DE19846757C1 - Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern - Google Patents
Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-MeßumformernInfo
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- DE19846757C1 DE19846757C1 DE1998146757 DE19846757A DE19846757C1 DE 19846757 C1 DE19846757 C1 DE 19846757C1 DE 1998146757 DE1998146757 DE 1998146757 DE 19846757 A DE19846757 A DE 19846757A DE 19846757 C1 DE19846757 C1 DE 19846757C1
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- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/008—Intrinsically safe circuits
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern (100) mit einer Zenerdiodenanordnung (313) zur Begrenzung der einer Zwei-Draht-Leitung (200) beaufschlagten Ausgangsspannung einer Spannungsquelle (310), von der ausgehend über die Zwei-Draht-Leitung (200), den Zwei-Leiter-Meßumformer (100) und einen Meßwiderstand (320) eine Stromschleife geschlossen ist. Die Spannungsquelle (310) umfaßt einen Regelverstärker (312) mit einem Ist, Spannungseingang (3121) und einem Referenz-Spannungseingang (3122) sowie ein Stellglied (311), wobei das Stellglied (311) mit einer ersten Anschlußklemme (301) der Zwei-Draht-Leitung (200) verbunden ist. Der Meßwiderstand (320) ist zwischen eine zweite Anschlußklemme (302) der Zwei-Draht-Leitung (200) und Bezugspotential geschaltet. Zwischen die erste Anschlußklemme (301) der Zwei-Draht-Leitung (200) und Bezugspotential ist ein aus der Zenerdiodenanordnung (313) und einem Widerstand (315) bestehender Spannungsteiler geschaltet, dessen Abgriff mit dem Referenz-Spannungseingang (3122) des Regelverstärkers (312) und über eine in Flußrichtung vorgespannte Diodenanordnung (314) mit der zweiten Anschlußklemme (302) der Zwei-Draht-Leitung (200) verbunden ist. Der Ist-Spannungseingang (3121) des Regelverstärkers (312) ist mit der zweiten Anschlußklemme (302) der Zwei-Draht-Leitung (200) verbunden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten
Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1.
Die Erfindung wird in der Automatisierungstechnik angewendet, wobei ein
Meßumformer über eine Zwei-Draht-Leitung mit einer stabilisierten Speisespannung
versorgt wird und durch den Meßumformer ein Meßsignal als eingeprägter Strom
ausgegeben wird.
Dabei befindet sich der Meßumformer prozeßnah und dezentral im Feldbereich und ist
mit Sensormitteln zur Aufnahme einer physikalischen Prozeßgröße und Mitteln zu
deren Umwandlung in eine elektrische Größe ausgestattet.
Für eine Mehrzahl von Meßumformern sind in einem zentralen Wartenbereich Mittel zu
deren Energieversorgung und zur Meßwertverarbeitung und -visualisierung
vorgehalten.
Bei einem Zweileiter-Meßumformer wird über eine einzige Zweidraht-Leitung zwischen
dem Meßumformer im Feldbereich und einer im Wartenbereich befindlichen
Meßumformerversorgungseinheit sowohl die elektrische Energieversorgung der
aktiven Baugruppen des Meßumformers als auch die Übertragung der Meßwerte zu
den Mitteln der Meßwertverarbeitung und -visualisierung im Wartenbereich realisiert.
Dazu wird ausgehend von einer in der Meßumformerversorgungseinheit angeordneten
Spannungsquelle über die erste Ader der Zweidraht-Leitung, den Innenwiderstand des
Meßumformers, die zweite Ader der Zweidraht-Leitung und einem in der
Meßumformerversorgungseinheit angeordneten Meßwiderstand eine Stromschleife
gebildet, deren Schleifenstrom in Abhängigkeit von der detektierten Prozeßgröße durch
adäquate Veränderung des Innenwiderstands des Meßumformers bestimmt wird. Die
am Meßwiderstand abfallende Spannung ist dann ein Maß für die detektierte
Prozeßgröße des Meßumformers.
