DD141207A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRICAL-PNEUMATIC POSITIONING REGULATORS AND LIKE SIGNAL CONVERTERS - Google Patents
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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.The invention relates to electric-pneumatic positioner and similar signal converter in two-wire technology, in which the comparison between Fuehrungs- and Rueckfuehrgroesse done electrically. The aim of the invention is to improve the Uebertragungs- and temperature behavior. The object of the invention is the introduction of compensatory measures and measures to relieve the AC voltage generator. According to the invention, a plurality of compensation voltages are generated, which act on a specially designed electrometer amplifier. The inventive circuit arrangement can be used in electrical-pneumatic automation equipment that can be used especially in potentially explosive chemical plants.
Description
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Schaltungsanordnung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und gleichartige SignalwandlerCircuit arrangement for electric-pneumatic positioner and similar signal converter
' . F 15 B, 5/00 G 05 B, 11/00'. F 15 B, 5/00 G 05 B, 11/00
Anwendungsgebiet der Erfindung: Field of application of the invention:
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.The invention relates; to a circuit arrangement for electric-pneumatic positioner and similar signal converter, which includes an AC voltage generator with downstream compensation circuit, path measuring device and auxiliary voltage rectification and also has an operational amplifier and an input circuit and in which the supply voltages are obtained from the input signal current by Z-diode and the AC voltage generator.
Die Anwendung dar Erfindung ist in -Autoiaatisierungsgeräten zweckmäßig^ die im Chemie-Anlagenbau und im Maschinenbau eingesetzt werden.The application of the invention is useful in auto-analyzers used in chemical plant engineering and mechanical engineering.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
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 inIt is known in control technology to perform the comparison between leadership and feedback size by electronic means and using the two-wire technology, ie, waiving additional power supply lines. In this case, the reference variable current converted into a voltage is compared with the feedback variable voltage obtained from the output variable V / eg. The voltage difference controls a current-pressure converter via an electronic amplifier with adjustable amplification and thus influences
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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.The position of the adjusting device is then measured electrically inductively or capacitively and converted into a corresponding feedback voltage. The power supply device and the amplifier are supplied with electrical auxiliary energy via the two signal lines which are connected to the Lead inputs of the input circuit.
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.It is known such a circuit arrangement, in which the supply voltages obtained by means of a Zener diode from the signal stream v / earth. This arrangement, however, has the disadvantage that the Z diode voltage is not constant, since it is dependent both on the modulation of the Zener diode (Signalstromhub) and on the temperature. These fluctuations in the zener diode voltage affect the accuracy of the position measurement and thus the transmission factor of the device.
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.In a further circuit arrangement, the auxiliary power is transmitted by means of carrier frequency via the signal lines. For this purpose, in the control room, at the beginning of the transmission line to the positioner, a feed-in device is required. Within the circuit arrangement, the carrier frequency is decoupled from the signal line and passed to an internal power supply, which provides the necessary internal supply voltages. However, this solution is liable to the disadvantage that a considerable expenditure on equipment is required to realize the power supply.
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 Amplituäenschwankungens die durch Temperatur-, Versorgungs- und Belastungsänderungen bedingt sind, ebenfalls den Übertragungsfaktor negativ beeinflussen.Both arrangements use alternating-voltage-fed, inductive or capacitive path or voltmeter devices, for which in each case one device-internal AC voltage generator is required. However, this results in a further disadvantage, since its amplitude fluctuations s, which are caused by changes in temperature, supply and load, also negatively influence the transmission factor.
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Ziel der ErfindungObject of the invention
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.The aim of the invention is to provide a circuit arrangement which allows using the two-wire technique to reduce the variations in the transmission factor of the electric-pneumatic device.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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.The invention has for its object to realize when gaining the supply voltage via a Zener diode, the reduction of fluctuations in the transmission factor of the electric-pneumatic device by Koinpensationsmaßnahmen and measures to relieve the AC voltage generator.
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.Erfindungsgesäß this object is achieved in that one located in the input circuit series connection of a Z ~ diode with a signal resistor, a voltage divider is connected in parallel, the tap is connected to the one of the two voltage outputs' of the compensation circuit and its second output rait the one output of the distance measuring device and the other output to the non-inverting input of the operational amplifier via a schaltungswiderstand. is connected to the inverting input of the operational amplifier and to the output of the auxiliary voltage rectifier zusasEeingeschaltet and that at the output of the circuit arrangement a current-pressure converter is arranged, which is connected with its input to the output of the operational amplifier and with its other input to the negative supply voltage terminal.
