DE1040942B

DE1040942B - Gebereinrichtung fuer das Frequenzvariationsverfahren

Info

Publication number: DE1040942B
Application number: DEM31636A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Hoegner; Dipl-Phys Dr-Ing Erich Unger
Original assignee: Metrawatt AG
Current assignee: Metrawatt AG
Priority date: 1956-09-05
Filing date: 1956-09-05
Publication date: 1958-10-09

Description

DEUTSCHES

Meßgrößen können über größere Entfernungen, insbesondere über galvanisch nicht durchverbundene Naehrichtenwege, nach dem Frequenzvariationsverfahren übertragen werden. Dabei sind als Gebereinrichtungen z. B. solche bekannt, die mit einer vormagnetisierbaren Drossel als veränderliche Induktivität im Schwingkreis eines LC-Generators arbeiten. Auch Variometergeber werden in derartigen Schaltungen zur Induktivitätsänderung bzw. Frequenzänderung verwendet.

Bei allen diesen Einrichtungen bereitet es Schwierigkeiten, die Zuordnung der Frequenz zur Meßgröße linear zu gestalten, was in jedem Falle wünschenswert und bei bestimmten Anwendungen Voraussetzung ist. Sollen beispielsweise mehrere dieser übertragenen Meßgrößen auf der Empfangsseite addiert oder subtrahiert werden, so ist das nur dann ausreichend fehlerfrei möglich, wenn die Übertragung der Fernmeßwerte linear erfolgt.

Lineare Fernmeßsysteme, d. h. also· solche, bei denen eine lineare Zuordnung von senderseitiger zu empfangsseitiger Meßgröße besteht, werden am einfachsten mit linearen Meßgrößenumformern aufgebaut.

Ein Umformer für die Empfangsseite des Frequenzvariationsverfahrens mit linearer Transformation ist bereits bekannt. Dieser arbeitet nach dem Kondensatorumladeverfahren und gibt nach der Gleichung :

I=C-U-f

(wobei C = Kapazität, U = Ladespannung und f = Frequenz ist), ausgangsseitig einen der Frequenz streng proportional zugeordneten Gleichstrom ab.

Ferner ist eine Oszillatorschaltung vorgeschlagen worden, bei der mit Hilfe zweier transistorbestückter Schwingkreise eine vorbestimmte Sollfrequenz auf konstantem Wert gehalten wird. Dies wird mittels einer Gegenkopplung erreicht, wodurch die Einflüsse von. Schwankungen der Speisespannung sowie Temperaturschwankungen weitgehend eliminiert werden. Mit dieser bekannten Schaltung ist es aber nicht möglich, mittels einer veränderlichen Steuergröße eine kontinuierlich veränderliche, der Steuergröße proportional zugeordnete Frequenz zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die günstigen Eigenschaften des Kondensatorumladeverfahrens bezüglich der Proportionalität mittels geeigneter Maßnahmen auf der Geberseite zum Aufbau eines linearen Meßgrößenumformers auszuwerten.

Das wird bei einer Gebereinrichtung für das Fre^ quenzvariationsverfahren zur Fernübertragung von Meßgrößen, die als Gleichstrom vorliegen, wobei der die Meßgröße darstellende Gleichstrom mittels eines Gebereinrichtung
für das Frequenzvariationsverfahren

Anmelder:

Metrawatt Aktiengesellschaft

Fabrik elektrischer Meßgeräte,

Nürnberg, Schoppershofstr. 50-54

Dipl.-Ing. Fritz Högner, Leer (Ostfriesl.),

und Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Erich Unger, Nürnberg,

sind als Erfinder genannt worden

in seiner Frequenz kontinuierlich steuerbaren Generators in einen Wechselstrom umgeformt wird, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß weitgehend Linearität in der Zuordnung der abgegebenen Frequenz zum Eingangsgleichstrom dadurch erzielt wird, daß dem Steuergleichstrom ein Gleichstrom gegengekoppelt ist, der mittels eines proportional arbeitenden Frequenzumsetzers aus der von dem steuerbaren Generator erzeugten Frequenz gewonnen wird, wobei der Generator eine an sich beliebige, jedoch monoton und stetig verlaufende. Frequenzcharakteristik aufweisen kann.

