DE3200362C2

DE3200362C2 - Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von Meßwertaufnehmern oder Meßwertaufnahmesystemen mit piezoelektrischen Meßelementen

Info

Publication number: DE3200362C2
Application number: DE3200362A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Graz Krempl; Friedrich Dipl.Ing. Ruckenbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1982-01-08
Publication date: 1984-03-01
Also published as: CH657457A5; US4467271A; DE3200362A1; AT369549B; ATA61381A

Abstract

Am vorhandenen Ableitanschluß eines piezoelektrischen Meßwertaufnehmers ist ein Wechselspannungsgenerator anschließbar, der über den inversen piezoelektrischen Effekt mechanische Schwingungen des Aufnehmers anregt. Zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften des Aufnehmers ist eine Subtraktionseinheit vorgesehen, an deren einem Eingang das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators liegt und deren anderer Eingang mit dem Ableitanschluß des Meßwertaufnehmers verbindbar ist. Eine Auswerteeinheit ist mit dem Ausgang der Subtraktionseinheit verbunden, welche das als Differenz aus dem Antwortsignal des Meßwertaufnehmers und einem dem Anregungssignal proportionalen Signal gewonnene Meßsignal anzeigt bzw. weiterverarbeitet.

Description

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zu prüfende Mcßwertaufnehmer einen zweipoligen Ableitanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer im spannungsseitigen Teii des einseitig geerdeten Spannungsteilers liegt (F ig. 1,3).

6. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionseinheit (10; 10'; 10"; 10'"; 10"") einen Differenzverstärker (7; 17) oder einen Operationsverstärker (30; 44; 54) mit Differenzverstärkereingang beinhaltet.

7. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

6, dadurch gekennzeichnet, inß im Meßsystem ein weiterer abgleichbarer Span·, ngsteiler vorgesehen ist, der mit der Subtraktionseinheit verbunden ist und eine Subtraktionsspannung liefert, mit welcher die aufgrund der Parallelwiderstände des zu prüfenden Meßwertaufnehmers oder des Anschlußkabels auftretende elektrische Rückwirkung des Anregungssignals kompensiert ist

8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Subtraktionsspanr-mg liefernde weitere Spannungsteiler grob auf eine jeweils zu prüfende Serie von gleichartigen Meßwertaufnehmern abgleichbar ist, daß sowohl das Anregungssignal als a ich das Antwortsigna! 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 Meßbrückenschaltung 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 Anregungssignais kompensiert, und daß die Umgebungsbedingungen des zu prüfenden Meßwertaufnehmers zur Simulierung von verschiedenen Anwendungsbedingungen veränderbar sind.

10. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Messung mit dem zu prüfenden Meßwertaufnehmer

jo im normalen Meßbetrieb üblicherweise vorhandene Ladungsverstärker unmittelbar auch einen Teil der Subtraktionseinheit bilden.

11. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem

η in unmittelbarer Nähe des zu prüfenden Meßwertaufnehmers angeordnet, vorzugsweise direkt in diesen integriert ist.

12. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer (42) zur Steuerung des Prüfvorganges und/oder zur Signalverarbeitung umfaßt iFi e. 4).

Die F.rfirdung betnffl eine Prüfeinrichtung zur BiStimmung der Schwingungseigenschaften von Meßwertaufnehmern oder Meßwertaufnahmesystemen mit

5(> piezoelektrischen Meßelementen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von piezoelektrischen Meßwertaufnehmern. welche üblicherweise zur Umsetzung von Zustandsänderungen mechanischer Art. wie etwa Druckänderungen. Beschleunigungen od. dgl, in elektrische Signale dienen, sind mehrere Methoden bzw. Prüfeinrichtungen bekannt im einfachsten FaIi wird eine mechanische Stoßanregung der piezoelektrischen Meßelementc

wi durch den Aufprall einer Kugel dazu benutzt, um die Mcßclemente zu schwach gedämpften Schwingungen anzuregen, die an einem am vorhandenen Ableilanschluß des zu prüfenden Meßwertaufnehmers angeschlossenen Speicheroszillographen ausgezählt werden.

