DD141207B1

DD141207B1 - Schaltungsanordnung fuer elektrisch-pneumatische stellungsregler und gleichartige signalwandler

Info

Publication number: DD141207B1
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: 1983-06-01
Also published as: DD141207A1

Description

Erfinde г t Dipl.-Ing. Peter Domidtz Berlin, 24,9.1982 Dipl.-Ing. Michael Taegor (P 1092)

Zustellungsbevollm.t

Institut für Regelungstechnik im Kombinat VEB BAW Berlin-Treptow "Friedrich Ebert»

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Scleitungsanordnung zur elektriscb-pneumatJisoüQn Signalumformung

G 05 B, 11/00

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektrisch-pneumatischen Signalumformung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und elektrisch-pneumatische Signalwandler, die einen Wechselspannungsgenerator mit nachgeschalteter Kompensationsschaltung, Wa gießeinrichtung, Strom-Druck-Umformer und Hilfsspannungsgleichrichtung enthält und außerdem einen Operationsverstärker und eine Eingangsschaltung, aus einer Reihenschaltung von Z-Diode und Signalwiderstand bestehend, aufweist und bei der die Versorgungsspannungen aus dem Eingangssignalstrom mittels Z-Diode und dem Wechselspannungsgenerator gewonnen werden.

Die Anwendung der Erfindung ist in Automatisiarungsgeräten 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.

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Dabei wird die in eine Spannung umgeformte Führungsgröße Strom mit der aus der Ausgangegröße Weg gewonnenen Rückführgröße Spannung verglichen. Die Spannungsdifferenz steuert über einen elektronischen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung einen Strom-Druck-Umformer und beeinflußt so in bekannter Weise über I»uf !'leistungsverstärker und pneumatischen Stellantrieb die Stellung 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.

Ss ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt geworden, bei der die Versorgungsspannungen mittels einer Z-Mode aus dem Signalstrom gewonnen werden. 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-Diodynspannung 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. Winkelmeßeinrichtungen, für die jeweils noch ein geräteinterner Wechselspannungsgenerator erforderlich ist. Daraus entspringt jedoch noch ein weiterer Nachteil, da dessen Amplitudenschwankungen, die durch

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Temperatur-, Versorgungs- und Belastungsänderungen bedingt sind, ebenfalls den Übertragungsfaktor negativ beeinflussen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eina 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 Kompensationsmaßnahmen und Maßnahmen zur Entlastung des Wechselspannungsgenerators zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der in der Eingangsschaltung befindlichen Reihenschaltung der Z-Diode mit dem Signalwiderstand ein Widerstand parallelgeschaltet ist, dessen Abgriff an den einen der beiden Spannungsausgänge der Kompensationsschaltung geschaltet ist und ihr zweiter Ausgang mit 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 zusammengesehaltet ist und daß am Ausgang des Operationsverstärkers der Strom-Druck-Umformer angeordnet ist, der mit seinem Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers und mit seinem and&ren Eingang an den negativen Versorgungsspannungsanschluß angeschlossen ist.

Ausführungsbeispiel

In dem Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung eines elektrisch-pneumatischen Stellungsreglers dargestellt. Einem Wechselsparnrnngsgenerator 1 sind eine Kompensationsschaltung 2,

— ц. _

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eine Wegmeßeinrichtung 3 ν eine Hilfsspannungsgleichrichtung 4 паеhgeschaltet. Zwe... Versorgungsspannungsanschlüsse 25 und 26 des Wechselspannungsgenerators 1 sind an eine Z-Diode einer Eingangsschaltung 6 geführt, die in Reihe mit einem Signalwiderstand 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 zusammengeschaltet ist. Der andere Ausgang 17 der Wegmeßeinrichtung 3 liegt am nichtinvertierenden Eingang 19 eines Operationsverstärkers 31· Der Ausgang 30 der Hilfsspannungsgleichrichtung 4 ist mit dem positiven Versorgungsspannungsanschluß 20 des Operationsverstärkers 31 und über einen Beschaltungswiderstand 18 mit dem invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 3I verbunden. Der Ausgang 35 des Operationsverstärkers 3I ist mit dem einen Eingang 22 eines Strom-Druck-Umformers 7 und über einen Beschaltungswiderstand 34 mit dem invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 31 susammengeschaltet. Zwischen dem invertierenden Eingang 21 und einem internen Bezugspotential 32 liegt ein Beschaltungswiderstand 33. Der andere Eingang 23 des Strom-Druck-Umformers 7 liegt am negativen Spannungsversorgungsanschluß 24 des Operationsverstärkers 3I· Der Operationsverstärker 31 stellt in Verbindung mit den Beschaltungswiderständen 33 und 34 einen Elektrometerverstärker 5 dar. Der Strom-Druck-Umformer 7 ist über eine Luftleitung mit einem Luftleistungsverstärker 8 verbunden, der über einen Stellantrieb ein Stellglied 36 ansteuert. Das Stellglied 36 weist eine mechanische Verbindung zur Wegmeßeinrichtung 3 auf.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bildet bei Anliegen eines Signalstromes Ig an den Eingangsklemmen 27 und 28 der Eingangsschaltung 6 in bekannter Weise die Differenz zwischen Eingangsgröße und ausgangsproportionaler ßückführgröße. Dazu steuert der Ausgangsstrom І_д des Operationsverstärkers 3I über

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den Strom-Druck-Umformer 7 und den Luftleistungsverstärker 8 den Stellantrieb 9 so, daß die mittels Stellantrieb 9 und Wegmeßeinrichtung 3 erzeugte Rückführspannung U_R der eingangsseitig erzeugten Signalspannung Ug entspricht.