In explosionsgefährdeten Bereichen, wie beispielsweise in Kraftwerken oder in der
Verfahrenstechnik, sind besonders hohe Sicherheitsanforderungen an den Bau, die
Errichtung und den Betrieb elektrischer Betriebsmittel gestellt. Zur Erfüllung dieser
Anforderungen ist es bekannt, Sicherheitsbarrieren, wegen ihrem Aufbau aus
Zenerdioden sogenannte Zenerbarrieren, wie sie beispielsweise in der DE 22 02 638
gezeigt sind, im Wartenbereich zwischen dem Meßumformer und der
Meßumformerversorgungseinheit in die Stromschleife einzuschalten.
Im Prinzip sind dabei die besagten Zenerdioden dem Meßumformer derart
parallelgeschaltet, daß die an der Zwei-Draht-Leitung anliegende Speisespannung des
Meßumformers jedenfalls auf die kleinste resultierende Zenerspannung der
Zenerdioden begrenzt ist. Dadurch wird infolge des von Null verschiedenen
Sperrstroms der Zenerdioden bei Betrieb unterhalb der Zenerspannung die am
Meßwiderstand abgegriffene, den Meßwert repräsentierende Meßspannung qualitativ
und infolge der Exemplarstreuung individuell quantitativ verfälscht.
Aus der DE 35 88 209 ist eine Sicherheitsbarriere für Zweileiter-Sender bekannt, bei
der eine erdfreie Spannungsversorgung mit einer negativ polarisierten Barriere
zusammenwirkt. Ausgehend von einer gemeinsamen Versorgung umfaßt die erdfreie
Spannungsversorgung einen Strombegrenzerkreis und einen Spannungsregelkreis mit
einem Komparatorverstärker, wodurch die Spannung über dem Eingang der Barriere
auf einem Pegel gehalten wird, der etwas niedriger als derjenige ist, bei dem die
Zenerdioden in der Barriere zu leiten beginnen. Die Zenerdioden in dieser Barriere sind
derart angeordnet, daß deren Sperrstrom die Meßspannung verfälscht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltungsanordnung zur
spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern anzugeben, bei der
eine Verfälschung des Meßwerts durch die Mittel zur Spannungsbegrenzung
vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Anspruch 2 angegeben.
Der Kern der Erfindung besteht darin, die notwendigen Zenerdioden zur
Spannungsbegrenzung derart in die Meßumformerversorgungseinheit zu integrieren,
daß der Strom durch die Zenerdioden vom eingeprägten Strom unabhängig fließt.
Die Erfindung geht dabei von einer Meßumformerversorgungseinheit aus, die eine
Spannungsquelle zur Bereitstellung einer stabilisierten Ausgangsspannung zur
Versorgung des Meßumformers und einen Meßwiderstand zur Erfassung des
eingeprägten Stroms aufweist, wobei dem Meßwiderstand Mittel zur
Meßwertverarbeitung nachgeschaltet sind, und deren Ausgangsspannung durch
Zenerdioden begrenzt ist. Ausgehend von der Spannungsquelle ist eine Stromschleife
über die Zwei-Draht-Leitung, den Zwei-Leiter-Meßumformer und einen Meßwiderstand
geschlossen.
Die Spannungsquelle umfaßt einen Regelverstärker mit einem Ist-Spannungseingang
und einem Referenz-Spannungseingang sowie ein Stellglied. Das Stellglied ist mit
einer ersten Anschlußklemme der Zwei-Draht-Leitung verbunden. Der Meßwiderstand
ist zwischen eine zweite Anschlußklemme der Zwei-Draht-Leitung und Bezugspotential
geschaltet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen aus der Zenerdiodenanordnung und einem
Widerstand bestehenden und einen Abgriff aufweisenden Spannungsteiler zwischen
die erste Anschlußklemme der Zwei-Draht-Leitung und Bezugspotential zu schalten
und dessen Abgriff mit dem Referenz-Spannungseingang des Regelverstärkers und
über eine bezogen auf die Ausgangsspannung in Flußrichtung vorgespannte
Diodenanordnung mit der zweiten Anschlußklemme der Zwei-Draht-Leitung zu
verbinden. Der Ist-Spannungseingang des Regelverstärkers ist mit der zweiten
Anschlußklemme der Zwei-Draht-Leitung verbunden.
