DE3912219A1

DE3912219A1 - Verfahren und vorrichtung zur digitalen druckmessung

Info

Publication number: DE3912219A1
Application number: DE19893912219
Authority: DE
Inventors: Zdenek Dipl Ing Ambroz
Original assignee: Tesla Koncernovy Podnik
Current assignee: Tesla Koncernovy Podnik
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1989-10-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur digitalen Druckmessung mit einem Membranvakuummeter und einer digitalen Schaltung zur Kompensation der Tempe ratureinflüsse, der Linearisierung und Korrektur anderer Parameter.

Ein Membranvakuummeter enthält eine Membrane und zwei Elektroden, nämlich eine Meß- und eine Kompensationselek trode. Diese Elektroden haben zur Membrane eine Kapazität, wobei die Kapazitätsdifferenz dem gemessenen Druck propor tional ist und elektronisch ausgewertet wird. Geläufige Methoden benutzen Analog-Prinzipien, wie Differential- Transformatoren, Brücken, u. ä. Nachteil dieser Methoden ist die Notwendigkeit hochwertiger Meßröhren, die kleine Temperaturabhängigkeiten und eine lineare Abhängigkeit der Differenz von Kapazitäten der Elektroden vom Druck haben müssen. Die Eichung mittels einstellbarer Bauelemente - Trimmer - kann nicht automatisch erfolgen und die Ge nauigkeit der Messungen hängt von der Stabilität vieler Faktoren, wie der Speisespannung, der Widerstände, Opera tionsverstärker usw., ab. Manchmal ist die Linearisierung eines Ausgangssignals oder, im umgekehrten Fall, die Bil dung einer anderen Abhängigkeit schwer zu erreichen.

Bei Membranvakuummetern zur analogen Differenzmessung der Meß- und Kompensationskapazität der Meßröhre müssen die Eigenschaften der Meßröhre genau bekannt sein, was die Herstellung der Meßröhren, ihre Kalibrierung und ihre Eichung kompliziert. Die Genauigkeit und Stabilität des Gerätes wird vom menschlichen Faktor und von der Qualität der Analog-Einstellelemente bestimmt.

Es sind auch bereits digital arbeitende Membranvakuummeter z. B. in der CS-AO-2 60 691 vorgeschlagen worden, bei denen jedoch die Kapazitätsmessung der Meß- und Kompensations elektrode nicht gleichzeitig verläuft, was Meßfehler ver ursachen kann, die z. B. durch Eigenschwingungen der Mem brane, durch Störungen u. ä. entstehen. In manchen Fällen erweist sich auch die erhebliche Anzahl von Leitungen als nachteilig, die zwischen der Meßröhre und der Elektronik mit einem Anzeigeblock und p/U-Umsetzer notwendig sind. Es führt zu größerer Kompliziertheit der Schaltung, besonders in dem Falle, wenn eine galvanische Trennung der Meßröhre erwünscht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung zur Druckmessung mittels eines Membranvakuumme ters zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und bei vereinfachtem Aufbau genauere Meßergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebe nen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird die gemessene Kapazität durch zwei Kanäle mit C/p-Umsetzern digitalisiert, also durch Umsetzung der Kapazität in eine Pulszahl. Diese Pulszahl ist eine Nummer. Außer der Kapazität der Elektroden wird noch die Kapazität des Autokalibrierungs- und Wärmefühlers gemessen. Die Kapazität des Autokalibrierungsfühlers muß zeit- sowie wärmebeständig sein und sie muß eine Wärmeab hängigkeit haben. Sie wird als ein Wärmefühler der Meßröh re benutzt. Gemäß der Erfindung werden zur Druckmessung bei der primären Kalibrierung die für jeden Kanal separat gemessenen Werte der Meß- und Kompensationselektrode in einer Tabelle gespeichert, welche bei m Temperaturen und n Drücken im Arbeitsbereich des Vakuummeters gewonnen wur den. Dann werden bei m Temperaturen die Kapazität des Wär mefühlers mit jedem Kanal separat und die Kapazität des Autokalibrierungsfühlers bei der relativen Temperatur t _o und gleichzeitig bei m Temperaturen mit jedem Kanal se parat gemessen. Alle gemessenen Werte der Meßelektrode und des Wärmefühlers werden umgerechnet, und zwar für den ersten Kanal mit dem Verhältnis der mit erstem Kanal bei den Temperaturen von t ₁ bis t _m gemessenen Kapazität des Autokalibrierungsfühlers zu der mit demselben Kanal bei der relativen Temperatur t _o gemessenen Kapazität desselben Fühlers, für den zweiten Kanal dann mit dem Verhältnis der mit dem zweiten Kanal bei den Temperaturen t ₁ bis t _m ge messenen Kapazität desselben Fühlers zu der mit demselben Kanal bei der Temperatur t _o gemessenen Kapazität. Dann wird zwischen den Kanälen bei der relativen Temperatur t _o das Verhältnis der Verstärkung eingeführt, dessen Größe gleich dem Quotienten der mit dem zweiten Kanal gemessenen Kapazität des Autokalibrierungsfühlers zu der mit dem ersten Kanal gemessenen Kapazität desselben Fühlers ist. Nachfolgend wird in der Tabelle der resultierenden Kali brierungswerte die bei der relativen Temperatur t _o mit je dem Kanal gemessene Kapazität des Autokalibrierungsfühlers gespeichert, sowie die umgerechneten und mittels Verstär kungsverhältnis geregelten Kapazitäten des Wärmefühlers, die bei m Temperaturen abgemessen wurden, und zuletzt der umgerechnete und mit dem Verstärkungsverhältnis verrechne te Wert der Kapazitätsdifferenz der Meß- und Kompensa tionselektrode, die bei m Temperaturen und n Drücken ge wonnen wurde. Zweck dieser Etappe der primären Kalibrie rung also ist es, in der Tabelle der gespeicherten Werte eine Zusammenstellung zu erzielen, aufgrund derer weitere Korrekturen der Parameter, z. B. Temperatur, Änderungen der Verstärkung des Umsetzers und Linearisierung, bzw. eine andere Skalierung des Ausgangssignals, ausgeführt werden. Deshalb ist es wesentlich, daß bei den eigentli chen Messungen zuerst mit jedem Kanal separat die Kapa zitätswerte der Meß- und Kompensationselektrode, des Auto kalibrierungs- und des Wärmefühlers gemessen werden. Wei terhin werden die mit jedem Kanal separat gemessenen Kapa zitätswerte des Autokalibrierungsfühlers mit der bei der primären Kalibrierung unter der relativen Temperatur t _o gemessenen Kapazität desselben Fühlers verglichen und mit den festgestellten Relationen werden die übrigen, mit dem selben Kanal gemessenen Werte verrechnet. Aus den auf diese Weise umgerechneten Werten wird die Differenz der Meß- und Kompensationselektrode festgestellt; durch Ver gleich der Differenz mit der gespeicherten Tabelle der re sultierenden Werte wird mit zweifacher linearer Approxima tion der effektive Druck bestimmt.

