CH617783A5 - Circuit arrangement for transmitting measured-value signals - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung 35 durch die Bedingungen im gesteuerten Widerstandszweig zur Übertagung von Messwertsignalen von einem Messwert- gegeben und völlig unabhängig von der Energieversorgung des Signalgeber zu einem Empfänger über eine Zweidrahtleitung, Messwertsignalgebers.

über die gleichzeitig die für den Betrieb des Messwertsignalge- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung bers erforderliche elektrische Energie von einer Spannungs- dargestellt. Darin zeigen:

quelle zu dem Messwertsignalgeber geliefert wird, wobei die Fig. 1 ein Übersichtschema einer Schaltungsanordnung zur

Messwertsignale Stromimpulse sind, die einem auf der Zwei- Übertragung von Messwertsignalen nach der Erfindung, drahtieitung fliessenden Gleichstrom überlagert sind. Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der

Bei einer aus der DT-OS 24 45 337 bekannten Schaltungsan- Schaltungsanordnung von Fig. 1,

Ordnung dieser Art ist auf der Messwertsignalgeberseite ein Fig. 3 verschiedene Ausführungsformen des steuerbaren elektrischer Energiespeicher an die Zweidrahtleitung über eine 65 Widerstandszweiges der Schaltungsanordnung von Fig. 1 und Stromschalter angeschlossen, der im Rhythmus eines Mess- Fig. 4 verschiedene Ausführungsformen der Trennschal signalgeber gelieferten frequenzanalogen Messsignals getätigt tung der Schaltungsanordnung von Fig. 1.

wird, so dass der Energiespeicher durch periodische Stromim- Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschema einer Schaltungsanord-

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nung zur Übertragung von Messwertsignalen von einer Sende- Versorgungsgleichstrom ist, der dauernd vom Messwertwand-stelle S zu einer Empfangsstelle E. Die Sendestelle S und die 1er 3 aufgenommen wird. Wenn dagegen der Schalter 13 für die Empfangsstelle E sind in beliebiger Entfernung voneinander Dauer eines Impulses geschlossen wird, fliesst über den steuerangeordnet und durch eine Zweidrahtleitung A, B miteinander baren Widerstandszweig 11 ein zusätzlicher Strom Ii, der sich verbunden. An der Sendestelle S ist ein Messwertsignalgeber 1 5 zu dem Grundstrom I0 auf der Zweidrahtleitung A, B addiert, angeordnet, der bei dem dargestellten Beispiel einen Messwert- Somit werden dem Grundstrom I0 Stromimpulse überlagert, aufnehmer 2 und einen Messwertwandler 3 enthält. Der Mess- die nach Dauer, Folgefrequenz und zeitlicher Lage genau mit wertaufnehmer 2 spricht auf die zu messende physikalische den Ausgangsimpulsen des Messwertwandlers 3 übereinstim-Grösse an (Temperatur, Druck, füllstandsabhängige Kapazität men. Jeder dieser überlagerten Stromimpulse ruft in der Emp-oder dergl.) und liefert zu dem Messwertwandler 3 ein eiektri- 10 fangsstelle E eine Änderung des Spannungsabfalls am Wider-sches Signal, das den jeweiligen Augenblickswert der zu mes- stand 9 hervor, und die Auswerteschaltung 8 kann aus diesen senden physikalischen Grösse ausdrückt. Der Messwertwand- Spannungsänderungen die übertragenen Impulse und damit 1er 3 enthält elektronische Schaltungen, welche das vom Mess- den übertragenen Messwert ableiten.

wertaufnehmer 2 gelieferte elektrische Signal in elektrische Infolge der Übertragung der überlagerten Stromimpulse Impulse umwandeln, die in geeigneter Weise so moduliert sind, '5 erhöht sich der von der Spannungsquelle 7 abgegebene Gleich-dass sie den Messwert wiedergeben. Der Messwert kann bei- ström um den Gleichstrommittelwert ÀI der übertragenen spielsweise durch die Folgefrequenz, die Dauer, die zeitliche Stromimpulse. Diese zusätzliche Stromlieferung ist bei der übli-Lage oder auch durch das Vorhandensein und Fehlen von chen Grössenordnung der vorkommenden Ströme in der Pra-Impulsen (Pulscodemodulation) ausgedrückt sein. Diese xis bedeutungslos ; im übrigen kann der zusätzliche Gleichimpulse werden an einem Ausgang 4 des Messwertwandlers 3 20 Strommittelwert AI dadurch klein gehalten werden, dass das abgegeben. Diese Messwertimpulse sollen zu der Empfangs- Tastverhältnis der Impulse, d. h. das Verhältnis der Impulsdauer stelle E übertragen werden, die so ausgebildet ist, dass sie aus zum Impulsabstand, klein gehalten wird.

