₇₁ die Temperaturdifferenz zwischen den Stellen der ersten und der zweiten Verbindungsstelle des Thermopaars, ΔΤ,- die Temperaturdifferenz zwischen den Stellen der zweiten und der dritten Verbindungsstelle des Thermopaars, Ea_Q und Eb_n die Ausgangsspannungen der

op· UU

ersten bzw. der zweiten Verstärkerschaltung bei Anlegen der ersten Bezugsspannung und Ea2_nn und Eb__nn die Ausgangsspannungen der ersten bzw. zweiten linearen

O D «

ο ι>

Verstärkerschaltung bei Anlegender zweiten Bezugsspannung, Ea und Eb die laufenden Ausgangsspannungen der ersten bzw. der zeiten linearen Verstärkerschaltung und R das Verhältnis der Temperaturdifferenzen T₂₁ und T - bedeuten.

8. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- ^O durch gekennzeichnet, daß der Speicher ein nicht-flüchtiger Speicher ist und den gespeicherten Ausgangsspannungswert der Verstärkereinrichtung immer dann aktualisiert, wenn eine Messung der gewünschten physikalischen Größe erfolgt. 15