Die Nachteile der bisher üblichen Membranvakuummeter wer den durch die Schaltung des Membranvakuummeters gemäß der Erfindung beseitigt. Die Schaltung besteht aus Eingangs klemmen, Kondensatoren, einem analogen Multiplexer, Multi vibratoren, Zählern, Steuerblöcken, einem D/A-Umsetzer, Anzeigeblock, Parametereingabe-Block und Ausgangsklemmen. Bei der Schaltung sind die erste Eingangsklemme mit dem ersten und gleichzeitig mit dem sechsten Eingang des ana logen Mehrwegschalters und die zweite Eingangsklemme mit dem zweiten und gleichzeitig mit dem fünften Eingang des analogen Mehrwegschalters verbunden. Zwischen dem gemein samen Leiter und dem dritten sowie gleichzeitig achten Eingang des analogen Mehrwegschalters ist der erste Kon densator angeschlossen und zwischen dem gemeinsamen Leiter sowie dem vierten und gleichzeitig siebenten Eingang des analogen Mehrwegschalters ist der zweite Kondensator ange schlossen. Der erste Ausgang des analogen Mehrwegschalters ist mit dem Eingang des ersten Multivibrators verbunden, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang des ersten Zählers verbunden ist. Der zweite Ausgang des analogen Mehrweg schalters ist mit dem ersten Eingang des zweiten Multi vibrators verbunden, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang des zweiten Zählers verbunden ist. Der erste Mehrfachaus gang des ersten Zählers ist mit dem ersten Mehrfacheingang des ersten Steuerblocks verbunden und der zweite Ausgang des ersten Zählers ist mit dem zweiten Eingang des ersten Steuerblocks verbunden. Der erste Mehrfachausgang des zweiten Zählers ist mit dem dritten Mehrfacheingang des ersten Steuerblocks verbunden und der zweite Ausgang des zweiten Zählers ist mit dem vierten Eingang des ersten Steuerblocks verbunden. Der erste Ausgang des ersten Steuerblocks ist mit dem zweiten Eingang des ersten Zäh lers und gleichzeitig mit dem zweiten Eingang des zweiten Zählers verbunden. Der zweite Ausgang des ersten Steuer blocks ist mit dem neunten Eingang des analogen Mehrweg schalters verbunden, der dritte Ausgang des ersten Steuer blocks ist mit dem zehnten Eingang des analogen Mehrweg schalters verbunden und der vierte Ausgang des ersten Steuerblocks ist mit der ersten Ausgangsklemme verbunden. Es ist auch wesentlich, daß der vierte Ausgang des ersten Steuerblocks mit dem ersten Eingang des zweiten Steuer blocks verbunden werden kann. Ferner ist der Mehrfachaus gang des Parametereingabe-Blocks mit dem zweiten Mehrfach eingang des zweiten Steuerblocks verbunden. Der erste Aus gang des zweiten Steuerblocks ist mit der zweiten Aus gangsklemme verbunden, der zweite Mehrfachausgang des zweiten Steuerblocks ist mit der dritten Mehrfachausgangs klemme verbunden, der dritte Mehrfachausgang des zweiten Steuerblocks ist mit dem Mehrfacheingang des D/A-Umsetzers verbunden, dessen Ausgang mit der vierten Ausgangsklemme verbunden ist, der vierte Mehrfachausgang des zweiten Steuerblocks ist mit dem Mehrfacheingang des Anzeigeblocks verbunden und der fünfte Ausgang des zweiten Steuerblocks ist mit der fünften Ausgangsklemme verbunden.