den empfangenen Impulsen den Messwert gewinnt und in ge- Dagegen besteht ein wesentlicher Vorteil der dargestellten eigneter Weise verwertet, beispielsweise durch Anzeige, Auslö- Schältung darin, dass der zum Messwertwandler 3 gelieferte sung von Schaltvorgängen usw. 25 versorgungsgleichstrom völlig unabhängig von den überlager-

Der Messwertwandler 3 benötigt für seinen Betrieb einen ten Stromimpulsen ist. Der Versorgungsgleichstrom fliesst Versorgungsgleichstrom an seinen Klemmen 5 und 6. Dieser stets über die Zweidrahtleitung A, B, unabhängig davon, ob Versorgungsgleichstrom wird von einer Spannungsquelle 7 Messwertimpulse übertragen werden oder nicht, und welche geliefert, die sich in der Empfangsstelle E befindet. Dieser Ver- Dauer, Folgeperiode und zeitliche Lage diese Messwertim-sorgungsgleichstrom wird über die Zweidrahtleutung A, B ' 30 pulse haben. Dadurch besteht eine sehr grosse Freiheit hinübertragen, welche die Klemmen a, b der Empfangsstelle E mit sichtlich der Art und der Kenngrössen der übertragenen Mess-den Klemmen c, d der Sendestelle S verbindet. wertimpulse. Es ist beispielsweise ohne weiteres möglich, spo-Um zu vermeiden, dass für die Übertragung der Messwert- radische Messwertimpulse in unregelmässigen Zeitabständen impulse von der Sendestelle S zur Empfangsstelle E eine zu übertragen, die auch sehr gross werden können. Ferner gibt zusätzliche Leitung benötigt wird, ist die Schaltung von Fig. 1 35 es keine Einschränkung hinsichtlich der Wahl der für die Über-so ausgebildet, dass die Messwertimpulse dem Versorgungs- tragung der Information gewählten Pulsmodulation. Die Messgleichstrom auf der Zweidrahtleitung A, B überlagert werden. Wertinformation kann durch Pulsfrequenzmodulation, Pulsdau-Die Empfangsstelle enthält eine Auswerteschaltung 8, die so ermodulation oder auch Pulscodemodulation dargestellt wer-ausgebildet ist, dass sie auf solche dem Versorgungsgleich- den; es ist sogar möglich, mit einer Pulsamplitudenmodulation ström überlagerte Stromimpulse anspricht. Als Beispiel ist der -»o zu arbeiten, wenn der steuerbare Widerstandszweig 11 so auseinfachste Fall dargestellt, bei welchem zu diesem Zweck in der gebildet ist, dass nicht ein einfacher fester Widerstandswert Empfangsstelle E ein Widerstand 9 in Reihe mit der Spannungs- ein- und ausgeschaltet wird, sondern verschiedene Widerquelle 7 geschaltet ist; die Empfangsstelle 8 ist mit den Klem- standswerte einstellbar sind.

men des Widerstandes 9 verbunden und spricht auf den Span- Die bisher beschriebene Schaltung arbeitet einwandfrei,

nungsabfall an diesem Widerstand an. Damit die Gleichspan- 45 wenn angenommen wird, dass auf der Zweidrahtleitung A, B

nung an den Klemmen a, b der Empfangsstelle unabhängig von durch die überlagerten Stromimpulse kein störender Span-

dem sich ändernden Spannungsabfall am Widerstand 9 kon- nungsabfall entsteht oder wenn der Messwertwandler 3 für stant gehalten wird, kann in der Empfangsstelle E zusätzlich ein einen solchen Spannungsabfall unempfindlich ist.

Spannungsregler 10 vorgesehen sein. Wenn dagegen der von den überlagerten Messwertimpul-

Um die Messwertimpulse dem Versorgungsgleichstrom auf so sen auf der Zweidrahtleitung A, B verursachte Spannungsabfall der Zweidrahtleitung A, B in Form von Stromimpulsen zu über- vom Messwertwandler 3 ferngehalten werden muss, kann lagern, ist an der Sendestelle S ein steuerbarer Widerstands- gemäss Fig. 1 zwischen den steuerbaren Widerstandszweig 11

zweig 11 im Nebenschluss zu dem Messwertsignalgeber 1 an und den Messwertsignalgeber 1 eine zusätzliche Trennschal-

die Zweidrahtleitung A, B angeschlossen. Bei dem in Fig. 1 dar- tung 14 eingefügt werden. Die Trennschaltung 14 ist an den gestellten einfachsten Ausführungsbeispiel enthält dieser 55 Schaltungspunkten e, f mit dem Widerstandszweig 11 und an steuerbare Widerstandszweig 11 einen Festwiderstand 12 in den Schaltungspunkten g, h mit dem Messwertsignalgeber 1