In vorteilhafter Weise wird bei der neuen Gebereinrichtung der dem Frequenzgenerator nachgeschaltete Frequenzumsetzer aus einer Frequenzmeßanordnung gebildet, die nach dem Kondensatorumladeverfahren arbeitet und an ihrem Ausgang eine exakt frequenzproportionale Spannung abgibt, die über einen Verstärker — dem Meßgleichstrom entgegengekoppelt — auf den Generator zurückwirkt.

Zum Aufbau des Frequenzgenerators werden in vorteilhafter Weise Transistoren in Gegentaktschaltung verwendet, deren starke Temperaturabhängigkeit bezüglich der Reproduzierbarkeit der Umsetzung Wechselstrom—Frequenz fast ganz eliminiert wird.

Im Schwingkreis des Frequenzgenerators kann als veränderliche Induktivität beispielsweise ein vormagnetisierbarer Übertrager mit nichtlinearer Induktivitätsänderung verwendet werden.

Weitere Merkmale der Erfindung und die Wirkungsweise der Gebereinrichtung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen:

Gemäß der Zeichnung ist ein nach dem Kondensator umladeverfahren arbeitender Frequenzmesser 3

8:9 657,273

dem Generator 2 nachgeschaltet; dieser gibt an seinem Ausgang einen der Frequenz streng proportional zugeordneten Gleichstrom ab, der seinerseits eine Gegenkopplungsspannung U_s am Eingang des Gleichspannungsverstärkers 1 hervorruft. Über diesen wird die Steuerung des LC-Generators zusammen mit der Meßgröße vorgenommen. Wählt man den Verstärkungsfaktor des Gleichspannungsverstärkers hinreichend groß, so entsteht fast völlige Linearität in der Zuordnung der Frequenz zum Meßwert.

Die genauen Verhältnisse sollen auf mathematischem Wege noch etwas näher erläutert werden.

Für eine Verstärkeranordnung mit Gegenkopplung läßt sich der Verstärkungsfaktor bekanntlich wie folgt angeben:

V= . (1)

1 + V-K

Hierbei ist V = Verstärkungsfaktor mit Gegenkopplung, V = Verstärkungsfaktor ohne Gegenkopplung, A' = Gegenkopplungsfaktor.

Weiter läßt sich der Einfluß von Änderungen des Verstärkungsfaktors V auf den Verstärkungsfaktor V aus einer Anordnung mit Gegenkopplung berechnen:

Λ F⁰/

Gleichung (1) besagt, daß sich der Verstärkungsfaktor V mit wachsendem V dem konstanten Wert 1 nähert; Gleichung (2) besagt, daß die prozentuale Änderung des Verstärkungsfaktors V bei einer Anordnung mit Gegenkopplung mit wachsendem Verstärkungsfaktor V gegen Null geht.

Die durch die Gleichung (1) wiedergegebene Eigenschaft eines Verstärkers mit Gegenkopplung wird bei der dargestellten Anordnung nutzbringend zur Linearisierung der Frequenzcharakteristik verwendet. Man erhält für den Verstärkungsfaktor V der Anordnungmit Gegenkopplung:

40

C-U-R₂-df

(IU₁

l + V

; JST=I.

Hierin bedeutet: dJ_t = Meßstromänderung, R₁, R₂ = Koppelwiderstände, U = Speisespannung des Frequenzmessers = konstant, C = Umladekondensator desselben.