Vorteil der Meßmethode ist, daß die primäre Kalibrierung, die der Einstellung bei analogen Methoden entspricht, automatisch ausgeführt werden kann. Ebenso ist es von Vor teil, daß die Korrektur der gemessenen Werte durch Parame teränderungen (Verstärkung, Temperatur) von Meßkanälen ge währleistet wird. Deshalb ist es nicht notwendig, während des Betriebes des Vakuummeters Nullpunkt und Verstärkung einzustellen. Es müssen keine besonders präzisen Bauele mente verwendet werden und die eigentliche Meßröhre kann mit größeren Toleranzen hergestellt werden. Durch die Größe des Intervalls Δt ist es möglich, die Meßgenauig keit entweder zum Nachteil der Geschwindigkeit zu erhöhen oder umgekehrt. Diese Art ist für beliebige Arbeitsberei che von Temperatur und Drücken verwendbar. Vorteil der Schaltung ist, daß die Genauigkeit und Stabilität der Messung von einer begrenzten Anzahl Bauelemente - von dem ersten und zweiten Kondensator - abhängig sind. Der erste Kondensator muß zwar keinen genauen Wert ergeben, er muß aber zeitlich stabil und wämebeständig sein. Der zweite Kondensator muß zeitlich stabil und temperaturabhängig sein, weil er als ein Temperaturfühler arbeitet. Die Schaltung enthält keine Einstellelemente und erfordert nicht einmal die Bedingung, daß bei allen Meßröhren die Kapazität der einen Elektrode größer (bzw. kleiner) als die Kapazität der anderen Elektrode sein muß. Der weitere Vorteil ist, daß die Informationsübertragung zwischen dem ersten und zweiten Steuerblock, bzw. der ersten Ausgangs klemme durch zwei Kanäle geschieht, was einerseits die galvanische Trennung der Meßröhre erleichtert, anderer seits es ermöglicht, die Meßröhre in beträchtlichen Ent fernungen von der Auswertungs- und Anzeigeschaltung zu be treiben. Wenn der Membranvakuummeter in einer mit Rechner gesteuerten Anlage verwendet wird, kann dieser Rechner die Funktion des zweiten Steuerblocks, D/A-Umsetzers, Anzeige blocks und Eingabeblocks übernehmen und dieselben erset zen, so daß die ganze Schaltung wesentlich einfacher wird.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema der digitalen Druckmessung mit einem Membranvakuummeter;

Fig. 2 das Verfahren einer zweifachen linearen Approximation;

Fig. 3 ein konkretes Beispiel der Schaltung des Membranvakuummeters im Blockschaltplan, wobei der durch einen Rechner ersetzbare Teil der Schaltung graphisch mit einer starken unterbrochenen Linie abgetrennt ist.

Jeder Membranvakuummeter hat einen definierten Temperatur- und Druckarbeitsbereich. Die untere Grenze des Temperatur bereiches ist t ₁ und die obere Grenze ist t _m. Die untere Grenze des Druckbereichs ist p ₁ und die obere Grenze ist p _n. Der Temperaturbereich kann in m-1 Abschnitte mittels Temperaturen t _i geteilt werden, mit i = 1, 2, . . ., m. In analoger Weise kann der Druckbereich in n-1 Abschnitte pj unterteilt sein, mit j = 1, 2, . . ., n.

Bei der primären Kalibrierung werden folgende Messungen durchgeführt:

¹ C _E0 - mit dem ersten Kanal gemessener Kapazitätswert des Autokalibrierungsfühlers C _E bei der Bezugs temperatur t _o,
²C _E0-mit dem zweiten Kanal gemessener Kapazitätswert des Autokalibrierungsfühlers C _E bei der Bezugstemperatur t₀,
¹C _Ei-mit dem ersten Kanal gemessene Kapazitätswerte des Autokalibrierungsfühlers C _E, und zwar bei den Tempe raturen t _i, wobei i=1, 2, . . ., m,
²C _Ei-mit dem zweiten Kanal gemessene Kapazitätswerte des Autokalibrierungsfühlers C _E, und zwar bei den Tempe raturen t _i, wobei i=1, 2, . . ., m.
¹C _Ti-mit dem ersten Kanal gemessene Kapazitätswerte des Wärmefühlers C , und zwar bei den Temperaturen t _i, wobei i=1, 2, . . ., m,
²C _Ti-mit dem zweiten Kanal gemessene Kapazitätswerte des Wärmefühlers C _T, und zwar bei den Temperaturen t _i, wobei i=1, 2, . . ., m,
¹C _{Mi j}-mit dem ersten Kanal gemessene Kapazitätswerte der Meßelektrode C _M, und zwar bei den Temperaturen t _i und den Drücken p _j, wobei i=1, 2, . . ., m; j=1, 2, . . ., n,
²C _{Mi j}- mit dem zweiten Kanal gemessene Kapazitätswerte der Meßelektrode C _M, und zwar bei den Temperaturen t _i und den Drücken p _j, wobei i=1, 2, . . ., m; j=1, 2, . . ., n,
¹C _{Ki j}- mit dem ersten Kanal gemessene Kapazitätswerte der Kompensationselektrode C _K, und zwar bei den Tempera turen t _i und den Drücken p _j, wobei i=1, 2, . . ., m; j=1, 2, . . ., n,
²C _{Ki j}-mit dem zweiten Kanal gemessene Kapazitätswerte der Kompensationselektrode C _K, und zwar bei den Tempera turen t _i und den Drücken p _j, wobei i=1, 2, . . ., m; j=1, 2, . . ., n.

