DE1071545B

DE1071545B - Receiving arrangement for telemetry pulses

Info

Publication number: DE1071545B
Application number: DENDAT1071545D
Authority: DE
Inventors: München Horst Kerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1959-12-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfangsanordnung für Fernmeßimpulse, die zur Übertragung von Meßwerten über größere Entfernungen nach dem Impulsfrequenzverfahren dienen. Hierbei ist die Frequenz der Impulse (z. B. von 5 bis 15 Hz) ein Maß für die Intensität des zu übertragenden Meßwertes. Die Impulse können einem als Träger dienenden tonfrequenten oder 50periodigen Wechselstrom auf moduliert sein oder auch in Form von Gleichstrom- öder Doppelstromtastung vorliegen. Am Empfangsort muß ein zur Impulsfrequenz proportionaler Gleichstrom erzeugt werden, der auf ein Anzeige- oder Registriergerät gegeben wird.The invention relates to a receiving arrangement for telemetry pulses which are used for the transmission of measured values over greater distances using the pulse frequency method to serve. The frequency of the impulses (e.g. from 5 to 15 Hz) is a measure of the intensity of the measured value to be transmitted. The impulses can be an audio frequency serving as a carrier or 50-period alternating current can be modulated or in the form of direct current or double current keying are present. A direct current proportional to the pulse frequency must be generated at the receiving location that is given to a display or recorder.

Es ist eine derartige Empfangsanordnung bekannt, bei der das Anzeigegerät in Reihe mit einer Gleich-Spannungsquelle an zwei hintereinandergeschaltete,' im Takt der Empfangsfrequenz abwechselnd überbrückte Kondensatoren angeschlossen ist. Die ab- \vechselnde Überbrückung wird durch den Ümschaltekontakt eines mit den Impulsen beaufschlagten Relais besorgt. Der Strom, der über das Anzeigeinstrument fließt, ist ein Maß für die Impulsfrequenz und. damit für die Größe des Meßwertes. Um die empfindlichen Kontakte nicht allzusehr zu belasten, sind in den Überbrückungsleitungen Schutzwiderstände angeordnet. Such a receiving arrangement is known in which the display device is in series with a DC voltage source to two one behind the other, 'bridged alternately at the rate of the receiving frequency Capacitors is connected. The alternating bridging is made by the switching contact a relay loaded with the pulses worried. The current flowing through the display instrument flows is a measure of the pulse frequency and. thus for the size of the measured value. To the sensitive In order not to overload contacts too much, protective resistors are arranged in the bridging lines.

Häufig ist eine laufende Aufzeichnung der Meßgrößen erforderlich. Der Leistungsbedarf eines Tintenschreibers ist aber zu groß, als daß er von der beschriebenen Schaltung ohne Überlastung gedeckt werden könnte. Deshalb ist eine Verstärkung, des Kondensatormeßstromes in einem Gleichstrom-Kompensationsverstärker notwendig. Derartige. Kompensationsverstärker sind kompliziert und teuer. Außerdem ist das erforderliche Empfangsrelais auch bei sorgfältigster Ausführung nicht unbedingt zuverlässig und benötigt eine laufende Wartung, um einen Ausfall im vielleicht entscheidenden Augenblick vorzubeugen. Continuous recording of the measured variables is often necessary. The power requirement of a The ink pen is too large to be covered by the circuit described without overloading could be. Therefore there is an amplification of the capacitor measurement current in a DC compensation amplifier necessary. Such. Compensation amplifiers are complicated and expensive. aside from that the required receiving relay is not necessarily reliable even with the most careful execution and requires ongoing maintenance in order to prevent a failure at perhaps the decisive moment.

Bei Frequenzmeßeinrichtungen nach dem Konclensatorumladeverfahren ist es bekannt, den Relaiskontakt durch zwei mit den beiden galvanisch getrennten Sekundärwicklungen eines Transformators verbundene Transistoren zu ersetzen, die im Takt der zu messenden Frequenz abwechselnd stromdurchlassend und stromsperrend sind. Auch hier ist aber zum Anschluß eines Registriergerätes ein Kompensationsverstärker erforderlich. Ferner muß normalerweise ein Gegentaktvorverstärker vorhanden sein.In frequency measuring devices according to the Konclensatorumladeverfahren it is known to use the relay contact by two with the two galvanically separated secondary windings of a transformer to replace connected transistors, which alternately conduct current in time with the frequency to be measured and are current blocking. Here, too, there is a compensation amplifier for connecting a recording device necessary. In addition, a push-pull preamplifier is normally required.