Der wirksame Verstärkungsfaktor V der Anordnung ohne Gegenkopplung' kann mit Hilfe des zwiscbengescbalteten Gleichspannungsverstärkers hinreichend groß bemessen werden, so daß gilt:

V=

1 -f- V
Damit wird aber:

df

dJ₁-

^ 1

df ^

55

60

oder integriert:

/Wo =

J₁-R₁

C-U-R₉

(3)

Ferner folgt aus Gleichung (2) mit V = 1, daß Veränderungen von V des Gleichspannungsverstärkers sowie Veränderungen der Frequenzcharakteristik des Generators, verursacht durch Alterung, Temperaturschwankungen oder infolge Hysteresis des verwendeten vormagnetisierten Übertragerkerns in die Messung nicht eingehen. Die Genauigkeit der linearen Meßgrößenumformung in eine Frequenz ist im wesentlichen nur gegeben durch die Konstanz der Speisespannung U des Frequenzmessers und dessen Kondensator C. Unter Ausnutzung der letztgenannten Eigenschaft ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Gerät mit Transistoren aufgebaut, wodurch eine wesentliche Aufwandverminderung und Erhöhung der Lebensdauer erzielt wird.

In der in der Zeichnung dargestellten Schaltskizze ist mit 1 der Verstärker, mit 2 der Generator, mit 3 der Frequenzmesser und mit 4 die Fernleitung bezeichnet.

Claims

Patentansprüche

1. Gebereinrichtung für das Frequenzvariationsverfahren zur Fernübertragung von Meßgrößen, die als Gleichstrom vorliegen, wobei der die Meßgröße darstellende Gleichstrom mittels eines in seiner Frequenz kontinuierlich steuerbaren Generators in einen Wechselstrom umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß weitgehend Linearität in der Zuordnung der abgegebenen Frequenz zum Eingangsgleichstrom dadurch erzielt wird, daß dem Steuergleichstrom ein Gleichstrom gegengekoppelt ist, der mittels eines proportional arbeitenden Frequenzumsetzers aus der von dem steuerbaren Generator erzeugten Frequenz gewonnen wird, wobei der Generator eine an sich beliebige, jedoch monoton und stetig verlaufende Frequenzcharakteristik aufweisen kann.

2. Gebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Frequenzgenerator nachgeschaltete Frequenzumsetzer aus einer Frequenzmeßanordnung besteht, die nach dem Kondensaitorumladeverfahren arbeitet und an ihrem Ausgang eine exakt frequenzproportionale Spannung abgibt, die über einen Verstärker — dem Meßgleichstrom gegengekoppelt — auf den Generator zurückwirkt.

3. Gebereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau des Frequenzgenerators in Gegentaktschaltung Transistoren verwendet werden, deren starke Temperaturabhängigkeit bezüglich der Reproduzierbarkeit der Umsetzung Wechselstrom —Frequenz fast ganz eliminiert wird.

4. Gebereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderliche Induktivität im Schwingkreis des Frequenzgenerators ein vormagnetisierbarer Übertrager mit nichtlinearer Induktivitätsänderung verwendet ist.

5. Gebereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, da,-durch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor V* des Gegenkopplungsverstärkers so groß bemessen ist, daß der wirksame Verstärkungsfaktor

Das heißt: Es besteht mit V^l tatsächlich hinreichend lineare Zuordnung, unabhängig von der Frequenzcharakteristik des Generators, wenn diese nur monoton und stetig verläuft.

1 + V- K

unabhängig von den Einzel-Verstärkungsfaktoren V*, V** usw. wird, wobei V = V* ■ V** . . . usw. ist.

6. Gebereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Transistoren als elektronische Schalter für den Aufbau der nach dem Kondensatorumladeverfahren arbeitenden Frequenzmeßanordnung Verwendung finden.

7. Gebereinrichtung nach Anspruch: 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß phasendrehende Schalt-

glieder vorgesehen sind, mit denen die bei der hohen Verstärkung auftretende Schwingneigung der Anordnung unterdrückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 077 208.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen