DD141207A1

DD141207A1 - Schaltungsanordnung fuer elektrisch-pneumatische stellungsregler und gleichartige signalwandler

Info

Publication number: DD141207A1
Application number: DD21070779A
Authority: DD
Inventors: Peter Domnitz; Michael Taeger
Original assignee: Peter Domnitz; Michael Taeger
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1980-04-16
Also published as: DD141207B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch-pneumatische Stellungsregeler und gleichartige Signalwandler in Zweileitertechnik, bei denen der Vergleich zwischen Fuehrungs- und Rueckfuehrgroesse elektrisch erfolgt. Ziel der Erfindung ist es, das Uebertragungs- und Temperaturverhalten zu verbessern. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Einfuehrung von Kompensationsmassnahmen und Massnahmen zur Entlastung des Wechselspannungsgenerators. Erfindungsgemaess werden mehrere Kompensationsspannungen erzeugt, die auf einen speziell ausgebildeten Elektrometerverstaerker einwirken. Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung kann in elektrisch-pneumatischen Automatisierungsgeraeten angewendet werden, die speziell in explosionsgefaehrdeten Chemieanlagen einsetzbar sind.

Description

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Schaltungsanordnung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und gleichartige Signalwandler

' . F 15 B, 5/00 G 05 B, 11/00

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht; sich auf eine Schaltungsanordnung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und gleichartige Signalwandler, die einen Wechselspannungsgenerator mit nachgeschalteter Kompensationsschaltung, Wegmeßeinrichtung und Hilfsspannungsgleichrichtung enthält und außerdem einen Operationsverstärker und eine Eingangsschaltung aufweist und bei der die Versorgungsspannungen aus dem Eingangssignalstrom mittels Z-Diode und dem Wechselspannungsgenerator gewonnen werden.

Die Anwendung dar Erfindung ist in -Autoiaatisierungsgeräten zweckmäßig^ die im Chemie-Anlagenbau und im Maschinenbau eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist in der Regelungstechnik bekannt, den Vergleich zwischen Führungs- und Rückführgröße mit elektronischen Mitteln und unter Anwendung der Zweileitertechnik, also unter Verzicht auf zusätzliche Stromversorgungsleitungen, durchzuführen. Dabei wird die in eine Spannung umgeformte Führungsgröße Strom mit der aus der Ausgangsgröße V/eg gewonnenen Rückführgröße Spannung verglichen. Die Spannungsdifferenz steuert über einen elektronischen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung einen Strom-Druck-Umformer und beeinflußt so in

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bekannter Weise über Luf "!^Leistungsverstärker und pneumatischen Stellantrieb die Stellang der Stelleinrichtung. Diese wird dann elektrisch induktiv oder kapazitiv gemessen und in eine entsprechende Rückführspannung umgeformt. Die Versorgung der Wegmeßeinrichtung und des Verstärkers mit elektrischer Hilfsenergie erfolgt über die beiden Signalleitungen, die an die Eingänge der Eingangsschaltung führen.

Es ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt geworden, bei der die Versorgungsspannungen mittels einer Z-Diode aus dem Signalstrom gewonnen v/erden. Dieser Anordnung haftet jedoch der Nachteil an, daß die Z-Diodenspannung nicht, konstant ist, da sie sowohl von der Aussteuerung der Z-Diode (Signalstromhub) als auch von der Temperatur abhängig ist. Diese Schwankungen der Z-Diodenspannung beeinflussen die Genauigkeit der Stellungsmessung und damit den Übertragungsfaktor · des Gerätes.

Bei einer weiteren Schaltungsanordnung wird die Hilfsenergie mittels Trägerfrequenz über die Signalleitungen übertragen. Dazu ist in der Meßwarte, am Anfang der Übertragungsleitung zum Stellungsregler, ein Einspeisegerät erforderlich. Innerhalb der Schaltungsanordnung wird die Trägerfrequenz aus der Signalleitung ausgekoppelt und auf ein internes Netzteil geleitet, das die notwendigen internen Versorgungsspannungen bereitstellt. Dieser Lösung haftet jedoch der.Nachteil an, daß zur Realisierung der Stromversorgung ein erheblicher gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist.

Beide Anordnungen verwenden wechselspannungsgespeiste, induktive oder kapazitive Weg- bzw. V/inkelmeßeinrichtungen, für die jeweils noch ein geräteinterner Wechselspannungsgenerator erforderlich ist. Daraus entspringt jedoch noch ein weiterer Nachteil, da dessen Amplituäenschwankungen_s die durch Temperatur-, Versorgungs- und Belastungsänderungen bedingt sind, ebenfalls den Übertragungsfaktor negativ beeinflussen.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es bei Anwendung der Zweileitertechnik gestattet, die Schwankungen des Übertragungsfaktors des elektrisch-pneumatischen Gerätes zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Gewinnung der Versorgungsspannung über eine Z-Diode die Verringerung der Schwankungen des Übertragungsfaktors des elektrisch-pneumatischen Gerätes durch Koinpensationsmaßnahmen und Maßnahmen zur Entlastung des Wechselspannungsgenerators zu realisieren.

Erfindungsgesäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einer in der Eingangsschaltung befindlichen Reihenschaltung einer Z~Diode mit einem Signalwiderstand ein Spannungsteiler parallelgeschaltet ist, dessen Abgriff an den einen der beiden Spannungsausgänge' der Kompensationsschaltung geschaltet ist und ihr zweiter Ausgang rait dem einen Ausgang der Wegmeßeinrichtung und deren anderer Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers über einen Beschaltungswiderstand. mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und mit dem Ausgang der Hilfsspannungsgleichrichtung zusasEiengeschaltet ist und daß am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Strom-Druck-Umformer angeordnet ist, der mit seinem Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers und mit seinem anderen Eingang an den negativen Versorgungsspannungsanschluß angeschlossen ist.

Ausführungsbeispiel

In dem Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung eines elektrisch-pneumatischen Signalwandlers dargestellte Einem Wechselspannungsgenerator 1 sind eine Kompensationsschaltung 2,-eine Wegmeßeinrichtung 3 und eine Hilfsspannuiigsgleichrichtung 4 nachgeschaltet. Zwei Versorgungsspannungsänschlüsse 25 und 26 des Wechselspannungsgenerators 1 sind an eine Z-Diode 10 einer Eingangsschaltung 6 geführt,

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die in Seihe mit einem Signalv/iderstand 11 geschaltet ist. Dieser Reihenschaltung ist ein Spannungsteiler mit den Widerständen 12 und 13 parallel geschaltet und gemeinsam mit der Reihenschaltung an die Eingangsklemmen 27 und 28 angeschlossen. Der Abgriff 29 des Spannungsteilers ist mit dem einen Ausgang 14 der Kompensationsschaltung 2 verbunden, während ihr anderer Ausgang 15 mit dem einen Ausgang 16 der Wegmeßeinrichtung 3 zusamiaengeschaltet ist, Dsr andere Ausgang 1? der Wegmeßeinrichtung 3 liegt am nichtinvertierenden Eingang 19 eines Operationsverstärkers 31· Der Ausgang 30 der Hilfsspannungsgloichrichtung 4 ist mit dem positiven Versorgungsspannungsanschluß 20 des Operationsverstärkers 31 und über einen BeSchaltungswiderstand 18 mit dem invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 31 verbunden» Der Ausgang 3.5 des Operationsverstärkers 31 isb mit dem einen. Eingang eines Strom-Druck-Umformers 7 und über einen.Beschaltungswiderstand 34 mit dem invertierenden -Eingang 21 des Operationsverstärkers 31 zusammengesehaltet. Zwischen dem invertierenden Eingang 21 und einem internen Bezugspotential 32 liegt ein Bsschaltungsvviderstand 33· Der andere Eingang 23 dos Strora~Druck-Umf ormers 7 liegt am.negativen Spannungsversorgungsanschluß 24 des Operationsverstärkers 31· Der Operationsverstärker 31 stellt in Verbindung mit den Beschaltungswiderstanden 33 und 34 einen Eiektrometerverstärker 5 dar. Der Strom-Druck-Uiiiformer 7 ist über eine Luftleitung mit einem Luftleistungsverstärker 8 und dieser ebenfalls über eine weitere Luftleitung mit einem Druck-V/eg-Umformer 9 verbunden«, Der Druck-Vveg-Umformer 9 weist eine mechanische Verbindung zur Wegmeßeinrichtung 3 auf.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bildet bei Anliegen eines Signalstromes 1-, an den Eingangsklemmen 27 und 28 der Eingangsschaltung 6 in bekannter Weise die .Differenz zwischen Eingangsgröße und ausgangsproportionaler· Faickführgröße. Dazu steuert der Ausgangsstrom I._f. des Operationsverstärkers 31 über den Stroia-Druck-Uoiformer 7 und den Luftleistungsverstärker 8 den Ausgangsdruck ρ_Λ so, daß die mittels Druck-Weg-Umformer 9 und Y/egmeßeinrichtung 3 erzeugte

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Rückführspannung U^ der eingangsseitig erzeugten Signalspannung Ug entspricht. Bedingt durch die· lineare Kennlinie der aus Druck-Weg-Umformer 9 und Wegmeßeinrichtung 3 bestehenden Rückführung wird, bei hinreichend großer Kreisverstärkung, ein proportionales Gesamtübertragungsverhalten erzielt.

