DE1283378B - Schaltungsanordnung zur Umformung von Messgleichspannungen in eine Impulsfrequenz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES MJTIm PATENTAMT Int Cl.:

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AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 e -19/26

Nummer: 1283 378

Aktenzeichen: P 12 83 378.2-35 (S 105763)

Anmeldetag: 8. September 1966

Auslegetag: 21. November 1968

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umformung von Meßgleichspannungen, ζ. Β. Thermoelementspannungen, in eine Impulsfrequenz mit einem integrierenden Spannungsfrequenzumformer. Derartige Schaltungsanordnungen sind bereits bekannt. Integrierende Spannungsfrequenzumformer haben den Vorteil, gegen Störspannungen verhältnismäßig unempfindlich zu sein, da nur die Spannungs-Zeit-Fläche in das Meßergebnis eingeht und kurze Impulse daher wenig Einfluß haben. Derartige Span- ίο nungsfrequenzumformer, die nach dem Ladungsmengenkompensationsverfahren arbeiten, bestehen z. B. aus einem über einen Kondensator gegengekoppelten Verstärker (Miller-Integrator), dem der Eingangsstrom über einen Integrationswiderstand zügeführt wird. An den Ausgang dieses Verstärkers ist ein Impulsgeber, ζ. Β. eine Sperrschwingerschaltung, angeschlossen, die einen Impuls erzeugt, sobald die Ausgangsspannung des genannten Verstärkers einen bestimmten Wert erreicht hat. Die Ausgangsimpulse werden in einer Zählkette in konstanten Zeitintervallen gezählt und als der Eingangsspannung proportionaler Digitalwert ausgegeben. Durch die Sperrschwingerschaltung wird ferner über einen Kompensationsladungsgeber bei jedem abgegebenen Impuls gleichzeitig dem Eingang des Verstärkers ein Impuls konstanter Ladungsmenge zugeführt, wodurch die Ausgangsspannung des Verstärkers auf ihren Grundwert zurückgeführt wird. Diese bekannte Schaltung eignet sich wegen ihrer Einfachheit und Störungsunempfindlichkeit zur Umsetzung einer Meßgleichspannung mit überlagerten Störspannungen in einen Digitalwert und insbesondere bei zeitmultiplexer Abtastung bei der Prozeßautomatisierung.

Bei der Meßwertverarbeitung und Prozeßsteuerung liegt vielfach das Problem vor, Fehler an den Meßwertgebern möglichst schnell zu signalisieren. Dabei ist es besonders schwierig, Fehler zu erkennen, die ihrer Wirkung nach einem vorkommenden Meßwert entsprechen. So ist es in vielen Fällen wichtig, eindeutig festzustellen, ob der Meßwert »Null« oder ein Drahtbruch der Leitung zum Meßfühler bzw., wenn der Meßfühler ein Thermoelement ist, eine mechanische Zerstörung dieses Thermoelementes vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der oben bezeichneten Art eine besonders einfache Überwachungseinrichtung zu schaffen, mit der eine Unterbrechung im Meßkreis festgestellt werden kann.

Die Erfindung besteht darin, daß dem Eingang des Spannungsfrequenzumformers eine Wechselspannung zugeführt wird, deren Frequenz in der Meßzeit ganz-Schaltungsanordnung zur Umformung von Meßgleichspannungen in eine Impulsfrequenz

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Hans Breunig,

Dipl.-Ing. Hans Kürner, 7500 Karlsruhe

zahlig enthalten ist und deren Quellenwiderstand gegenüber dem Widerstand der hierzu parallelgeschalteten Meßspannungsquelle derart hochohmig ist, daß bei Unterbrechung des Meßstromkreises der Spannungsfrequenzumformer übersteuert wird, und daß an dessen Ausgang eine die Übersteuerung signalisierende frequenzselektive Schaltung angeschlossen ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Impulse des Spannungsfrequenzumformers, die während des Meßintervalls der Zählschaltung zugeführt werden, eine Zeitstufe ansteuern, deren Schaltzeit kleiner als die kürzeste Periodendauer der Zählimpulse bei ungestörtem Betrieb, jedoch größer als die Periodendauer bei Übersteuerung des Spannungsfrequenzumformers ist, so daß durch diese Zeitstufe über ein an deren Ein- und Ausgang angeschlossenes UND-Gatter im Falle einer Störung Meldeimpulse erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild, F i g. 2 ein Impulsdiagramm.

In Fig. 1 sind mit G₁ und G₂ Meßfühler, z.B. Thermoelemente, bezeichnet, die über Kontakte ^₁, k₂, k_s des Meßstellenumschalters MU mit dem Eingang des Verstärkers V des Spannungsfrequenzumformers SFU verbunden werden können. Der Widerstand R_e stellt den Integrationswiderstand sowie die Widerstände des Eingangskreises des Verstärkers V dar. Der Kondensator C₁ ist der Gegenkopplungskondensator. Der Ausgang des Verstärkers V ist mit dem Impulsgeber 7 verbunden. Bei am Eingang des Verstärkers V anliegender Meßspannung steigt je nach deren Höhe mehr oder weniger schnell die Ausgangsspannung des Verstärkers V an und bewirkt, daß der Impulsgeber/ einen Impuls

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an die Torschaltung T abgibt, sobald die Ausgangsspannung des Verstärkers V einen bestimmten Wert überschreitet. Gleichzeitig wird über den Kompensationsladungsgeber K ein Impuls konstanter Ladung auf den Eingang des Verstärkers V zurückgeführt, wodurch der Kondensator C₁ entladen und die Ausgangsspannung des Verstärkers V wieder auf einen Grundwert zurückgeführt wird. Im Zähler Z werden die Impulse während eines konstanten Zeitintervalls gezählt, welches durch den Zeitgeber ZG bestimmt ist, der die Torschaltung T steuert.