Fließt ein Signals brom Ig über die Eingangsklemmen 27 und 28 in die Bingangssohaltung 6, so entsteht am Signalwiderstand 11 die Signalspannung Ug und an der Z-Diode 10 die Z-Diodenspannung U_z, die auch zur Speisung des Weohselspaimungsgenerators dient. Durch die Widerstände 12 und 13 des Spannungsteilers entsteht· die korrigierte Signalspaanung U_s ^f. Damit wird den durch die Z-i)iodenspammngsschwankungen bedingten nachteiligen Änderungen des Übertragungsfaktors der Wegmeßeinrichtung 3 entgegengewirkt. Die durch den Wechselspannungsgenerator 1 bedingten Schwankungen der Generatorausgangsspannung U« gehen ebenfalls in den Übertragungsfaktor der Wegmeßeinrichtung 3 ein. Diesem weiteren nachteiligen Effekt wird dadurch entgegengewirkt, daß eine in der Kompensationsschaltung 2 durch Gleichrichten der Generatorausgangsspaiinung U^ an den Ausgangsklemmen 14 und 15 gewonnene Kompensationsspannung U_K, die in gleichem Maße wie die an den Ausgangsklemmen 16 und 17 gewonnene Rückführspannung U_R der Wegmeßeinrichtung 3 schwankt, dieser entgegengeschaltet wird. Da sowohl die korrigierte Signalspannung Ug, die Kompensationsspannung TJg- und die Rückführspannung U« hochohmige Spannungsquellen darstellen, wird die Summen- bzw. Differenzbildung dieser Spannungen durch den Blektrometerverstärker 5 realisiert. Die dadurch bedingte sehr geringe Belastung der Spannungsquellen durch den Elektrometerverstärker 5 ermöglicht eine fehlerfreie Differenzbildung, Abweichend топ den an sich bekannten Blektrometerverstärkern ist der erfindungsgemäß ausgebildete durch zwei wesentliche Merkmale gekennzeichnet, die insbesondere den Bedingungen der Zweileitertechnik Rechnung tragen. So wird zum einen die positive Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 31 mittels der Hilfsspannungsgleichrichtung 4 aus der Genaratorausgangsspannung XJq gewonnen und zum anderen die Ausgangsspannung des Blektromaterverstärkers 3I auf die negative Betriebsspannung bezogen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise

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die Belastung des Wechselspannungsgenerators 1 nahezu konstant gehalten, wodurch die Generatorausgangsspannung Uq von der Aussteuerung des Elektrometerverstärkers 5 weitgehend unbeeinflußt bleibt* Bin ebenfalls noch der erfindungsgemäßen Ausbildung des Elektrometerverstärkers 5 zuzurechnendes Merkmal besteht in der Aufschaltung der Hilfsspannungsschwanlmngen über den Beschaltungswiderstand 18 auf den invertierenden Eingang 21 des Operationsverstärkers 31, was eine Verringerung des Einflusses der Z-Spannungsschwankung bei Änderung der Verstärkung, des Operationsverstärkers 31 auf die Gesamtübertragungskennlinie zur Folge hat.

Claims

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Brfindungsanspruch

Schaltungsanordnung zur elektrisch-pneumatischen Signalumformung für elektrisch-pneumatische Stellungsregler und elektrisch-pneumatische Signalwandler, die einen Wechselspannungsgenerator mit nachgeschalteter Kompensationsschaltung, Wegmeßeinrichtung, Strom-Druck-Umformer und Hilfsspannungsgleichrichtung enthält und außerdem einen Operationsverstärker und eine Eingangsschaltung, aus einer Reihenschaltung von Z-Diode und Signalwiderstand bestehend, aufweist und bei der die Versorgungsspannungen aus dem Eingangssignalstrom mittels Z-Diode und dem Wechselspannungsgenerator gewonnen werden, gekennzeichnet dadurch, daß der in der Eingangsschaltung (6) befindlichen Reihenschaltung der Z-Diode (10) mit dem Signalwiderstand (11) ein Widerstand 12}13) parallelgeschaltet ist, dessen Abgriff (29) an den einen der beiden Spannungsausgänge (14|15) der Kompensationsschal uUiieS (2) geschaltet ist und ihr zweiter Ausgang (15) mpt 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 Hilfsßpannungsgleichidchtung (4) zusammengeschaltet ist und daß am Ausgang des Operationsverstärkers (31) der 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 Versorgungsspannungsanschluß (24) angeschlossen ist.

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