Es werden die Verhältnisse berechnet

wobei
i=1, 2, . . ., m (die Koeffizienten ¹k _i und ²k _i dienen zur Korrektur der Ver stärkungsänderungen mit der Temperatur)
und die Werte umgerechnet

wobei
i=1, 2, . . ., m;
j=1, 2, . . ., n
und das Verstärkungsverhältnis zwischen den Kanälen

(der Koeffizient k₀ wird zur Korrektur der mit dem zweiten Kanal gemessenen Werte verwendet, damit diese Werte den mit dem er sten Kanal gessenen Werten entsprechen).

In die Tabelle der resultierenden Werte werden folgende Daten eingetragen:

für i=1, 2, . . ., m

Wie aus den Gleichungen (3) und (4) klar wird, können bestimmte Werte auf mehrere Weisen erhalten werden, und deshalb können manche Messungen überflüssig sein.

Bei den eigentlichen Messungen werden dann folgende Wer te gemessen:
¹C _E-mit dem ersten Kanal gemessener Kapazitätswerte des Auto kalibrierungsfühlers C _E,
²C _E-mit dem zweiten Kanal gemessener Kapazitätswerte des Auto kalibrierungsfühlers C _E,
¹C _T-mit dem ersten Kanal gemessener Kapazitätswert des Wärme fühlers C _T,
²C _T-mit dem zweiten Kanal gemessener Kapazitätswert des Wär mefühlers C _T,
¹C _M-mit dem ersten Kanal gemessener Kapazitätswert der Meß elektrode C _M,
²C _M-mit dem zweiten Kanal gemessener Kapazitätswert der Meß elektrode C _M,
¹C _K-mit dem ersten Kanal gemessener Kapazitätswert der Kom pensationselektrode C _K,
²C _K-mit dem zweiten Kanal gemessener Kapazitätswert der Kom pensationselektrode C _K.

Es werden die Verhältnisse berechnet:

(die Koeffizienten ¹k und ²k dienen zur Korrektur der gemesse nen Werte mit Rücksicht auf die Verstärkung der Kanäle mit der Temperatur). Dann wird der Temperaturwert aus der Beziehung

und der Wert Δ C aus der Beziehung

berechnet. Aus den angeführten Beziehungen ergibt sich, daß es abhängig von der Abarbeitung des Algorithmus möglich ist, eini ge Messungen wegzulassen.

Der Wert C _T wird mit den in der Tabelle angeführten -Werten verglichen und es wird dasjenige i=a aufgesucht, für welches

gilt, und weiter wird das j=b aufgesucht, für welches

gilt und endlich wird aus den auf diese Weise festgestellten Werten

durch lineare Approximation (siehe Fig. 2) der resultierende Wert des gemesse nen Drucks p ermittelt.

Die Schaltung nach Fig. 3 besteht aus einer ersten Ein gangsklemme 12, einer zweiten Eingangsklemme 13, einem er sten Kondensator C _K, einem zweiten Kondensator C _T, einem Analogmultiplexer 2, einem ersten Multivibrator 3, einem zweiten Multivibrator 4, einem ersten Zähler 5, einem zweiten Zähler 6, einem ersten Steuerblock 7, einem zwei ten Steuerblock 8, einem D/A-Umsetzer 9, einem Anzeige block 10, einem Parametereingabe-Block 1, einer ersten Ausgangsklemme 14, einer zweiten Ausgangsklemme 15, einer dritten Ausgangsklemme 16, einer vierten Ausgangsklemme 17 und einer fünften Ausgangsklemme 18.