Bei auftretendem Spannungsanstieg der Ausgangsspannung zwischen der ersten und
der zweiten Anschlußklemme wird der Betrag der Ausgangsspannung auf die Summe
aus der Zenerspannung der Zenerdiodenanordnung und der Flußspannung der
Diodenanordnung begrenzt.
Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Meßumformerversorgungseinheit
ist dieselbe Zenerdiodenanordnung das Referenzelement zur Bereitstellung der
stabilisierten Ausgangsspannung der Meßumformerversorgungseinheit zur Versorgung
des Meßumformers. Demzufolge ist die dem Regelverstärker zugeführte Sollspannung
gleich der Zenerspannung über der Zenerdiodenanordnung. Die dem Regelverstärker
zugeführte Istspannung ist gleich der über der Reihenschaltung aus der
Zenerdiodenanordnung und der Diodenanordnung anliegende Ausgangsspannung der
Meßumformerversorgungseinheit. Die Differenz aus der Sollspannung und der
Istspannung ist die Regeldifferenz.
Mit Hilfe des Regelverstärkers wird das Stellglied so eingestellt, daß die Regeldifferenz
zu Null wird. Demgemäß ist die Spannung über der Diodenanordnung gleich Null und
damit auch der Strom durch die Diodenanordnung gleich Null. Damit ist während des
bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Meßumformerversorgungseinheit im
überspannungsfreien Zustand der Strom durch den Meßwiderstand unabhängig von
dem Strom durch die Zenerdiodenanordnung.
Vorteilhafterweise ist sowohl der Betrag der stabilisierten Ausgangsspannung der
Meßumformerversorgungseinheit als auch der Betrag der begrenzten
Ausgangsspannung durch dasselbe physische Schaltmittel, nämlich die
Zenerdiodenanordnung, bestimmt. Damit entfällt die gegenseitige Berücksichtigung der
Toleranz der bauelementeindividuellen Zenerspannung zum Nennwert der
Zenerspannung der Zenerdiodenanordnung und der Toleranz der
bauelementeindividuellen Referenzspannung zum Nennwert der Referenzspannung
des Referenzelements für die stabilisierte Ausgangsspannung ersatzlos.
Bei vorgegebener, maximal zulässiger Grenzspannung zwischen der ersten und der
zweiten Anschlußklemme ist damit bei gleichbleibender minimaler
Versorgungsspannung des Meßumformers ein größerer Spannungsabfall über der
Zwei-Draht-Leitung zulässig. Bei gleichbleibendem Widerstand der Zwei-Draht-Leitung
sind größere Leitungslängen zwischen dem Meßumformer und der
Meßumformerversorgungseinheit zulässig. Vorteilhafterweise sind damit größere
Distanzen zwischen dem Meßumformer und der Meßumformerversorgungseinheit
überbrückbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Speisung eines Zweileiter-Meßumformers
Fig. 2 ein Detailschaltbild der Schutzschaltungsanordnung zur
spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern
Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Speisung eines Zweileiter-Meßumformers über
eine Barriere (Stand der Technik)
Fig. 4 eine Darstellung der Spannungsverhältnisse bei der Speisung
a) gemäß Fig. 3
b) gemäß Fig. 2
a) gemäß Fig. 3
b) gemäß Fig. 2
Fig. 5 ein Schaltbild der Strombegrenzung
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 1 zunächst das Grundprinzip der
Speisung eines Zweileiter-Meßumformers 100 mit gleichzeitiger Meßwertübertragung
dargestellt, auf das in der weiteren Beschreibung Bezug genommen wird.
