Messprinzip digital

Das digitale Messprinzip

Das an drei Archimedes-Spiralen aufgehängte Pendel ist zwischen zwei Elektroden gelagert. Je nach Lage des Messgerätes wird das Pendel aus seiner Grundstellung ausgelenkt und verändert dadurch die Kapazität zwischen dem Pendel einerseits und den beiden Elektroden andererseits. Diese Kapazitäten werden von einem RC-Oszillator in Frequenzen umgeformt. Die Frequenzen, bzw. die Differenz oder das Verhältnis der beiden Frequenzen, bilden das primäre Signal für den Neigungswinkel. (Das Messprinzip sowie der Aufbau ist in den meisten Ländern patentrechtlich ge-schützt).



Die mechanische Dämpfung des Pendels erfolgt idealerweise durch Gase, im Normalfall durch Luft. Die Viskositätsänderung von Gasen im Temperaturbereich von -40° bis +70°C ist minimal, sodass die Dämpfung, im Gegensatz zu Flüssigkeiten, praktisch temperatur-unabhängig ist.

Die Optimierung der Dämpfung wird durch das Verhältnis der Pendelfläche zur Grösse der Schlitze der Archimedes-Spirale sichergestellt. Die mathematische Dämpfung erfolgt durch die Integration über Zeitintervalle und ist mit der Messzeit fast beliebig steuer- und verstellbar.

Entsprechend der jeweils aktiven Elektrode erzeugt ein RC-Oszillator eine der Elektroden-Pendel-Kapazität entsprechende Frequenz im Bereich von 250.000 bis 350.000 Hz. Durch eine alternierende Zuschaltung der beiden Elektroden an den Oszillator über einen Selector wird sichergestellt, dass durch den Einsatz von nur einem Oszillator die Temperatur einen relativ geringen Einfluss hat. Diese Konfiguration zeigte sich hinsichtlich Langzeitstabilität gegenüber herkömmlichen Methoden als ideal. Durch die Anordnung des Oszillatoren in unmittelbarer Nähe der Elektroden tragen die sehr kurzen und stabilen Verbindungen zu den ausge-zeichneten Eigenschaften bei.

 

Der Frequenz-Hub von ca. 100'000 Hz, entsprechend 100'000 Messeinheiten, ist dafür verantwortlich, dass auch bei hohen Messraten (Anzahl Messungen pro Sekunde) eine sehr gute Auflösung erzielt werden kann. Bisher stand üblicherweise am Ausgang eine Spannung von ± 2 Volt zur Verfügung. Der daraus resultierende Messbereich von ±2000 Einheiten war speziell für grössere Neigungsbereiche hinsichtlich Auflösung nicht ausreichend. Dank der Möglichkeit, die Sensoren mittels Stützpunktverfahren zu kalibrieren, lässt die Linearität auch bei grösseren Messbereichen keine Wünsche mehr offen.