Die erste Eingangsklemme 12 ist mit dem ersten Eingang 21 und gleichzeitig mit dem sechsten Eingang 26 des Analog multiplexers 2 verbunden. Die zweite Eingangsklemme 13 ist mit dem zweiten Eingang 22 und gleichzeitig mit dem fünf ten Eingang 25 des Analogmultiplexers 2 verbunden. Zwi schen dem gemeinsamen Leiter und dem dritten Eingang 23 und gleichzeitig dem achten Eingang 28 des Analogmulti plexers 2 ist der erste Kondensator C _K angeschlossen. Zwi schen dem gemeinsamen Leiter und dem vierten Eingang 24 und gleichzeitig dem siebenten Eingang 27 des Analogmul tiplexers 2 ist der zweite Kondensator C _T angeschlossen. Der erste Ausgang 211 des Analogmultiplexers 2 ist mit dem Eingang 31 des ersten Multivibrators 3 verbunden, dessen Ausgang 32 mit dem ersten Eingang 51 des ersten Zählers 5 verbunden ist. Der zweite Ausgang 212 des Analogmulti plexers 2 ist mit dem Eingang 41 des zweiten Multivibra tors 4 verbunden, dessen Ausgang 42 mit dem ersten Eingang 61 des zweiten Zählers 6 verbunden ist. Der erste Mehr fachausgang 53 des ersten Zählers 5 ist mit dem ersten Mehrfacheingang 71 des ersten Steuerblocks 7 verbunden und der zweite Ausgang 54 des ersten Zählers 5 ist mit dem zweiten Eingang 72 des ersten Steuerblocks 7 verbunden. Der erste Mehrfachausgang 63 des zweiten Zählers 6 ist mit dem dritten Mehrfacheingang 73 des ersten Steuerblocks 7 verbunden und der zweite Ausgang 64 des zweiten Zählers 6 ist mit dem vierten Eingang 74 des ersten Steuerblocks 7 verbunden. Der erste Ausgang 75 des ersten Steuerblocks 7 ist mit dem zweiten Eingang 52 des ersten Zählers 5 und gleichzeitig mit dem zweiten Eingang 62 des zweiten Zäh lers 6 verbunden. Der zweite Ausgang 76 des ersten Steuer blocks 7 ist mit dem neunten Eingang 29 des Analogmulti plexers 2 verbunden. Der dritte Ausgang 77 des ersten Steuerblocks 7 ist mit dem zehnten Eingang 210 des Analog multiplexers 2 verbunden. Der vierte Ausgang 78 des ersten Steuerblocks 7 ist mit der ersten Ausgangsklemme 14 und gleichzeitig mit dem ersten Eingang 81 des zweiten Steuer blocks 8 verbunden. Der Mehrfachausgang 11 des Parameter eingabe-Blocks 1 ist mit dem zweiten Mehrfacheingang 82 des zweiten Steuerblocks 8 verbunden. Der erste Ausgang 83 des zweiten Steuerblocks 8 ist mit der zweiten Ausgangs klemme 15 verbunden. Der zweite Mehrfachausgang 84 des zweiten Steuerblocks 8 ist mit der dritten Mehrfachaus gangsklemme 16 verbunden. Der dritte Mehrfachausgang 85 des zweiten Steuerblocks 8 ist mit dem Mehrfacheingang 91 des D/A-Umsetzers 9 verbunden, dessen Ausgang 92 mit der vierten Ausgangsklemme 17 verbunden ist. Der vierte Mehr fachausgang 86 des zweiten Steuerblocks 8 ist mit dem Mehrfacheingang 101 des Anzeigeblocks 10 verbunden. Der fünfte Ausgang 87 des zweiten Steuerblocks 8 ist mit der fünften Ausgangsklemme 18 verbunden.

An die erste Eingangsklemme 12 und die zweite Eingangs klemme 13 sind die Elektroden der Meßröhre angeschlossen. Die Membrane der Meßröhre ist mit dem gemeinsamen Leiter (Erde) verbunden. Der erste Kondensator C _K ist für die Autokalibrierung des Gerätes vorgesehen, der zweite Kon densator C _T dient zur Temperaturmessung. Der neunte Ein gang 29 und der zehnte Eingang 210 des Analogmultiplexers 2 sind Adreßeingänge. Mit logischen Signalen können vier Kombinationen gebildet werden: erstens ist es möglich, zu dem ersten Ausgang 211 des Analogmultiplexers 2 die erste Meßelektrode der Meßröhre anzuschließen und gleichzeitig zu dem zweiten Ausgang 212 des Analogmultiplexers 2 die zweite Meßelektrode der Meßröhre anzuschließen, oder zwei tens ist es möglich, zu dem ersten Ausgang 211 des Analog multiplexers 2 die zweite Meßelektrode der Meßröhre anzu schließen und gleichzeitig zu dem zweiten Ausgang 212 des Analogmultiplexers 2 die erste Meßelektrode der Meßröhre anzuschließen, oder drittens ist es möglich, zu dem ersten Ausgang 211 des Analogmultiplexers 2 die Ausführung des ersten Kondensators C _K anzuschließen und gleichzeitig zu dem zweiten Ausgang 212 des Analogmultiplexers 2 die Aus führung des zweiten Kondensators C _T anzuschließen, und zu letzt, viertens ist es möglich, zu dem ersten Ausgang 211 des Analogmultiplexers 2 die Ausführung des zweiten Kon densators C _T anzuschließen und gleichzeitig zu dem zweiten Ausgang 212 des Analogmultiplexers 2 die Ausführung des ersten Kondensators C _K anzuschließen. Die Frequenz am Aus gang 32 des ersten Multivibrators 3 und die Frequenz am Ausgang 42 des zweiten Multivibrators 4 sind der zugefüg ten Kapazität proportional.