Dieses Grundprinzip besteht darin, daß eine Meßumformerversorgungseinheit 300
über eine Zwei-Draht-Leitung 200 mit einem Zweileiter-Meßumformer 100 verbunden
ist. Dabei wird ausgehend von einer Spannungsquelle 310 über eine Hinleitung 201
der Zweidraht-Leitung 200, den Meßumformerinnenwiderstand 110, eine Rückleitung
202 der Zwei-Draht-Leitung 200 und einem Meßwiderstand 320 eine Stromschleife
gebildet, über die sowohl der Speisestrom fließt als auch der mit dem Zweileiter-
Meßumformer 100 gewonnene Meßwert übertragen wird.
Dabei wird als Hinleitung 201 der Zwei-Draht-Leitung 200 diejenige Leitung bezeichnet,
die von der Spannungsquelle 310 der Meßumformerversorgungseinheit 300 zum
Zweileiter-Meßumformer 100 hin führt, während als Rückleitung 202 der Zwei-Draht-
Leitung 200 diejenige Leitung bezeichnet, die vom Zweileiter-Meßumformer 100 zum
Meßwiderstand 320 der Meßumformerversorgungseinheit 300 führt.
Die Spannungsquelle 310 und der Meßwiderstand 320 sind Bestandteile der
Meßumformerversorgungseinheit 300, die in einem Wartenbereich angeordnet ist. Im
Gegensatz dazu ist der Zweileiter-Meßumformer 100 dezentral im Feldbereich
angeordnet und mit Sensormitteln zur Aufnahme einer physikalischen Prozeßgröße
und Mitteln zu deren Umwandlung in eine elektrische Größe ausgestattet.
Die Spannungsquelle 310 ist auf eine konstante Gleichspannung an den
Ausgangsklemmen der Meßumformerversorgungseinheit 300 zum Anschluß der Zwei-
Draht-Leitung 200 eingestellt. In Abhängigkeit von der in eine elektrische Größe
umgewandelten physikalischen Prozeßgröße wird der Meßumformerinnenwiderstand
110 derart moduliert, daß der sich in der Stromschleife einstellende Meßstrom iM
proportional zu der physikalischen Prozeßgröße ist. Unabhängig von der Entfernung
zwischen der Meßumformerversorgungseinheit 300 und dem Zweileiter-Meßumformer
100 und der daraus resultierenden Leitungslänge der Zwei-Draht-Leitung 200 fällt über
dem vom Meßstrom iM durchflossenen Meßwiderstand 320 eine zum Meßstrom iM
proportionale Meßspannung uM ab.
Die Meßspannung uM wird in einem an den Meßwiderstand 320 angeschlossenen
Meßverstärker 330 verstärkt, dem Meßwertverarbeitungsmittel 500 nachgeschaltet
sind. Die Meßwertverarbeitungsmittel 500 können dabei Mittel zur
Meßwertvisualisierung umfassen.
Für den Einsatz des Meßumformers 100 in explosionsgefährteten Bereichen ist eine
Beschaltung an den Ausgangsklemmen der Meßumformerversorgungseinheit 300 zum
Schutz vor unzulässig hohen Spannungen auf der Zwei-Draht-Leitung 200
vorgeschrieben. Diese Spannungsbegrenzung ist durch die gestrichelt eingezeichnete
Zenerdiode 340 symbolisiert.
Ausgehend von dem in Fig. 1 dargestellten Grundprinzip ist in Fig. 2 unter
Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel eine erfindungsgemäße
Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-
Meßumformern 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
Die Spannungsquelle 310 umfaßt einen Regelverstärker 312 mit einem Ist-
Spannungseingang 3121 und einem Referenz-Spannungseingang 3122 sowie ein
Stellglied 311, das als Feldeffekttransistor ausgeführt ist. Das Stellglied 311 ist mit
einer ersten Anschlußklemme 301 für die Hinleitung 201 der Zwei-Draht-Leitung 200
verbunden. Der Meßwiderstand 320 ist zwischen eine zweite Anschlußklemme 302 für
die Rückleitung 202 der Zwei-Draht-Leitung 200 und Bezugspotential geschaltet.