Reihe mit einem Schalter 13, der durch die am Ausgang 4 des verbunden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten einfachsten Ausfüh-

Messwertwandlers 3 abgegebenen Impulse so gesteuert wird, rungsbeispiel ist diese Trennschaltung 14 ein einfaches Sieb-

dass er normalerweise offen ist und jeweils für die Dauer eines glied mit einem parallel zum Messwertwandler 3 an die Zwei-

Impulses geschlossen wird. t>o drahtieitung angeschlossenen Kondensator 15 und einem in

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist aus den Diagram- Serie in die Ader A eingefügten Widerstand 16. Dieses Sieb-

men von Fig. 2 ersichtlich. Das obere Diagramm a) von Fig. 2 glied glättet die von den überlagerten Stromimpulsen verur-

zeigt als Funktion der Zeit t die am Ausgang 4 des Messwert- sachten Spannungsschwankungen, so dass an den Klemmen 5,

wandlers 3 abgegebenen Impulse, die den Messwert ausdrük- 6 des Messwertwandlers 3 eine im wesentlichen konstante ken. Im unteren Diagramm b) ist der Strom I dargestellt, der ts Spannung zur Verfügung steht.

über die Zweidrahtleitung A, B von der Empfangsstelle E zur In Fig. 3 sind verschiedene andere Ausführungsbeispiele für

Sendestelle S fliesst. Wenn der Schalter 13 offen ist, fliesst über den steuerbaren Widerstandszweig 11 dargestellt. In Fig. 1 ist die Zweidrahtleitung A, B ein Grundstrom I0, der gleich dem der Schalter 14 symbolisch als mechanischer Schalter darge-

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stellt, der beispielsweise ein Relaiskontakt sein könnte; vor- Widerstandszweig 11 fliesst, die Spannung zwischen den Schalzugsweise wird aber ein elektronischer Schalter verwendet, tungspunkten e, f infolge des zusätzlichen Spannungsabfalls auf beispielsweise in Form eines Transistors 17, wie in Fig. 3a der Zweidrahtleitung unter den Wert der Ladespannung des gezeigt ist, oder in Form eines Feldeffekttransistors 18 gemäss Kondensators 15 fällt, sperrt die Diode 20; der Messwertwand-Fig. 3b. Es ist auch möglich, den Festwiderstand 13 durch eine 5 1er 3 bezieht in dieser Zeit seinen Versorgungsgleichstrom aus Konstantstromquelle 19 zu ersetzen, die entweder direkt durch dem Kondensator 15.

die Ausgangsimpulse des Messwertwandlers 3 gesteuert wird, Eine besonders konstante Versorgungsspannung des Mess-

wie Fig. 3c zeigt, oder in Reihe mit einem durch diese Impulse wertwandlers 3 kann gemäss Fig. 4b dadurch erhalten werden,

gesteuerten Schalter liegt. dass anstelle des Kondensators 15 ein Spannungskonstanthal-

Fig. 4 zeigt einige abgeänderte Ausführungsformen der 10 ter 21 angeschlossen wird, beispielsweise in Form einer Zener-Trennschaltung 14. Bei der Ausführungsform von Fig. 4a ist der diode. Der Vorwiderstand 16 kann in diesem Fall vorzugsweise

Siebwiderstand 16 durch eine Diode 20 ersetzt, die normaler- durch einen Konstantstromgenerator 22 ersetzt werden, der weise den Fluss des Versorgungsgleichstroms I0 zum Mess- einen konstanten Strom liefert, der etwas grösser als der vom wertwandler 3 zulässt und den Kondensator 15 auf die volle Messwertwandler 3 benötigte Versorgungsgleichstrom ist. Der

Versorgungsgleichspannung aufgeladen hält. Wenn während 15 überschüssige Strom wird über den Spannungskonstanthalter der Dauer eines Stromimpulses Ii, der über den steuerbaren 21 abgeleitet.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

617783 2 PATENTANSPRÜCHE pulse aufgeladen wird, deren Frequenz den Messwert aus-

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung von Messwert- drückt. Der Energiespeicher liefert über einen Stromgenerator Signalen von einem Messwertsignalgeber zu einem Empfänger einen Teil des Betriebsstroms des Messwertsignalgebers. Fer-über eine Zweidrahtleitung, über die gleichzeitig die für den ner ist ein Spannungsregler vorgesehen, der die an den Klem-Betrieb des Messwertsignalgebers erforderliche elektrische 5 men der Zweidrahtleitung vorhandene, vom Empfänger gelie-Energie von einer Spannungsquelle zu dem Messwertsignalge- ferte Spannung in eine konstante Spannung umwandelt und ber geliefert wird, wobei die Messwertsignale Stromimpulse diese dem Spannungsanschluss des Messwertsignalgebers sind, die einem auf der Zweidrahtleitung fliessenden Gleich- zuführt; dieser Spannungsregler liefert somit den restlichen ström überlagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass an die Teil des Betriebsstromes des Messwertsignalgebers. Die Fre-Zweidrahtleitung im Nebenschluss zu dem Messwertsignalge- 10 quenz der der Spannungsquelle im Empfänger entnommenen ber ein durch die vom Messwertsignalgeber erzeugten Impulse Stromimpuls ist ein Mass für das übertragene Messwertsignal, gesteuerter Widerstandszweig angeschlossen ist. Bei dieser bekannten Schaltung erfolgt somit die Informa-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- tionsübertragung auf der Zweidrahtleitung durch einen perio-zeichnet, dass der Widerstandszweig einen Festwiderstand in disch pulsierenden Gleichstrom; aus diesem pulsierenden Reihe mit einem Schalter enthält. 15 Gleichstrom wird durch den Energiespeicher in Verbindung

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- mit dem Stromgenerator und dem Spannungsregler der zeichnet, dass der Schalter ein elektronischer Schalter ist. Betriebsstrom des Messwertsignalgebers gewonnen. Ein ein-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wandfreier Betrieb dieser Schaltung setzt voraus, dass der Mitzeichnet, dass der Widerstandszweig einen Feldeffekttransistor telwert des über die Zweidrahtleitung übertragenen pulsierenenthält. 20 den Gleichstroms stets genau dem benötigten Betriebsstrom

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- entspricht. Dies kann praktisch nur dann erreicht werden, zeichnet, dass der Widerstandszweig einen Konstantstrom- wenn die Messwertsignale periodische Impulse mit gleichblei-generator enthält. bendem Tastverhältnis sind. Als veränderliche Kenngrösse für

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden die Informationsübertragung kann deshalb nur die Pulsfolge-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem durch 25 frequenz benutzt werden. Ausserdem hängt die Form der über-die Impulse gesteuerten Widerstandszweig und dem Messwert- tragenen Stromimpulse von den Lade- und Entladebedingun-signalgeber eine Spannungsänderungen vom Messwertsignal- gen des Energiespeichers ab.

geber fernhaltende Trennschaltung mit der Zweidrahtleitung Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungs verbunden ist. anordnung der eingangs angegebenen Art, bei der die Art und

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 20 Form der übertragenen Stromimpulse völlig unabhängig von zeichnet, dass die Trennschaltung einen an die Zweidrahtlei- der Energieversorgung des Messwertsignalgebers sind und die tung angeschlossenen Kondensator enthält für die Informationsübertragung benutzt« Kenngrösse der

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- Impulse frei wählbar ist.

zeichnet, dass die Trennschaltung einen zwischen den Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

Anschlusspunkten des Widerstandszweiges und des Kondensa- dass an die Zweidrahtleitung im Nebenanschluss zu dem Messtors in Serie in die Zweidrahtleitung eingeschalteten Wider- wertsignalgeber ein durch die vom Messwertsignalgeber stand enthält. erzeugten Impulse gesteuerter Widerstandszweig angeschlos-

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- sen ist.

zeichnet, dass die Trennschaltung eine zwischen den Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung fliesst

Anschlusspunkten des Widerstandszweiges und des Kondensa- 40 über die Zweidrahtleitung dauernd der für den Betrieb des tors in Serie in die Zweidrahtleitung eingefügte Diode enthält. Messwertsignalgebers erforderliche Gleichstrom, unabhängig

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch davon, ob ausserdem noch Messwertsignale übertragen wer-gekennzeichnet, dass die Trennschaltung einen an die Zwei- den oder nicht. Die die Messwertsignale darstellendenStrom-drahtleitung angeschlossenen Spannungskonstanthalter ent- impulse addieren sich zu diesem Gleichstrom auf der Zweihält 45 drahtieitung, gelangen aber nicht zum Messwertsignalgeber, da

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 10, sie über den im Nebenschluss geschalteten Widerstandszweig dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschaltung einen in die fliessen. Es besteht daher keine Einschränkung hinsichtlich der Zweidrahtleitung eingefügten Konstantstromgenerator ent- Art der Informationsdarstellung durch die Impulse; sie kann hält. « durch Modulation beliebiger Kenngrössen der Impulse erfol-

5o gen, beispielsweise der Dauer, Folgefrequenz, zeitlichen Lage oder auch durch das Fehlen oder Vorhandensein von Impulsen (Pulscodemodulation). Es ist sogar die Übertragung von Einzelimpulsen möglich, die unregelmässig in beliebigen Zeitabständen auftreten. Ferner ist die Form der Impulse ausschliesslich