Die Messung verläuft in drei oder vier Phasen. In der er sten Phase wird die Frequenz des ersten Multivibrators 3 mit der Kapazität der ersten Meßelektrode der Meßröhre be stimmt, die Frequenz des zweiten Multivibrators 4 wird mit der Kapazität der zweiten Meßelektrode der Meßröhre be stimmt. In der zweiten Phase wird die Frequenz des ersten Multivibrators 3 mit der Kapazität der zweiten Meßelektro de der Meßröhre bestimmt, die Frequenz des zweiten Multi vibrators 4 wird mit der Kapazität der ersten Meßelektrode der Meßröhre bestimmt. Diese Phase kann in Abhängigkeit von dem Algorithmus weggelassen werden. In der dritten Phase wird die Frequenz des ersten Multivibrators 3 durch den ersten Kondensator C _K, die Frequenz des zweiten Multi vibrators 4 durch den zweiten Kondensator C _T bestimmt. In der vierten Phase wird die Frequenz des ersten Multivibra tors 3 durch den zweiten Kondensator C _T, die Frequenz des zweiten Multivibrators 4 durch den ersten Kondensator C _K bestimmt. Die Phasenfolge kann beliebig sein und sie ist mit Hilfe der logischen Signale an dem neunten und zehnten Eingang 29, 210 des Analogmultiplexers 2 bestimmt.

Die Pulse von dem ersten Multivibrator 3 werden dem ersten Eingang 51 des ersten Zählers 5 zugeführt, die Pulse von dem zweiten Multivibrator 4 werden dem ersten Eingang 61 des zweiten Zählers 6 zugeführt. Der erste Zähler 5 und der zweite Zähler 6 arbeiten als ein Frequenzteiler. Dem nach befindet sich an dem zweiten Ausgang 54 des ersten Zählers 5 eine n-mal kleinere Frequenz als an dessen er stem Eingang 51 und entsprechend ist es bei dem zweiten Zähler 6.

Die Funktion einzelner Elemente im Verlauf jeder Phase ist identisch. Der Wert Δt (die Zeit, während welcher der erste und zweite Zähler 5, 6 die Pulse zählen) kann zwar im allgemeinen für jede Phase unterschiedlich sein, wenn dieser Wert für die erste und zweite Phase sowie für die dritte und vierte Phase gleich ist.

Am Anfang der Phase ist der Pulseingang in den ersten und zweiten Zähler 5, 6 durch das Signal an deren zweitem Ein gang 52, 62 blockiert. Der erste Steuerblock 7 bestimmt die Phase mittels logischer Signale an seinem zweiten und dritten Ausgang 76, 77. Durch seinen ersten Mehrfachein gang 71 liest der erste Steuerblock 7 den Zustand des er sten Zählers 5, den Zustand des zweiten Zählers 6 liest er durch seinen dritten Mehrfacheingang 73. Nachfolgend gibt der erste Steuerblock 7 durch seinen ersten Ausgang 75 für die Zeit Δt den ersten und zweiten Zähler 5, 6 frei; die beginnen zu zählen und an deren zweiten Ausgängen 54, 64 werden die Überträge generieren. Der erste Steuerblock 7 zählt die Pulszahl von dem ersten und zweiten Zähler 5, 6 an seinem zweiten und vierten Eingang 72, 74. Nach Ablauf der Zeit Δt sperrt der erste Steuerblock 7 wieder mit seinem ersten Ausgang 75 die Pulseingänge des ersten und zweiten Zählers 5, 6 und liest deren Zustand durch seinen ersten und dritten Mehrfacheingang 71, 73. Damit ist diese Phase beendet. Der erste und zweite Zähler 5, 6 dienen da zu, den ersten und zweiten Multivibrator 3, 4 auf einer höheren Frequenz arbeiten zu lassen, als der erste Steuer block 7 an seinem zweiten und vierten Eingang 72, 74 ver arbeiten kann. So wird die Geschwindigkeit bzw. Meßgenauig keit größer.

Im Speicher des ersten Steuerblocks 7 werden nach Beendi gung von allen vier Meßphasen die resultierenden Pulszah len gespeichert:

c₁₁-entspricht der mit dem ersten Multivibrator 3 ge messenen Kapazität der ersten Meßelektrode der Meßröhre,
c₁₂-entspricht der mit dem zweiten Multivibrator 4 ge messenen Kapazität der ersten Meßelektrode der Meßröhre,
c₂₁-entspricht der mit dem ersten Multivibrator 3 ge messenen Kapazität der zweiten Meßelektrode der Meßröhre,
c₂₂-entspricht der mit dem zweiten Multivibrator 4 ge messenen Kapazität der zweiten Meßelektrode der Meßröhre,
c _K1-entspricht der mit dem ersten Multivibrator 3 ge messenen Kapazität des ersten Kondensators C _K,
c _K2-entspricht der mit dem zweiten Multivibrator 4 ge messenen Kapazität des ersten Kondensators C _K,
c _T1-entspricht der mit dem ersten Multivibrator 3 ge messenen Kapazität des zweiten Kondensators C _T und
c _T2-entspricht der mit dem zweiten Multivibrator 4 ge messenen Kapazität des zweiten Kondensators C _T.

Der erste Steuerblock 7 übergibt an seinem vierten Ausgang 78 diese Informationen an die erste Ausgangsklemme 14 und gleichzeitig in den ersten Eingang 81 des zweiten Steuer blocks 8. Der zweite Steuerblock 8 errechnet danach die effektiven Druckwerte mittels Korrektur des gemessenen Drucks in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur und des gemessenen Kalibrierwerts. Dabei nutzt er die gespei cherten, bei der primären Eichung des Vakuummeters ge wonnenen Kalibrierwerte und . Durch das Verhältnis und dividiert er die zugehörigen ge messenen Temperatur- und Druckwerte, wodurch die Korrektur der Parameteränderung des Gerätes (Alterung der Widerstän de, Speisespannung-Änderung usw.) durchgeführt wird. Die umgerechneten Temperatur- und Druckwerte werden mit der bei der primären Eichung des Vakuummeters gewonnenen Tabelle der Temperaturen und Drücke verglichen, und dann wird die Druckberechnung durchgeführt. Den ermittelten Druck- und Temperaturwert, bzw. die Grenz- und Havariezu stände übergibt der zweite Steuerblock 8 durch seinen er sten Ausgang 83 an die zweite Ausgangsklemme 15 in Form eines seriellen Signals und durch seinen zweiten Mehrfach ausgang 84 an die dritte Mehrfachausgangsklemme 16 in Form eines Parallelsignals. Der zweite Steuerblock 8 übergibt den gemessenen Druckwert durch seinen dritten Mehrfachaus gang 85 an den Mehrfacheingang 91 des D/A-Umsetzers 9, der dann an seinem Ausgang 92 dasjenige Analogsignal gene riert, das dem Druck in die vierte Ausgangsklemme 17 pro portional ist. Ferner generiert der zweite Steuerblock 8 an seinem vierten Mehrfachausgang 86 Signale für die Steuerung des Anzeigeblocks 10 und er übergibt ebenfalls die gemessenen Druck- bzw. Temperaturwerte und das Vor kommen von Havariezuständen (Druck außerhalb des Berei ches, Temperatur außerhalb des Bereiches usw.).

Der Parametereingabe-Block 1 dient zur Übergabe der Infor mationen vom Bedienungspersonal, wie z. B. die zulässige obere Druckgrenze, die zulässige untere Druckgrenze, Ge schwindigkeit der seriellen Übertragung der zweiten Ausgangsklemme 15, Wahl von Einheiten (Torr, Pa. mmHg) u. ä. Die Informationen übergibt (der Block) über seinen Mehrfachausgang 11 an den zweiten Mehrfacheingang 82 des zweiten Steuerblocks 8.

Der fünfte Ausgang 87 des zweiten Steuerblocks 8 arbeitet als ein Pegelschalter, dessen Grenzen mit der oberen zu lässigen und der unteren zulässigen Druckgrenze bestimmt sind.