Der Referenz-Spannungseingang 3122 des Regelverstärkers 312 ist mit dem Abgriff
eines aus einer Zenerdiodenanordnung 313 und einem Widerstand 315 bestehenden
und zwischen die erste Anschlußklemme 301 der Zwei-Draht-Leitung 200 und
Bezugspotential geschalteten Spannungsteilers verbunden. Der Ist-Spannungseingang
3121 des Regelverstärkers 312 ist mit der zweiten Anschlußklemme 302 der Zwei-
Draht-Leitung 200 verbunden.
Der Abgriff des aus der Zenerdiodenanordnung 313 und einem Widerstand 315
bestehenden Spannungsteilers ist darüber hinaus über eine bezogen auf die
Ausgangsspannung in Flußrichtung eingeschaltete Diodenanordnung 314 mit der
zweiten Anschlußklemme 302 der Zwei-Draht-Leitung 200 verbunden.
Der durch die Reihenschaltung der Zenerdiodenanordnung 313 und der
Diodenanordnung 314 gebildete Strompfad zwischen ersten Anschlußklemme 301 und
der zweiten Anschlußklemme 302 der Zwei-Draht-Leitung 200 stellt die
Spannungsbegrenzung 340 zum Schutz vor unzulässig hohen Spannungen auf der
Zwei-Draht-Leitung 200 dar. In Übereinstimmung mit den geltenden Vorschriften über
elektrische Betriebsmittel in explosionsgefährdeten Anlagen besteht die
Zenerdiodenanordnung 313 aus zwei parallelgeschalteten gleichartigen Zenerdioden
und die Diodenanordnung 314 aus zwei parallelgeschalteten gleichartigen Dioden.
Bei auftretendem Spannungsanstieg der Ausgangsspannung zwischen der ersten
Anschlußklemme 301 und der zweiten Anschlußklemme 302 wird der Betrag der
Ausgangsspannung auf die Summe aus der Zenerspannung der
Zenerdiodenanordnung 313 und der Flußspannung der Diodenanordnung 314
begrenzt.
Zum Schutz der Zenerdiodenanordnung 313 und der Diodenanordnung 314 vor
unzulässig hohen Strömen aus der niederohmigen Spannungsquelle 310 sind Mittel
zur Strombegrenzung 350 vorgesehen. Dazu ist in Fig. 5 ein Schaltbild der
Strombegrenzung 350 dargestellt. Die Mittel zur Strombegrenzung 350 umfassen
einen Stromsensor 351 und einen Schaltverstärker 352. Der Ausgang des
Schaltverstärkers 352 ist mit dem Stelleingang des Stellgliedes 311 der
Spannungsquelle 310 verbunden.
Im einzelnen ist als Stromsensor 351 ein in den Strompfad eingeschalteter Widerstand
vorgesehen. Der durch den zu begrenzenden Strom hervorgerufene Spannungsabfall
über diesem Widerstand bewirkt die Öffnung des als Transistor ausgeführten
Schaltverstärkers 352 und im weiteren eine Verringerung der Leitfähigkeit des
Stellgliedes 311 der Spannungsquelle 310, wodurch der Strom aus der
Spannungsquelle 310 wirksam begrenzt wird.
In Übereinstimmung mit den geltenden Vorschriften über elektrische Betriebsmittel in
explosionsgefährdeten Anlagen sind die an der Strombegrenzung 350 beteiligten Mittel
351, 352 und 311 jeweils zweifach vorhanden.
Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Meßumformerversorgungseinheit
300 ist dieselbe Zenerdiodenanordnung 313 das Referenzelement zur Bereitstellung
der stabilisierten Ausgangsspannung der Meßumformerversorgungseinheit 300 zur
Versorgung des Meßumformers 100. Demzufolge ist die dem Regelverstärker 312 an
seinem Referenz-Spannungseingang 3122 zugeführte Sollspannung gleich der
Zenerspannung über der Zenerdiodenanordnung 313. Die dem Regelverstärker 312 an
seinem Ist-Spannungseingang 3121 zugeführte Istspannung ist gleich der über der
Reihenschaltung aus der Zenerdiodenanordnung 313 und der Diodenanordnung 314
anliegende Ausgangsspannung der Meßumformerversorgungseinheit 300. Die
Differenz aus der Sollspannung und der Istspannung ist die Regeldifferenz.
