DE19723645B4 - Anordnung zur Signalübertragung zwischen einer Geberstelle und einer Empfangsstelle - Google Patents
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- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
Abstract
Anordnung
zur Signalübertragung zwischen
einer Geberstelle (10) und einer eine Versorgungs-Spannungsquelle
(18) aufweisenden und fettEmpfangstelle (12), die miteinander durch
eine Zweidrahtleitung (14) verbunden sind, über die ein zwischen zwei Grenzwerten
veränderlicher
analoger Signalstrom (IS) übertragen
wird, der einen in der Geberstelle (10) von einem Sensor (16) erfassten
Messwert repräsentiert
und den für
den Betrieb der Geberstelle (10) erforderlichen Versorgungsstrom
bildet, wobei die Geberstelle (10) eine Schaltung (36) aufweist,
die eine konstante Betriebsspannung für die Geberstelle (10) erzeugt,
und wobei in der Geberstelle (10) eine steuerbare Stromquelle (32)
vorgesehen ist, die den über
die Zweidrahtleitung (14) fließenden
Strom in Abhängigkeit
von dem Messwert bestimmt, wobei die die Betriebsspannung für die Geberstelle
(10) erzeugende Schaltung (36) ein Schaltregler ist, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Geberstelle (10) eine von der Empfangsstelle (12) über die
Zweidrahtleitung (14) gespeiste Spannungsquelle (34) vorgesehen
ist, deren Ausgangsspannung sich entgegengesetzt zum Signalstrom ändert und
die die Eingangsspannung des...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Signalübertragung zwischen einer Geberstelle und einer Empfängerstelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine Anordnung dieser Art ist aus der EP-A-0 744 724 be kannt. Bei dieser bekannten Anordnung sind keine Maßnahmen getroffen, die es ermöglichen könnten, die in der Geberstelle dem Sensor und dessen Messwandlerschaltung zur Verfügung gestellte Leistung zu optimieren. Die Betriebsspannung der Geberstelle wird vielmehr stets auf einem konstanten Wert gehalten, so dass abhängig von dem gerade fließenden Signalstrom mehr oder weniger Leistung für die interne Versorgung in der Geberstelle zur Verfügung steht.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, dass die in der Geberstelle verfügbare Leistung optimiert wird.
- Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
- Der in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendete Schaltregler hat die Eigenschaft, dass er die an ihn angelegte Eingangsspannung in eine konstante Ausgangsspannung umsetzt, wobei, abgesehen von internen Verlusten, seine Ausgangsleistung gleich seiner eingangsseitig vorhandenen Leistung ist. Die verfügbare Eingangsleistung kann dadurch erhöht werden, dass seine Eingangsspannung durch Verändern der Ausgangsspannung der Spannungsquelle entgegengesetzt zum Messwert verändert wird. Bei Vorhandensein eines niedrigen Messwerts, der demgemäß auch einen niedrigen Signalstrom ergibt, wird daher die Eingangsspannung des Schaltreglers erhöht, während sie bei einem großen Messwert, der demgemäß auch einen großen Signalstrom ergibt, verringert wird.
- Aus der DE-C-39 34 007 ist zwar die Verwendung eines Schaltreglers zur Erzeugung der Versorgungsspannung für eine Messwandlerschaltung und einen Sensor bekannt, jedoch ist es bei dieser bekannten Anordnung nicht möglich, die Eingangsspan nung des Schaltreglers zur Beeinflussung der verfügbaren Leistung zu beeinflussen.
- Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Signalübertragung zwischen einer Geberstelle und einer Empfangsstelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen dem Meßwert, dem Signalstrom und der Eingangsspannung des Schaltreglers und -
3 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Signalübertragung zwischen einer Geberstelle und einer Empfangsstelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. - In der Zeichnung zeigt
1 schematisch eine Geberstelle10 , die mit einer Empfangsstelle12 über eine Zweidrahtleitung14 verbunden ist. Die Geberstelle10 ist bei dem dargestellten Beispiel eine Meßstelle, in der mit Hilfe eines Sensors16 ein Meßwert (beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Füllstand, Durchfluß) erfaßt wird. Die Geberstelle10 enthält keine eigene Energiequelle, sondern bezieht den für ihren Betrieb erforderlichen Versorgungsstrom über die Zweidrahtleitung14 von einer in der Empfangsstelle12 enthaltenen Spannungsquelle18 . Über die gleiche Zweidrahtleitung14 wird ein jeweils den gerade gemessenen Meßwert darstellendes Meßwertsignal von der Geberstelle10 zur Empfangsstelle14 übertragen. Einer üblichen Technik entsprechend ist das Meßwertsignal ein über die Zweidrahtleitung14 fließender Signalstrom IS, der sich zwischen zwei vorgegebenen Werten (üblicherweise den Stromwerten 4 mA und 20 mA) ändern kann. Die Spannungsquelle18 liefert eine Gleichspannung, und der Meßstrom IS ist ein Gleichstrom. - Zur Meßwerterfassung enthält die Geberstelle
10 den bereits erwähnten Sensor16 und eine mit ihm verbundene Meßwandlerschaltung20 , die an Ausgängen22 und24 zwei den jeweils erfaßten Meßwert repräsentierende Signale abgibt. Der Zweck dieser beiden Signale wird anschließend noch erläutert. - Die Empfangsstelle
12 enthält eine Auswertungsschaltung26 , die aus dem über die Zweidrahtleitung14 übertragenen Signalstom IS die Meßwertinformation gewinnt. Zu diesem Zweck ist in die Zweidrahtleitung ein Meßwiderstand28 eingefügt, an dem eine Spannung UM entsteht, die dem über die Zweidrahtleitung übertragenen Signalstrom IS proportional ist und die der Auswertungsschaltung26 zugeführt wird. In dem schematischen Schaltbild von1 ist in der Empfangsstelle12 ferner ein Widerstand30 gezeigt, der neben dem Widerstand28 die Last repräsentiert, die empfängerseitig an der Zweidrahtleitung14 liegt. - Der Signalstrom IS wird in der Geberstelle
10 durch eine steuerbare Stromquelle32 eingestellt, der das von der Meßwandlerschaltung20 am Ausgang24 abgegebene Signal als Steuersignal für den festzulegenden Signalstrom IS zugeführt wird. Abhängig vom jeweils erfaßten Meßwert wird somit der in der Zweidrahtleitung fließende Signalstrom IS durch eine entsprechende Steuerung der Stromquelle32 bestimmt. - Wie aus
1 ferner hervorgeht, enthält die Geberstelle10 eine steuerbare Spannungsquelle34 und einen Schaltregler36 , dessen Aufgabe darin besteht, eine konstante Betriebsspannung für die Meßwandlerschaltung20 und den Sensor16 zu erzeugen. Die Eingangsspannung für den Schaltregler36 wird von der Spannungsquelle34 geliefert, wobei der Wert der Ausgangsspannung dieser Spannungsquelle34 mit Hilfe des von der Meßwandlerschaltung20 am Ausgang22 abgegebenen Signals gesteuert werden kann. - Die Verwendung des Schaltreglers
36 in Verbindung mit der steuerbaren Spannungsquelle34 ermöglicht es, der Meßwandlerschaltung20 und dem Sensor16 stets die höchstmögliche Leistung zur Verfügung zu stellen. Der Schaltregler36 sorgt dabei dafür, daß trotz einer Erhöhung seiner Eingangsspannung die Betriebsspannung der Meßwandlerschaltung20 und des Sensors16 auf einem konstanten Wert gehalten wird, so daß durch eine Erhöhung der Eingangsspannung am Schaltregler36 eine höhere Eingangsleistung zur Verfügung steht, die somit auch eine höhere Ausgangsleistung ermöglicht. Bei einem vom Sensor16 erfaßten Meßwert, der am unteren Ende des Meßwertbereichs liegt, nimmt der Signalstrom IS ebenfalls den unteren Wert des Signalstrombereichs an, im oben angegebenen Beispiel also den Wert von 4 mA, so daß auch die Eingangsleistung am Schaltregler36 einen niedrigen Wert annehmen würde, da sie durch das Produkt aus Signalstrom und Eingangsspannung gebildet wird. Durch das Steuersignal aus der Meßwandlerschaltung20 kann die Ausgangsspannung der Spannungsquelle34 für diesen Fall erhöht werden, so daß die am Eingang des Schaltreglers36 verfügbare Leistung ebenfalls erhöht wird. Diese erhöhte Leistung steht dann auch für den Betrieb der Meßwandlerschaltung20 und des Sensors16 zur Verfügung. - Wenn der vom Sensor
16 erfaßte Meßwert einen hohen Wert hat, der zu einem hohen Signalstrom IS führt, wird mittels des Steuersignals aus der Meßwandlerschaltung20 die von der Spannungsquelle34 am Eingang des Schaltreglers36 erzeugte Eingangsspannung herabgesetzt, da in diesem Fall wegen des hohen Signalstroms IS genügend Leistung für den Betrieb der Meßwandlerschaltung20 und des Sensors16 zur Verfügung steht. - In welchen Grenzen die von der Spannungsquelle
34 einge stellte Spannung abhängig vom jeweils erfaßten Meßwert verändert werden kann, hängt von mehreren Faktoren, wie der Ausgangsspannung der Versorgungsspannungsquelle18 , der aus dem Meßwiderstand28 und im Widerstand30 gebildeten Last in der Empfängerstelle12 und von der minimalen Klemmenspannung UK ab, die an der Geberstelle10 für deren einwandfreiem Betrieb vorhanden sein muß. - In
2 ist ein Diagramm dargestellt, aus dem hervorgeht, wie sich die von der Spannungsquelle34 erzeugte Spannung Ue und der Signalstrom IS in Abhängigkeit vom Meßwert M ändert. Der Meßwert M ist dabei normiert dargestellt; sein kleinster Wert hat den normierten Wert 0 und sein größter Wert hat den normierten Wert 1. Bei der oben erwähnten Zweidrahttechnik hat der Signalstrom IS beim minimalen Meßwert den Wert 4 mA und beim maximalen Meßwert den Wert 20 mA. Im angenommenen Beispiel ändert sich dabei die Eingangsspannung Ue von 12 V beim minimalen Meßwert auf 10 V beim maximalen Meßwert. Diese Werte sind hier nur als Beispiel angegeben; je nach Anwendungsfall können sie auch davon abweichen. - In
3 ist eine weitere Ausführungsform der hier zu beschreibenden Anordnung dargestellt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von1 wird in diesem Fall die Spannungsquelle34 nicht durch ein Ausgangssignal der Meßwandlerschaltung20 , sondern direkt durch die Klemmenspannung Uk an der Geberstelle gesteuert. Diese Klemmenspannung kann zu diesem Zweck verwendet werden, da sie ebenfalls eindeutig mit dem vom Sensor16 erfaßten Meßwert in Beziehung steht, der zur Einstellung des Signalstroms IS führt. Der Signalstrom IS, der auch in der Empfängerstelle12 fließt, bestimmt wiederum die Klemmenspannung Uk aufgrund der Spannungsabfälle in der Empfängerstelle. - Die obigen Ausführungen zeigen, daß mit Hilfe der beschriebenen Anordnung eine Optimierung der der Meßwandlerschaltung
20 und dem Sensor16 zur Verfügung gestellten Leistung ermöglicht wird. Eine Anwendung dieses Prinzips ist nicht auf die Verwendung bei bestimmten Meßwandlerschaltungen und Sensoren beschränkt. Beispielsweise kann sie ohne weiteres bei Mikrowellen-Füllstandsmeßgeräten eingesetzt werden, die nach dem Pulsradar-Verfahren oder dem Frequenzmodulations-Dauer-Radarverfahren arbeiten.
Claims (3)
- Anordnung zur Signalübertragung zwischen einer Geberstelle (
10 ) und einer eine Versorgungs-Spannungsquelle (18 ) aufweisenden und fettEmpfangstelle (12 ), die miteinander durch eine Zweidrahtleitung (14 ) verbunden sind, über die ein zwischen zwei Grenzwerten veränderlicher analoger Signalstrom (IS) übertragen wird, der einen in der Geberstelle (10 ) von einem Sensor (16 ) erfassten Messwert repräsentiert und den für den Betrieb der Geberstelle (10 ) erforderlichen Versorgungsstrom bildet, wobei die Geberstelle (10 ) eine Schaltung (36 ) aufweist, die eine konstante Betriebsspannung für die Geberstelle (10 ) erzeugt, und wobei in der Geberstelle (10 ) eine steuerbare Stromquelle (32 ) vorgesehen ist, die den über die Zweidrahtleitung (14 ) fließenden Strom in Abhängigkeit von dem Messwert bestimmt, wobei die die Betriebsspannung für die Geberstelle (10 ) erzeugende Schaltung (36 ) ein Schaltregler ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Geberstelle (10 ) eine von der Empfangsstelle (12 ) über die Zweidrahtleitung (14 ) gespeiste Spannungsquelle (34 ) vorgesehen ist, deren Ausgangsspannung sich entgegengesetzt zum Signalstrom ändert und die die Eingangsspannung des Abwärts-Schaltreglers (36 ) bildet. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (
34 ) durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von einer Meßwandlerschaltung (20 ) erzeugt wird, die das vom Sensor (16 ) abgegebene, den Meßwert repräsentierende Signal verarbeitet. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (
34 ) durch ein von den Eingangsklemmen der Geberstelle (10 ) abgegriffenes, der Spannung (UK) an der Zweidrahtleitung (14 ) entsprechendes Steuersignal gesteuert wird.
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