*»■> Diese beispielsweise aus »W. GOHLKE: Mechanischelektrische Meßtechnik, 1955, Seite 125 f« bekannte Methode hat den entscheidenden Nachteil, daß durch die mechanische Stoßanregung nur eine gedämpfte

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Schwingung in einer Eigenfrequenz der jeweiligen Meßelemente angeregt werden kann und damit eine umfassende Aussage für das Schwingungsverhalten des Meßwenaufnehmers nichi möglich ist.

Weitere bekannte Prüf einrichtungen zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von piezoelektrischen Meßwertaufnehmern funktionieren auf ähnliche Weise über eine Anregung der piezoelektrischen Meßelemente durch Stoßwellen — beispielsweise erzeugt durch ein Stoßwellenrohr — oder durch pneumatisch oder hydraulisch erzeugte Drucksprfinge, wobei in diesen Fällen ebenfalls das über den piezoelektrischen Effekt erhaltene Antwortsignal ausgewertet vVii„ Diese Methoden bzw. Prüfeinrichtungen werden hu..,« hauptsächlich für instationäre Messungen, wie etwa in der Ballistik, herangezogen, ergeben '-^v^ch aufgrund der begrenzter; Anregiingsmögliehkei'-η kein vollständiges Bild der Schwingungseigc i-chafien der geprüften Meßwertaufnehmer.

Weiters sind Meßanordnungen bekannt, die über elektrodynamische Schwingungssysteme sinusförmige Schwingamplituden erzeugen, wobei die auf den zu prüfenden Meßwertaufnehmer beispielsweise auf einem sogenannten Rütteltisch übertragenen Schwingungen über ein Meß- und Regelsystem auf konstante Werte eingeregelt werden. Diese Prüfung wird hauptsächlich zur Vermessung von Accelerometem mit niedriger Eigenfrequenz herangezogen, da mit den elektrodynamischen Schwingsystemen nur ein kleiner Frequenzbereich bis einige kHz überstrichen werden kann und auch sehr aufwenidge Meßapparaturen erforderlich sind.

Schließlich ist es. beispielsweise ebenfalls aus der genannten Literaturstelie auch bekannt, die piezoelektrischen Meßelemente eines Meßwertaufnehmers über den inversen piezoelektrischen Effekt zu mechanischen Schwingungen anzuregen und diese Schwingungen sodann über einen in der Prüfeinrichtung außerhalb des zu prüfenden Meßwenaufnehmers 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 /u messenden Druck beaufschlagbaren Membran in Verbindung stenen. wird dabei üblicherweise diese Membran unmittelbar als ein? Elektrode des Auswertckondensators verwendet. Eine ähnliche bekannte Prüfeinrichtung basiert darauf.daß die piezoelektrischen Meßelemente des Meßv. ertaufnehmers direkt über die elektrostatische Anziehung, die zwischen einer äußeren Elektrode und de^r 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 alisreichend ist. Abgesehen davon haben die beiden zuletzt genannten bekannfen 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 Mt-öwertaumehmer selbst bzw. seine Membrane muß wetters hochpräzise poliert werden um das Anlegen der erforderlichen hohen Gleich- bzw. Wechselspannungen zu ermöglichen.

Aus der DE-OS 28 22 ^9 ist in ähnlichem Zusammenhang eine Komparatorschaltung bzw. Regelschaltung bekannt, bei der der Betrag der Amplitudenhöhe, die über einen vorgeschalteten Gleichrichter ermittelt wird, mit einer vorgegebenen oder eraeugten Gleichspan-

• nung verglichen und als Regel- bzw. Steuergröße für die Fortsetzung der Resonanzmessung verwendet wird.

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 Meßwertaufneh-■ mer zu berücksichtigen, weiche 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 unterwor- > fen ist. weiche sich in ungünstige 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, -ine Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es möglich ist, ausschließlich über die beim jeweiligen Meßwertaufnehmer für die Ladungsableitung im normalen Meßbetrieb vorgesehenen Ableitanschlüsse die Schwingungseigtnschaften des

ι» Meßwenaufnehmers zu prüfen, auch wenn dieser am Orte seiner normalen Verwendung zur Aufnahme von Meßwerten angeordnet ist.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Ausbildung erreicht. Die

}ί über den für die Durchführung der Prüfung an der normalen Ableitanschlüssen des Meßwertaufnehme-'s angeschlossenen Wechseispannungsgenerator 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

⁴' die Schwingungseigenschaften des geprüften Meßwenaufnehmers kennzeichnende Meßsignal als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssignal des Wechselspannungsgeneralors erhalten wird. Die angeschlossene Auswerteeinrichtung kann

>" nun beispielsweise da,"u dienen, dieses Meßsignal über in der Elektronik übliche Gleichrichtungsschaltungen in en i.mplitudenproponior.ales Gleichspannungssignal umzusetzen und etwa zusätzlich auch die Phasenlage dieses Meßsignals in bezug auf das AnregunESSisnal

⁵^ über Phasenmeßschaltungen zu bestimmen. Diese das Meßsignal in eindeutiger Weise bestimmenden Werte können sodann beispielsweise analog oder digital angezeigt, auf eine.n Schreiber ausgeschrieben, oder in einem Speicher zur WeiierverarDeiiung abgespeichert

6i) werden. Mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung ist es also auch möglich, einen beispielsweise in eine Indizierbohrung einer Druckraumbegrenzung eingesetzten Meßwertau^rnehmer lediglich durch Verbinden von dessen vorhandenen Ableitanschlüssen mit dem

^b- elektrischen Meßsystem im bezug auf seine Schwingungseigenschaften zu untersuchen. Damit sind sämtliche im Normaleinsat7 des Meßwenaufnehmers dessen Funktion und insbesondere Schwingungseigenschaften

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beeinflussenden Umgebungseinflüsse bei der Bestimmung der Schwingungseigenschaften mit der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung direkt mitberücksicntigbar, was eine sehr praxisnahe Prüfung erlaubt.

Über einen im Anspruch 2 beschriebenen Spannungsteiler können dia phasendrehenden Glieder des MeÖsyslems, wie Kabelkapazitätert, Eingangskapazitäten der Subtraktionseinheit, Streukapazitäten im Meß' wertaufnehmer sowie die Kapazität der Meßelemente selbst kompensiert werden. Dabei ist es insbesonders ro vorteilhaft wenn gemäß Anspruch 3 der Spannungsteiler ein einstellbares Glied aufweist über welches auch die unterschiedlichen Eigenschaften von verschiedenen Meßwertaufnehmern bzw. Meßwertauf nähme vstemen berücksichtigt werden können. π

Durch Anordnung de-, vorzugsweise mit phasendrehenden Widerständen oder einer Kombination von phasendrehenden und ohmschen Widerständen versehenen Spannungsteilers gemäß Anspruch 4 ist eine Impedanzschaltung gebildet, bei der der zu prüfende 2a Meßwertaufnehmer in jede geerdete Prüfeinrichtung ohne weitere Vorkehrungen eingebaut werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft für piezoelektrische Meßwertaufnehmer mit einem Ladungsaufnahmekcntakt, bei dem eine Elektrode des Meßelementes mit dem Gehäuse des Meßwertaufnehmers leitend verbunden ist

Sofern der zu prüfende Meßwertaufnehmer einen zweipoligen Ableitanschluß aufweist, kann die Prüfeinrichtung in vorteilhafter Ausgestaltung gemäß Anspruchs aufgebaut sein, 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, so daß nur die 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 -w der Meßempfindlichkeit. Da beispielsweise bei Feldeffekttransistoren die Eingangswiderstände in der Größenordnung von ΙΟ¹⁴ Ohm und die Eingangskapazitäten bei 3OpF liegen, können damit sehr empfindliche Prüfeinrichtungen auch für extrem kleine piezoelektrisehe 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 Wechselspannungseenerators an das Gehäuse des Meßwertaufnehmers angelegt und das Antwortsignal am Ladungsabnahmekontakt abgenommen, wobei jedoch ein Kompensaiionswiderstand angeschlossen sein muß.

Am Ausgang des im Anspruch 6 spezifizierten Verstärkers v/ird unmittelbar die elektrische Rückwirkung des piezoelektrischen Meßelementes als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssigna! erhalten, soferne die noch vorhandenen f>o Teile des Anregungssignals sauber vom Antwortsignal getrennt sind, wozu insbesonders eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung dieses Verstärkers beiträgt

Die aufgrund der Parallelwiderstände des zu prüfenden Meßwertaufnehmers bzw. des Anschlußkabels t>5 auftretende elektrische Rückv/irk ng des Anregungssignak kann vorteilhaft wie im Ansj. jeh 7 beschrieben kompensiert sein. Das eigentfiche MeßsignaL also die

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55 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 Meßwertaüfnchmers bzw. Meßwertaufnahmesystems anregen ausgemessen und der Anteil des Anregungssignals im Antwortsigna! auf diese Weise rechnerisch ermittelt werden. Ein Feinabgleich »;ieser Parallelwiderstände kann beispielsweise auch durch Einstellt! :g 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 Meßsignals wenn der weitere Spannungsteiler nicht richtig abgestimmt ist als Meßgröße ausgewertet werden.

Durch die bei der Wei.erbildung gemäß Anspruch 8 zumindest teilweise erfolgende analoge Subtraktion der abzuziehenden Teile des Anregungssignals ist ein Grobabgleich der Prüfeinrichtung auf die Art der jeweils zu prüfenden Meßwertaufnehmer 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 gemäß Anspruch 9 ausgebildet sein, was es auf sehr einfache Weise ermöglicht, das Schwingungsverhalten eines zu prüfenden Meßwertaufnehmers in Abhängigkeit von wechselnden äußeren Einflüssen wie beispielsweise Druck oder Temperatur od. 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 Umgebungsbedigungen für den zu prüfenden Meßwertaufnehmer signifikant sein.

Mit der im Anspruch 10 beschriebenen Maßnahme 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 dabei die Ausbildung nach Anspruch 11. da damit die negativen Auswirkungen längerer Anschlußkabel auf die Meßgenauigkeit entfallen.

Schließlich kann mit der im Anspruch 12 beschriebenen Maßnahme die gesamte Prüfprozedur vereinfacht werden.

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

F i g. 1 zeigt die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung für einen Meßwertaufnehmer mit zweipoliger Ableitung in Admiltanzschaltung.

Fi g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung für einen Meßwertaufnehmer mit einpoliger Ableitung in Impedanzschaltung,

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einer Meßbrückenschaltung,

Fig.4 zeigt eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung mit eintiif Synchrongleichrichter, und
! Fi g. 5;zeigt ein anderes Ausfdhruhgsbeispiel nach der Erfindürig-rnit einem Ladungsverstärker.

Die Prüfeinrichtung nach Fig. 1 zeigt einen zu prüfenden Meßwertaufnehmer mit zwei Ladungsabnahmekontakten i, 2, wobei das piezoelektrische Meßelement 3 gegenüber dem Gehäuse 4 des Meßwertaufnehmers elektrisch isoliert eingebaut ist. Diese Prüfeinrichtung beinhaltet einen durchstimmbaren 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 Wechselspannungsmeßgerät 8 zur Anzeige des Meßsignals angeschlossen. Der Widerstand 9 dient zur Kompensation des Eingangsstromes und bildet mit dem Eingangswiderstand des nicht-invertierenden Einganges des Spannungsteilers mit dem piezoelektrischen Sensor einen Spannungsteiler an dem das Antwortsignal des Sensors abgenommen wird. Die Kompensation des Anteiles des Anregungssignales vom Antwortsignal wird iurch 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.

F i g. 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 Differenzverstärker 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 Meßwertaufnehmer 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 dahei zur Kompensation ohmscher Verluste in den Leitungen und im Meßwertaufnehmer selbst sowie des Eingangswiderstandes und zur Verbesserung der Gleichtaktunterdrükkung 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 Meßweriaufnehmer mit nur einem eigenen Ladungsabnahmekontakt müßte das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators 25 an das Gehäuse 24 des Meßwertcufnehmers und der Ladungsabnahmekontakt an die Widerstände 27, 28, 29 und an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 angelegt werden. Die Subtraktionseinheit ist auch hier wiederum strichpunkterl umgrenzt und mit 10" bezeichnet. Am Ausgang der Subtraktionseinheit 10" ist wiederum ein

ίο Wechselspannungsmeßgerät 31 zur Anzeige der Amplitudenhöhe des Meßsignals angeschlossen.