Die Einführung von Transistoren statt des Relais im Impulsfrequenzverfahren stößt wegen der steilen Impulsflanken insbesondere am Ende der Impulse (Hiiitcrflanko) auf Schwierigkeiten. Man hat: verschiedene Lösungen ausprobiert, ist aber bisher nur Empfangsanordnung für FernmeßimpulseThe introduction of transistors instead of the relay in the pulse frequency method comes across because of the steep Pulse edges, especially at the end of the pulses (secondary edge), indicate difficulties. You have: different Tried solutions, but is so far only receiving arrangement for Fernmeßimpulse

Anmelder:Applicant:

Horst Kerner, München 55, Konrad-Dreher-Str. 28Horst Kerner, Munich 55, Konrad-Dreher-Str. 28

Horst Kerner, München, ist als Erfinder genannt wordenHorst Kerner, Munich, has been named as the inventor

mit mehr oder weniger komplizierteren Schaltungen zu brauchbaren Resultaten gelangt.achieves useful results with more or less complicated circuits.

Die Erfindung gestattet die Überwindung dieser Schwierigkeiten. Die erfindungsgemäße Empfangsänordnung für Fernmeßimpulse ■; zum ■ direkten Anschluß eines Tintenschreibers, der in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle an zwei hintereinandergeschalteten, im Takt der Empfangsfrequenz durch an die Sekundärwicklungen eines Übertragers angeschlossene Transistoren abwechselnd überbrückten Kondensatoren liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit' den umzuformenden Impulsen beaufschlagte Primärwicklung des Übertragers durch ein i?C-Glied überbrückt ist, das so bemessen ist, daß es Überspannungen an der Impulshinterflanke unterdrückt und daß die Zeitkonstante der Übertragerwicklung in der Größenordnung der Pulsperiode liegt.The invention allows these difficulties to be overcome. The receiving arrangement according to the invention for remote measurement pulses ■; for ■ direct connection of an ink pen in series with a DC voltage source at two series-connected, at the rate of the receiving frequency through to the Secondary windings of a transformer connected transistors alternately bridged capacitors is characterized in that the primary winding to which the pulses to be reshaped are applied of the transformer is bridged by an i? C element, which is dimensioned so that there are overvoltages suppressed at the pulse trailing edge and that the time constant of the transformer winding in the Order of magnitude of the pulse period.

In der erfindungsgemäßen Anordnung wird jeder Transistor abwechselnd zur Ladung des einen und zur Entladung des anderen Kondensators verwendet. Man kann so eine erheblich höhere Leistung ohne Überlastung der Transistoren erzielen.In the arrangement according to the invention, each transistor is alternately used to charge one and the other used to discharge the other capacitor. You can get a much higher performance without it Achieve overloading of the transistors.

Die störenden Impulsverzerrungen, die bisher eine Anwendung dieser Schaltung unmöglich machten, werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen unterdrückt. Es empfiehlt sich, in an sich bekannter Weise den Ruhestrom des Anzeigeinstrumentes bei derjenigen Impulsfrequenz, welche dem Meßwert Null entspricht, durch eine Kompensationsschaltung zu unterdrücken.The annoying impulse distortion that made this circuit impossible to use up to now, are suppressed by the measures according to the invention. It is best to be known in and of itself Mode the quiescent current of the display instrument at that pulse frequency which corresponds to the measured value zero corresponds to suppressed by a compensation circuit.

Stehen die Impulse in Gleichstrom- oder Doppelstromtastung zur Verfügung, so reicht ihre Intensität meist aus, um unmittelbar an den Eingang des Übertragers gelegt zu werden. Handelt es sich dagegen um Wechselstromimpulse, so müssen sie vorher demodu^L Ii(Tt und verstärkt werden. Letzteres geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die durch das RC-GVicd If the pulses are available in direct current or dual current scanning, their intensity is usually sufficient to be applied directly to the input of the transformer. If, in contrast to AC pulses, they must previously demodu ^L Ii (Tt and amplified. The latter is done according to the invention characterized in that the by the RC GVicd

überbrückte Primärwicklung des Übertragers in Reihe mit einem durch die Impulse abwechselnd geöffneten und gesperrten elektronischen Schalter an eine konstante Gleichspannung angeschlossen ist. Vorzugsweise ist der elektronische Schalter als Transistor in Emitterschaltung ausgebildet.bridged primary winding of the transformer in series with one alternately opened by the pulses and locked electronic switch is connected to a constant DC voltage. Preferably the electronic switch is designed as a transistor in an emitter circuit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. ■ Die ankommenden Wechselstromimpulse werden über die Klemmen 1 und 2 dem Anpassungsübertrager Ül zugeführt. Nach Gleichrichtung durch die Dioden D1 und D 2 und Glättung mittels des Kondensators Cl beaufschlagen sie die Basis eines Transistors Tl, dessen Emitter mit der Klemme 3 verbunden ist, während der Kollektor an die Primärwicklung eines Übertragers Ü2 angeschlossen ist. Die andere Seite der Primärwicklung ist mit der Klemme 4 verbunden. An den Klemmen 3 und 4 liegt eine Gleichspannung U von z. B. 24 Volt.An embodiment of the invention is described with reference to the drawing. ■ The incoming alternating current pulses are fed to the adapter transformer Ül via terminals 1 and 2. After rectification by the diodes D 1 and D 2 and smoothing by means of the capacitor C1, they act on the base of a transistor T1, the emitter of which is connected to terminal 3, while the collector is connected to the primary winding of a transformer Ü2 . The other side of the primary winding is connected to terminal 4. A DC voltage U of z. B. 24 volts.

Die Betriebswerte sind so gewählt, daß die demodulierten Impulse den Transistor T1 öffnen, während er in der Impulspause gesperrt ist. Um den Transistor genügend durchzusteuern und andererseits seine Überlastung zu vermeiden, sollte der Pegel der an 1 und 2 liegenden Impulsspannung bei Tonfrequenz zwischen — IN und +3 N liegen. Bei 50-Hz-Tastung ist die untere Grenze 0 N.The operating values are selected so that the demodulated pulses open the transistor T 1, while it is blocked in the pulse pause. In order to control the transistor sufficiently and, on the other hand, to avoid overloading it, the level of the pulse voltage applied to 1 and 2 should be between -IN and +3 N at audio frequency. With 50 Hz keying, the lower limit is 0 N.

Der Transistor T1 wird also beaufschlagt, daß er nicht als Verstärker, sondern als Schalter wirkt. Hierdurch kann er bei einer zulässigen Verlustleistung von 50 mW eine Leistung von etwa 350 mW steuern, ohne überlastet z,u werden. Die Größe der Steuerspannung hat, wenn sie in den angegebenen Grenzen bleibt, keinen Einfluß auf den Ausgangsstrom. Dagegen soll die Welligkeit der Hilfsspannung U nicht mehr als etwa 0,5% betragen.The transistor T 1 is thus acted upon so that it does not act as an amplifier, but as a switch. In this way, with a permissible power loss of 50 mW, it can control a power of about 350 mW without being overloaded z, u. The size of the control voltage, if it remains within the specified limits, has no influence on the output current. In contrast, the ripple of the auxiliary voltage U should not be more than about 0.5%.

Stehen die Impulse in. Gleichstrom- oder Doppelstromtastung zur Verfügung, so ist eine Verstärkung im allgemeinen unnötig, und die Impulse können über die Klemmen 4 und 5 unmittelbar an die Primärwicklung des Übertragers Ü2 gelegt werden. If the pulses are available in direct current or double current sampling , amplification is generally unnecessary and the pulses can be applied directly to the primary winding of transformer U2 via terminals 4 and 5.