Claims

1. Verfahren zur digitalen Druckmessung mittels Membranva kuummeter in einem Temperaturbereich von t ₁ bis t _m und einem Druckbereich von p ₁ bis p _n mit einem Wärmefühler, einem Autokalibrierungsfühler und mit zwei Umsetzern der Kapazität in eine Pulsanzahl, dessen Meßröhre eine Mem brane und Meß- und Kompensationselektroden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei der primären Kalibrierung in einer Tabelle die mit jedem Kanal separat gemessenen, unter m Temperaturen und n Drücken im Arbeitsbereich des Vakuummeters ermittelten Werte der Meß- und Kompensationselektrode gespeichert wer den, ferner die Kapazität des Wärmefühlers mit jedem Kanal separat unter m Temperaturen und die Kapazität des Autoka librierungsfühlers mit jedem Kanal separat unter der rela tiven Temperatur t _o und gleichzeitig unter m Temperaturen gemessen werden, alle gemessenen Werte der Meßelektrode und des Wärmefühlers für den ersten Kanal mit dem Verhält nis der mit dem ersten Kanal gemessenen Kapazität des Autokalibrierungsfühlers bei t ₁ bis t _m Temperaturen zu der mit demselben Kanal unter der relativen Temperatur t _o ge messenen Kapazität desselben Fühlers berechnet werden, und für den zweiten Kanal mit dem Verhältnis der mit dem zwei ten Kanal gemessenen Kapazität des Autokalibrierungsfüh lers bei t ₁ bis t _m Temperaturen zu der mit demselben Kanal unter der relativen Temperatur gemessenen Kapazität des selben Fühlers, ein Verstärkungsverhältnis zwischen den Kanälen unter der relativen Temperatur t _o von der Größe der Differenz der mit dem zweiten Kanal gemessenen Kapa zität des Autokalibrierungsfühlers zu der mit dem ersten Kanal gemessenen Kapazität desselben Fühlers eingeführt werden und nachfolgend in die Tabelle der resultierenden Werte der Kalibrierung die mit jedem Kanal separat unter der relativen Temperatur t _o gemessene Kapazität, die umge rechneten und durch das Verhältnis der Verstärkung umge formten, unter m Temperaturen gemessenen Kapazitäten des Wärmefühlers und der umgerechnete und durch das Verhältnis der Verstärkung umgeformte Wert der Differenz der Kapazi täten von der Meß- und Kompensationselektrode, die bei m Temperaturen und n Drücken ermittelt wurde, gespeichert werden, worauf bei den eigentlichen Messungen die Kapazi täten der Meß- und Kompensationselektrode, des Autokali brierungsfühlers mit jedem Kanal separat gemessen werden, die mit jedem Kanal separat gemessenen Kapazitäten des Autokalibrierungsfühlers mit der bei der primären Kali brierung unter der relativen Temperatur t _o ermittelten Kapazität desselben Fühlers verglichen werden, die übrigen mit demselben Kanal gemessenen Werte mit festgestellten Verhältnissen umgeformt werden und aus den auf diese Weise umgerechneten Werten die Differenz der Kapazitäten der Meß- und Kompensationselektrode festgestellt wird, durch deren Vergleichung mit der zusammengestellten Tabelle der resultierenden Werte bei der zweifachen linearen Approxi mation der reale Druckwert bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur digitalen Druckmessung mit einem Mem branvakuummeter bestehend aus Eingangsklemmen, Kondensa toren, einem Analogmultiplexer, Multivibratoren, Zählern, Steuerblöcken, einem D/A-Umsetzer, einem Anzeigeblock, einem Parametereingabe-Block und Ausgangsklemmen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eingangsklemme (12) mit dem ersten Eingang (21) und gleichzeitig mit dem sechsten Eingang (26) des Analogmultiplexers (2) verbunden ist, die zweite Eingangs klemme (13) mit dem zweiten Eingang (22) und gleichzeitig mit dem fünften Eingang (25) des Analogmultiplexers (2) verbunden ist, zwischen dem gemeinsamen Leiter und dem dritten Eingang (23) und gleichzeitig dem achten Eingang (28) des Analogmultiplexers (2) der erste Kondensator (C ) angeschlossen ist, zwischen dem gemeinsamen Leiter und dem vierten Eingang (24) und gleichzeitig dem siebenten Ein gang (27) des Analogmultiplexers (2) der zweite Kondensa tor (C _T) angeschlossen ist, der erste Ausgang (211) des Analogmultiplexers (2) mit dem Eingang (31) des ersten Multivibrators (3) verbunden ist, dessen Ausgang (32) mit dem ersten Eingang (51) des ersten Zählers (5) verbunden ist, der zweite Ausgang (212) des Analogmultiplexers (2) mit dem Eingang (41) des zweiten Multivibrators (4) ver bunden ist, dessen Ausgang (42) mit dem ersten Eingang (61) des zweiten Zählers (6) verbunden ist, der erste Mehrfacheingang (53) des ersten Zählers (5) mit dem ersten Mehrfacheingang (71) des ersten Steuerblocks (7) verbunden ist, der zweite Ausgang (54) des ersten Zählers (5) mit dem zweiten Eingang (72) des ersten Steuerblocks (7) ver bunden ist, der erste Mehrfachausgang (63) des zweiten Zählers (6) mit dem dritten Mehrfacheingang (73) des er sten Steuerblocks (7) verbunden ist, der zweite Ausgang (64) des zweiten Zählers (6) mit dem vierten Eingang (74) des ersten Steuerblocks (7) verbunden ist, der erste Aus gang (75) des ersten Steuerblocks (7) mit dem zweiten Ein gang (52) des ersten Zählers (5) und gleichzeitig mit dem zweiten Eingang (62) des zweiten Zählers (6) verbunden ist, der zweite Ausgang (76) des ersten Steuerblocks (7) mit dem neunten Eingang (29) des Analogmultiplexers (2) verbunden ist, der dritte Ausgang (77) des ersten Steuer blocks (7) mit dem zehnten Eingang (210) des Analogmulti plexers (2) verbunden ist und der vierte Ausgang (78) des ersten Steuerblocks (7) mit der ersten Ausgangsklemme (14) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem vierten Ausgang (78) des ersten Steuer blocks (7) und der ersten Ausgangsklemme (14) der erste Eingang (81) des zweiten Steuerblocks (8) angeschlossen ist, der Mehrfachausgang (11) des Parametereingabe-Blocks (1) mit dem zweiten Mehrfacheingang (82) des zweiten Steuerblocks (8) verbunden ist, der erste Ausgang (83) des zweiten Steuerblocks (8) mit der zweiten Ausgangsklemme (15) verbunden ist, der zweite Mehrfachausgang (84) des zweiten Steuerblocks (8) mit der dritten Mehrfachausgangs klemme (16) verbunden ist, der dritte Mehrfachausgang (85) des zweiten Steuerblocks (8) mit dem Mehrfacheingang (91) des D/A-Umsetzers (9) verbunden ist, dessen Ausgang (92) mit der vierten Ausgangsklemme (17) verbunden ist, der vierte Mehrfachausgang (86) des zweiten Steuerblocks (8) mit dem Mehrfacheingang (101) des Anzeigeblocks (10) ver bunden ist und der fünfte Ausgang (87) des zweiten Steuer blocks (8) mit der fünften Ausgangsklemme (18) verbunden ist.