Fließt ein Signalstrom Ig über die Singangsklemmen 27 und 28 in die Eingangsschaltung 6, so entsteht am Signalwiderstand die Signalspannung U₀ und an der Z-Diode 10 die Z-Diodenspannung U₂, die auch zur Speisung des Wechselspannungsgenerators 1 dient. Durch die Widerstände 12 und 13 des Spannungsteilers entsteht die korrigierte Signal spannung ^TJ_Ci'. Damit wird den durch die Z-Diodenspaimungsschwankun.^en bedingten nachteiligen Änderungen des Übertragungsfaktors der Wegmeßelnrichtung 3 entgegengewirkt. Die durch den VJechselspannungsgenerator 1 bedingten Schwankungen der Generatorausgazigsspannung U~ gehen ebenfalls in den Übertragungsfaktor der Wegmeße.inrichtung 3 ein. Diesem weiteren nachteiligen Effekt wird dadurch entgegangewirkt, daß eine in der Kompensationsschaltung 2 durch Gleichrichten der Grsneratorausgaiigsspannung Up an den Ausgangski eiameη 14 und 15 gewonnene Koapensationsspannung ü_T, die in gleichem Maße ^vie die an den Ausgangsklemmen 16 und 17 gewonnene Eückf uhr spannung ¹J^ der v/egneßeinrichtung 3 schwankt, dieser entgegengeschaltet wird. Da sowohl die korrigierte Signalspannung ü_c, die Konpensationsspannung U^ und die Rückführ spannung U₁₃ hochohraige Spannungsquellen darstellen, wird die Suriinian- bzw, Differenzbildung dieser Spannungen durch den iilektronetervc-rstärker 5 realisiert. Die dadurch bedingte sehr geringe Belastung der Spannungsquelleη durch den Slektrometerverstärker 5 ermöglicht eine fehlerfreie Differenzbildung. Abweichend von den an sich bekannten Flektroraeterverstärkern ist der erfiiidungsgemäß ausgebildete durch swei wesentliche Merlaoale gekennzeichnet, dia insbesondere den Bedingungen der Zweileitertechnik Rechnung tragen, So wird sun einen die positive Versorgungsspannung dos Operationsverstärkers 31 mittels der Hilfsspannuncsp;leich.richtung ¹I- aus der Genara borausgangsspannung U^ gewonnen

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und zum anderen die .Ausgangsspannung des Slektroinetervers "barkers 31 auf die negative Betriebsspannung bezogen. Dadurch wird in vorteilhafter V/eise die Belastung des.Wechselspannungsgeaerators 1 nahezu konstant gehalten, wodurch die Generatorausgangsspannung U^ von der Aussteuerung des Elektrometerverstärkers 5 weitgehend unbeeinflußt bleibt. Bin ebenfalls noch der erfindungsgemäßen Ausbildung des Elektrometer-Verstärkers 5 zuzurechnendes- Merkmal besteht in der Aufschaltung der Hilfsspannungsschwankungen über den Beschaltungswiderstand 18 auf den invertierenden Singang 21 des Operationsverstärkers 31 ₅; was eine Verringerung des Einflusses der Z-Spannungsschwankuiig ,bei .'Änderung der Verstärkung des Operationsverstärkers. 31 auf die GGsasitübertragungskannlinie zur Folge hat, . ..

Claims

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Erfindungsanspruch

Schaltungsanordnung für elektrisch-pneumatische Stallungsregler und gleichartige Signalwandler, die einen Wechselspannungsgenerator mit nachge se halte trer Kompensationsschaltung, v/egmeßeinrichtung und Hilisspannungsgleichrichtung enthält und außerdem einen Operationsverstärker und^ceine Eingangsschaltung aufweist und bei der die Versorgungsspännungen aus dem Eingangssignalstroia mittels Z-Diode und dem , Wechselspannungsgenerator gewonnen werden, gekennzeichnet dadurch, daß einer in der Eingangsschaltung (6) befindlichen Reihenschaltung einer Z-Diode (10) mit einem Signalwiderstand (11) ein Widerstand (12;13) parallelgeschaltet ist, dessen Abgriff (29) an den einen der beiden Spannungsausgänge (14:15) der Kompensationsschaltung (2) geschaltet ist und ihr zweiter Ausgang (15) ait dem einen Ausgang (16) der Wegmeßeinrichtung (3) und deren anderer Ausgang (17) mit dem nichtinvertierenden Eingang (19) des Operationsverstärkers (31) über einen Beschaltungswiderstand (18) mit dem invertierenden Eingang (21) des Operationsverstärkers (31) und mit dem'Ausgang- (30) der Hilfsspannungsgleichrichtung (4) zusammengeschaltet ist und daß am Ausgang der Schaltungsanordnung ein Strom-Druck-Umformer (7) angeordnet ist, der mit seinem Eingang (22) an den Ausgang (35) des Operationsverstärkers (31) und mit seinem anderen Eingang (23) an den negativen Yersorgungsspannungsanschluß (24) angeschlossen ist.

Hierzu // Seiie Zeichnung