In der Primärwicklung hat die im Takt der Impulse entstehende und verschwindende Spannung ein An- und Abschwellen des Stromes zur Folge. Die wechselnde Erregung des Übertragers verursacht Induktionsspannungen in den Sekundärwicklungen. Um Spannungsspitzen am Ende der Impulse infolge der steilen Impulsflanke zu verhindern, ist die Primärwicklung durch ein i?C-Glied aus dem Kondensator C 4 und dem Widerstand Rl überbrückt.In the primary winding, the voltage that develops and disappears in the cycle of the pulses causes the current to swell and swell. The alternating excitation of the transformer causes induction voltages in the secondary windings. In order to prevent voltage peaks at the end of the pulses as a result of the steep pulse edge, the primary winding is bridged by an IC element made up of the capacitor C 4 and the resistor R1.

Die in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen werden so an die Transistoren T 2 und T 3 geführt, daß wechselnd mit den Impulsen je ein Transistor geöffnet und einer gesperrt wird. Sind z. B. die Induktionsspannungen so gepolt, daß T 2 geöffnet und T 3 gesperrt ist, so lädt sich C 3 über T 2 und das Meßinstrument / auf die Speisespannung U_M auf. Es fließt ein Stromstoß durch /, dessen Ladung nur durch die Größen Um und C 3 bestimmt ist, wenn die Öffnungszeit von T 2 genügend groß gegen die Zeitkonstante des Ladevorgangs ist. Hierzu hat es sich als wesentlich erwiesen, daß die Zeitkonstante der Übertragerwicklung in der Größenordnung der Pulsperiode liegt. Bei einer Pulsfrequenz zwischen 5 und 15 Hz soll die Zeitkonstante z. B. etwa 0,10 bis 0,15 Sekunden betragen.The voltages induced in the secondary windings are fed to the transistors T 2 and T 3 in such a way that, alternating with the pulses, one transistor is opened and one is blocked. Are z. If, for example, the induction voltages are polarized so that T 2 is open and T 3 is blocked, then C 3 is charged via T 2 and the measuring instrument / to the supply voltage U _M. A current surge flows through /, the charge of which is only determined by the quantities Um and C 3, if the opening time of T 2 is sufficiently large compared to the time constant of the charging process. For this it has been found to be essential that the time constant of the transformer winding is of the order of magnitude of the pulse period. With a pulse frequency between 5 and 15 Hz, the time constant z. B. be about 0.10 to 0.15 seconds.

Kehrt nun die Induktionsspannung ihre Richtung um, so wird T 3 geöffnet und T 2 gesperrt. C 3 entlädt sich über TZ, und C 2 wird über Γ 3 und I aufgeladen, Fs fließt somit nach Beginn und Ende jedes Impulses ein genau definierter Stromstoß durch das Instrument /, wobei Konstanz von U_M, C 2 und C 3 und genügend große Öffnungszeit der Transistoren vorausgesetzt ist. Der arithmetische Mittelwert des Stromes in dem Anzeigeinstrument / ist dann genau der Impulsfrequenz proportional.If the induction voltage now reverses its direction, T 3 is opened and T 2 is blocked. C 3 discharges via TZ, and C 2 is charged via Γ 3 and I , Fs thus a precisely defined current surge flows through the instrument / after the beginning and end of each pulse, whereby U _M , C 2 and C 3 are constant and sufficiently large Opening time of the transistors is assumed. The arithmetic mean value of the current in the display instrument / is then exactly proportional to the pulse frequency.

Der am inneren Widerstand Ri des Anzeigeinstruments entstehende Spannungsabfall (geglättet durch den Kondensator C 5) führt allerdings zu einer gewissen Verfälschung der an den Klemmen 6 und 7 wirksamen Spannung. Die dadurch entstehende Nichtlinearität zwischen der Impulsfrequenz und dem Meßstrom ist aber praktisch vernachlässigbar, wenn der Widerstand R₁ bei der Eichung des Gerätes berücksichtigt wird.The voltage drop that occurs at the internal resistance Ri of the display instrument (smoothed by the capacitor C 5) leads, however, to a certain falsification of the voltage effective at terminals 6 and 7. The resulting non-linearity between the pulse frequency and the measuring current is practically negligible if the resistance R _{1 is} taken into account when calibrating the device.