Mit Hilfe des Regelverstärkers 312 wird das Stellglied 311 so eingestellt, daß die
Regeldifferenz zu Null wird. Demgemäß ist die Spannung über der Diodenanordnung
314 gleich Null und damit auch der Strom durch die Diodenanordnung 314 gleich Null.
Damit ist während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der
Meßumformerversorgungseinheit 300 im überspannungsfreien Zustand der Strom
durch den Meßwiderstand 320 unabhängig von dem Strom durch die
Zenerdiodenanordnung 313. Eine Beeinträchtigung der über dem Meßwiderstand 320
abfallenden, zum Meßstrom iM proportionalen Meßspannung uM durch die Mittel zur
Spannungsbegrenzung 340 wird somit vermieden. Der Strom durch die
Zenerdiodenanordnung 313 wird im überspannungsfreien Zustand über den
Widerstand 315 nach Bezugspotential abgeleitet.
Zur Erläuterung weiterer Vorteile der Erfindung wird auf die Fig. 3 und 4 Bezug
genommen. In der Fig. 3 ist ein Prinzipschaltbild der Speisung eines Zweileiter-
Meßumformers über eine Barriere vorbekannter Art vereinfacht dargestellt.
Korrespondierend zu dem in Fig. 3 gezeigten Prinzipschaltbild sind in Fig. 4a
Spannungsverhältnisse an verschiedenen Meßstellen dargestellt. Zum Vergleich sind
in Fig. 4b die Spannungsverhältnisse an der erfindungsgemäßen
Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-
Meßumformern 100 gezeigt. Für ein konkretes Zahlenbeispiel sind in Fig. 4 auf der
Ordinate Spannungen in Volt aufgetragen.
Unabhängig von der Bauart der Speisung des Zwei-Leiter-Meßumformers 100 sei die
maximal zulässige, zwischen den Adern der Zwei-Draht-Leitung 200 anliegenden
Spannung Umax = 21,5 V und die am Zwei-Leiter-Meßumformer 100 anliegende
Mindestversorgungsspannung Umu = 11 V vorgegeben.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist zur Spannungsbegrenzung 340 eine Zenerdiode
vorzusehen, deren maximale Zenerspannung Uzmax, das ist der Nennwert der
Zenerspannung Uz zuzüglich Toleranz auf den Nennwert, die maximal zulässige
Spannung Umax sicher und unter allen Betriebsbedingungen unterschreitet.
In Fig. 4a ist für eine handelsübliche 19 V - Zenerdiode der Nennwert der
Zenerspannung Uz = 19 V als gestrichelte Linie dargestellt, die von durchgehenden,
durch Doppelpfeil verbundenen und die Toleranzgrenzen darstellenden Linien
umgeben ist.
Da jeder Querstrom durch die Zenerdiode der Spannungsbegrenzung 340 im weiteren
durch den Meßwiderstand 320 fließt und zu einer Verfälschung des Meßwerts führt, ist
die stabilisierte Ausgangsspannung Ua nach bekannter Art so eingestellt, daß die
Zenerdiode der Spannungsbegrenzung 340 in ihrem Sperrspannungsbereich, das
heißt in einem Kennlinienabschnitt geringer Sperrströme, betrieben wird. Dazu ist die
maximale Ausgangsspannung Uamax kleiner als die minimale Zenerspannung Uzmin
der Zenerdiode der Spannungsbegrenzung 340, Uamax < Uzmin.
Die Ausgangsspannung Ua ist ihrerseits von einer gleichfalls toleranzbehafteten
Referenzspannung Uref abgeleitet. Dazu ist in Fig. 4a für ein Referenzelement mit
einer Referenzspannung Uref = 16 V der Nennwert der Referenzspannung Uref als
gestrichelte Linie dargestellt, die von durchgehenden, durch Doppelpfeil verbundenen
und die Toleranzgrenzen darstellenden Linien umgeben ist.