Tritt nun eine Unterbrechung in den zu den Meßwertgebern G₁, G₂ führenden Leitungen auf, so werden keine Impulse an den Zähler Z weitergegeben. Aus dem Zähler Z wird also der Wert Null abgeleitet.

Gemäß der Erfindung ist zur Signalisierung dieses Fehlers eine Wechselstromquelle vorgesehen, die durch den Übertrager Ό gebildet wird, der eine Wechselspannung über den Widerstand R_P parallel ao zu den Meßwertgebern G₁, G₂ dem Spannungsfrequenzumformer SFU zuführt. Da die Meßwertgeber G₁ und G₂ niederohmig sind, ist die an den Eingang des Verstärkers V gelangende Wechselspannung infolge der Spannungsteilerwirkung des Widerstandes Rp und des jeweiligen Geberwiderstandes sehr klein. Ferner bewirkt das integrierende Verhalten des Spannungsfrequenzumformers SFU, daß die überlagerte Wechselspannung nicht in das Meßergebnis eingeht, insbesondere, wenn deren Periodendauer gleich einem Vielfachen des Meßintervalls gewählt wird.

Wird dagegen die Leitung zu den Meßwertgebern G₁ und G₂ unterbrochen, so liegt die Wechselspannung C/~ der Sekundärwicklung des Übertragers Ü in fast voller Höhe am Eingang des Verstärkers V, da jetzt keine Spannungsteilerwirkung durch den Widerstand R_P und den jeweiligen Geberwiderstand eintritt. Der Spannungsfrequenzumformer SFU wird in hohem Maße übersteuert. Die Übersteuerung tritt am Ausgang A des Spannungsfrequenzumformers SFU dadurch in Erscheinung, daß eine hohe Impulsfrequenz erzeugt wird. Diese kann durch eine frequenzselektive Schaltung zur Störungsanzeige herangezogen werden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die der Zählschaltung Z zugeführten Impulse im Inversionsgatter GJ invertiert und einer Zeitstufe ZK, die eine monostabile Kippstufe sein kann, zugeführt. Der Ausgangsimpuls der Zeitstufe ZK und der ihr zugeführte Eingangsimpuls werden an ein UND-Gatter GU geleitet, welches einen Impuls an die Klemme M abgibt, sobald die Impulsfrequenz so groß ist bzw. der Abstand der Impulse derart klein geworden ist, daß der jeweils nachfolgende Impuls in die Laufzeitdauer der Zeitstufe ZK fällt.

Fig. 2 soll diese Wirkungsweise verdeutlichen. Normalerweise folgen die Zählimpulse in so großen Abständen aufeinander, daß die durch deren Rückflanke angesteuerte Zeitstufe ZK wieder zurückgekippt ist, bevor der nächste Zählimpuls eintrifft. Bei Übersteuerungen des Spannungsfrequenzumformers SFU infolge einer Störung trifft der nächste Zählimpuls bereits dann ein, wenn die Zeitstufe ZK noch gekippt ist. An der Klemme M entstehen dadurch Störmeldeimpulse.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umformung von Meßgleichspannungen, z. B. Thermoelementspannungen, in eine Impulsfrequenz mit einem integrierenden Spannungsfrequenzumformer und Zählung über eine konstante Meßzeit, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Spannungsfrequenzumformers (SFU) eine Wechselspannung (£/~) zugeführt wird, deren Frequenz in der Meßzeit ganzzahlig enthalten ist und deren Quellenwiderstand (R_P) gegenüber dem Widerstand der hierzu parallelgeschalteten Meß-SPaHnUHgSqUeIIe(G₁, G₂) derart hochohmig ist, daß bei Unterbrechung des Meßstromkreises der Spannungsfrequenzumformer (SFU) durch diese Wechselspannung (I7~) übersteuert wird, und daß an dessen Ausgang (/4) eine die Übersteuerung signalisierende frequenzselektive Schaltung angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Spannungsfrequenzumformers (SFU), die während des Meßintervalls der Zählschaltung (Z) zugeführt werden, eine Zeitstufe (ZK) ansteuern, deren Schaltzeit kleiner als die kürzeste Periodendauer der Zählimpulse bei ungestörtem Betrieb, jedoch größer als die Periodendauer bei Übersteuerung des Spannungfrequenzumformers (SFU) ist, so daß durch diese Zeitstufe (ZK) über ein an deren Ein- und Ausgang angeschlossenes UND-Gatter im Falle einer Störung Meldeimpulse erzeugt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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