Die konstante Spannung U_k und der Widerstand R_k haben die Aufgabe, in bekannter Weise dem durch das Instrument / fließenden Strom einen konstanten Gleichstrom gegenzuschalten, um bei einer bestimmten Impulsfrequenz, welche z. B. dem Nullwert einer fernübertragenen Meßgröße entspricht, den Ausgangsstrom Null zu erhalten.The constant voltage U _k and the resistor R _k have the task, in a known manner, to switch a constant direct current against the current flowing through the instrument, so that at a certain pulse frequency, which z. B. corresponds to the zero value of a remotely transmitted measured variable to obtain the output current zero.

Die Verwendung von Transistoren an Stelle des bisher benutzten Wechselkontaktes eines Relais erspart jegliche Wartungsarbeit. Durch Einsatz handelsüblicher Siliziumtransistoren mit einer maximal zulässigen Kollektorspannung von 75 Volt und einer Verlustleistung von 660 mW ist es möglich, das Gerät mit einem Ausgangsstrom bis 1OmA bei einer Frequenz von 15 Hz (Nullpunkt 5 Hz) auszulegen. . Hierdurch kann ohne Zwischenschaltung eines Gleichstromverstärkers ein Tintenschreiber (registrierendes Drehspulinstrument) angeschlossen werden. Bei geringeren Ansprüchen an die Linearität des Meßstromes können auch zwei oder drei Tintenschreiber angeschlossen werden. Die Abweichung von der Linearität beträgt bei einer Eichung von 0 bis 10 mA (Vollausschlag) für Frequenzen von 5 bis 15 Hz, Spannungen U_M = 70 Volt und U_k — 40 Volt und einem Innenwiderstand Ri = 500 Ohm (was etwa zwei Tintenschreibern entspricht) erst ±0,75%.The use of transistors instead of the previously used changeover contact of a relay saves any maintenance work. By using commercially available silicon transistors with a maximum permissible collector voltage of 75 volts and a power loss of 660 mW, it is possible to design the device with an output current of up to 10 mA at a frequency of 15 Hz (zero point 5 Hz). . This means that an ink pen (registering moving coil instrument) can be connected without the interposition of a direct current amplifier. If the demands on the linearity of the measuring current are lower, two or three ink pens can also be connected. The deviation from the linearity is with a calibration of 0 to 10 mA (full scale) for frequencies from 5 to 15 Hz, voltages U _M = 70 volts and U _k - 40 volts and an internal resistance Ri = 500 ohms (which corresponds approximately to two ink pens ) only ± 0.75%.

Die Schaltung ist im Gegensatz zu den bekannten Transistorschaltungen zur Frequenzmessung bemerkenswert temperaturunempfindlich. Im Bereich von 0° bis 100° C hat die Temperatur keinen merklichen Einfluß auf den Meßstrom. Der auf ± 10° C bezogene Temperaturfehler beträgt nur etwa 0,025 Promille. Die Temperaturabhängigkeit der eingangs geschilderten bekannten Transistorschaltung ist wesentlich größer.In contrast to the known transistor circuits for frequency measurement, the circuit is remarkable insensitive to temperature. In the range from 0 ° to 100 ° C, the temperature has no noticeable Influence on the measuring current. The temperature error related to ± 10 ° C is only about 0.025 per thousand. The temperature dependency of the known transistor circuit described at the beginning is essential greater.

Claims

Patent claims:

1. Receiving arrangement for remote measurement pulses for direct connection of an ink pen,

in series with a DC voltage source on two series-connected, in time with the Reception frequency through transistors connected to the secondary windings of a transformer alternately bridged capacitors. · ■: Has, characterized in that the with the

The primary winding of the transformer (Ü2) applied to the pulses to be transformed is bridged by an RC element (Rl, C 4) which is dimensioned so that it suppresses overvoltages on the pulse trailing edge and that the time constant of the transformer winding is of the order of magnitude of the pulse period.

2. Receiving arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring current im