Ausführungsbeispielembodiment
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,In the exemplary embodiment, the circuit arrangement of an electric-pneumatic signal converter is shown connected to an AC voltage generator 1 are a compensation circuit 2, a Wegmeßeinrichtung 3 and a Hilfssspannuiigsgleichrichtung 4 downstream. Two supply voltage terminals 25 and 26 of the AC voltage generator 1 are fed to a Zener diode 10 of an input circuit 6,
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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.which is connected in series with a Signalv / iderstand 11. This series connection is a voltage divider with the resistors 12 and 13 connected in parallel and connected together with the series circuit to the input terminals 27 and 28. The tap 29 of the voltage divider is connected to the one output 14 of the compensation circuit 2, while its other output 15 is connected to the one output 16 of the distance measuring device 3, Dsr other output 1? The output device 30 is connected to the positive supply voltage connection 20 of the operational amplifier 31 and via a switching resistor 18 to the inverting input 21 of the operational amplifier 31. The output 3.5 of the operational amplifier 31 isb with the one. Input of a current-to-pressure converter 7 and via a circuit resistor 34 with the inverting input 21 of the operational amplifier 31 held together. Between the inverting input 21 and an internal reference potential 32 is a switching resistor 33. The other input 23 of the current transformer 7 is connected to the negative power supply terminal 24 of the operational amplifier 31 Eiektrometerverstärker 5. The current-pressure Uiiiformer 7 is connected via an air line to an air power amplifier 8 and this also via another air line with a pressure V / eg converter 9, the pressure-Vveg converter 9 has a mechanical connection to the distance measuring device 3.
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 ρΛ so, daß die mittels Druck-Weg-Umformer 9 und Y/egmeßeinrichtung 3 erzeugteThe circuit arrangement according to the invention forms the .Differenz between input and output-proportional · Faickführgröße in case of concern a signal current 1-, at the input terminals 27 and 28 of the input circuit 6 in a known manner. For this purpose, the output current controls I. f . of the operational amplifier 31 via the Stroia-pressure Uoiformer 7 and the air power amplifier 8, the output pressure ρ Λ so that the means of pressure-way converter 9 and Y / egmeßeinrichtung 3 generated
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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.Return voltage U ^ corresponds to the signal generated on the input side Ug. Due to the · linear characteristic of the pressure-displacement transducer 9 and measuring device 3 existing feedback is achieved with a sufficiently large loop gain, a proportional overall transmission behavior.
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 TJCi'. 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 üT, 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 üc, 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^ gewonnenIf a signal current Ig flows through the input terminals 27 and 28 into the input circuit 6, the signal voltage U 0 is produced at the signal resistor and the Zener diode U 2 at the Zener diode 10, which also serves to feed the AC voltage generator 1. By the resistors 12 and 13 of the voltage divider, the corrected signal voltage T J Ci 'arises. This counteracts the disadvantageous changes in the transmission factor of the displacement measuring device 3 caused by the Z-diode signal fluctuations. The fluctuations in the generator outgassing voltage U ~ caused by the alternating voltage generator 1 are also included in the transmission factor of the displacement measuring device 3. This further disadvantageous effect is counteracted by the fact that a compensation voltage U T obtained in the compensation circuit 2 by rectifying the power supply voltage Up to the output rail 14 and 15 , to the same extent as the recuperation voltage 1 J obtained at the output terminals 16 and 17 ^ the v / Egneßeinrichtung 3 fluctuates, this is countered. Since both the corrected signal voltage ü c , the compensation voltage U ^ and the return voltage U 13 represent hochohraige voltage sources, the Suriinian- or, subtraction of these voltages by the iilektronetervc rstärker 5 is realized. The consequent very low load on the voltage source by the slektrometerverstärker 5 5 allows error-free difference formation. Notwithstanding the known per se Flektroraeterverstärkern the erfiiidungsgemäß trained is characterized by swei essential Merlaoale that dia account in particular the conditions of the two-wire technology, So sun is a positive supply voltage dos operational amplifier 31 by means of the Hilfsspannuncsp; leich.richtung 1 I- from the Genara borausgang output voltage U ^ won
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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, . ..and, on the other hand, the load voltage of the AC voltage comparator 1 is kept almost constant, whereby the generator output voltage U 1 remains largely unaffected by the modulation of the electrometer amplifier 5. Bin Also attributable to the inventive design of the electrometer amplifier 5 feature is the connection of the auxiliary voltage fluctuations on the Beschaltungswiderstand 18 on the inverting Singang 21 of the operational amplifier 31 5 , which is a reduction in the influence of Z-Spannungsschwankuiig, .'an change in the gain of Operational amplifier 31 results in the GGsasitübertragungskannlinie, ..
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| DD21070779A DD141207B1 (en) | 1979-01-30 | 1979-01-30 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR ELECTRICAL-PNEUMATIC POSITIONING REGULATORS AND LIKE SIGNAL CONVERTERS |
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Family Applications (1)
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