F i g. 4 zeigt eine Prüfeinrichtung mit einem steuerbaren Wechselspannungsgenerator 35 sowie einem über eine Kapazitätsdiode 33 abstimmbaren Spannungsteiler 36, über welchen die Phasendrehung des vom Antwortsignal des zu prüfenden Meßwertaufnehmers 32 abzuziehenden Subtraktionssignals durch einen Mikroprozessor 42 über einen Analog-Digital-Konverter43 eingestellt werden kann. Das Meßsigna! wird über den phasendrehenden Widerstand 39. 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 die elektrische Rückwirkung des Meßwertaufnehmers als Wechselspannungssignal, (n der angeschlossenen Synchrongleichrichterschaltung erfolgt durch die Multiplizierer 37 eine phasenstarre Gleichrichtung des Meßsignals, die durch einen integrierten Tiefpaß 38 von den hochfrequenten Multiplikationsprodukten abgetrennt wird. Durch eine um 90° verschobene Synchrongleichrichtung wird der Vektoranteil des phasenverschobenen Signals der elektrischen Rückwir-

kung erhalten. Über einen Multiplexer 40 und den Analog-Digital-Wandler41 werden die Amplitudenvektoren 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 Meßwertaufnehmers 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 alternativ die Schwingungseigenschaften des Meßwertaufnehmers 51 bestimmt werden können oder unmittelbar Messungen mit dem Meßwertaufnehmer 51

so durchführbar sind. Der Wechselspannungsgenerator 55 liefert das Anregungssignal, das über sine Schaltebene 53a an einen phaseneinstellbaren 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, 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 frequenzproportionale Spannung des Wechselspannungsgenerators 55 liegt, eine Frequenzcharakteristik des geprüften Meßwertaufnehmers ausgeschrieben. Durch Umschalten des die Schaltebenen 53a, 53Ä und 53c aufweisenden Schalters wird der Operationsverstärker 54 zu einem Ladungsverstärker,

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dessen Ausgaiigssignal ίη einem intern oder extern getriggerten CCD-Speicher 59 zwischengespeichert und über den Schreiber 6Ö ausgeschrieben werden kann. Die eigentliche Subtraktionseinheit ist hier mit iO"" bezeichnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

32 OO 362 Patentansprüche:

1. Prüfeinrichtung zur Bestimmung der Schwingungseigenschaften von Meßwertaufnehmern oder Meßwertaufnahmesystemen mit piezoelektrischen Meßelementen, mit einem am vorhandenen Ableitanschluß des zu prüfenden Meßwertaufnehmers anschiießbaren Wechselspannungsgenerator zur Erregung mechanischer Schwingungen des Meßelementes über den inversen piezoelektrischen Effekt und einem Meßsystem zur Messung dieser Schwingungen, weiches mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem eine Subtraktionseinheit (10; 10'; 10" j 10"'; 10"") umfaßt, an deren einem Eingang das Anregungsäignai des Vreehseispannungsgenerators (5; 15: 25; 35; 55) liegt und deren anderer Eingang für die Durchführung der Prüfung mit der Ablettanschluß (2; 11; 22) des Meßwertaufnehmer, verbindbar ist, womit der vom Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators (5; 15; 25; 35; 55) stammende Anteil im Antwortsignal des geprüften Meßwertaufnehmers (4; 14; 24; 32; 51) von diesem abziehbar ist, so daß dadurch unmittelbar das die Schwingungseigenschaften des geprüften Meßwertaufnehmers kennzeichnende Meßsignal als Wechselspannungssignal mit gleicher Frequenz wie das Anregungssignal des Wechselspannungsgenerators erhalten, una in der mit dem Ausgang der Subtraktionseinheit (10; 10'; 10"; 10'"; 10"") verbundenen Auswerteeimichtung (8; 18,20; 31; 42, 45; 58', 60) angezeigt oder weiter erarbeitet werden kann.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem zusätzlich einen eigenen Spannungsteiler (6; 16; 36; 52) beinhaltet, daß der Meßwertaufnehmer im angeschlossenen Zustand einen Teil dieses Spannungsteilers bildet und daß das Antwortsignal des Meßwertaufnehmers bei Anregung über den Wechselspannungsgenerator (5; 15; 35; 55) an dtm anderen oder «incrn der and*?f?n Tptlp cle<. Spannungsteiler«· 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 Ableiickktrode des /u prüfenden Meßwertaufnehmers an der Gehäusemasse liegt dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Meßwertaufnehmer (32; 51) im erdseitigen Teil des endseitig geerdeten Spannungsteilernetzwerkes liegt (F i g. 2.