Unter Berücksichtigung der Toleranz der Referenzspannung Uref ergibt sich für eine
Toleranz der Referenzspannung Uref von +/-5% auf den Nennwert die minimale
Spannungsdifferenz Udiff1 zwischen garantierter minimaler stabilisierter
Ausgangsspannung Uamin und der vorgegebenen Mindestversorgungsspannung Umu
zu Udiff1 = Uamin - Umu = 4,2 V, wobei die minimale Referenzspannung Urefmin
gleich der minimalen stabilisierten Ausgangsspannung Uamin ist.
Die Spannungsdifferenz Udiff1 gibt den maximal zulässigen Spannungsabfall über der
Hinleitung 201 und der Rückleitung 202 der Zwei-Draht-Leitung 200 sowie über
zwischenschaltbare Meßwiderstände an und bestimmt somit die maximale
Leitungslänge der Zwei-Draht-Leitung 200 und damit die maximale Distanz zwischen
der Meßumformerversorgungseinheit 300 und dem Zwei-Leiter-Meßumformer 100.
Im Gegensatz dazu sind bei erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung zur
spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern 100 die Zenerdiode
der Spannungsbegrenzung 340 und das Referenzelement, von dem die
Ausgangsspannung Ua abgeleitet ist, identisch. Demzufolge sind die Toleranzbänder
für die Zenerspannung Uz und die Referenzspannung Uref deckungsgleich.
In Fig. 4b ist für eine handelsübliche 19 V - Zenerdiode der Nennwert der
Zenerspannung Uz = Uref = 19 V als gestrichelte Linie dargestellt, die von
durchgehenden, durch Doppelpfeil verbundenen und die Toleranzgrenzen
darstellenden Linien umgeben ist. Dabei ist der Nennwert der Zenerspannung Uz
zuzüglich Toleranz auf den Nennwert unter allen Betriebsbedingungen kleiner als die
maximal zulässige Spannung Umax.
Für die Bestimmung der garantierten minimalen stabilisierten Ausgangsspannung
Uamin ist der Nennwert der Referenzspannung Uref = Uz abzüglich Toleranz auf den
Nennwert, die minimale Referenzspannung Urefmin, maßgeblich. Unter
Berücksichtigung der Toleranz der Referenzspannung Uref ergibt sich für eine
Toleranz der Referenzspannung Uref von +/-5% auf den Nennwert die minimale
Spannungsdifferenz Udiff zwischen garantierter minimaler stabilisierter
Ausgangsspannung Uamin und der vorgegebenen Mindestversorgungsspannung Umu
zu Udiff = Uamin - Umu = 7,0 V, wobei die minimale Referenzspannung Urefmin gleich
der minimalen stabilisierten Ausgangsspannung Uamin ist.
Vorteilhafterweise entfällt damit die gegenseitige Berücksichtigung der Toleranz der
bauelementeindividuellen Zenerspannung zum Nennwert der Zenerspannung Uz der
Zenerdiodenanordnung und der Toleranz der bauelementeindividuellen
Referenzspannung zum Nennwert der Referenzspannung Uref des Referenzelements
für die stabilisierte Ausgangsspannung Ua ersatzlos.
Bei vorgegebener, maximal zulässiger Grenzspannung Umax zwischen der ersten und
der zweiten Anschlußklemme 301 und 302 ist damit bei gleichbleibender minimaler
Versorgungsspannung Umu des Meßumformers 100 ein größerer Spannungsabfall
Udiff über der Zwei-Draht-Leitung 200 zulässig. Bei gleichbleibendem Widerstand der
Zwei-Draht-Leitung 200 sind größere Leitungslängen zwischen dem Meßumformer 100
und der Meßumformerversorgungseinheit 300 zulässig. Vorteilhafterweise sind damit
größere Distanzen zwischen dem Meßumformer 100 und der
Meßumformerversorgungseinheit 300 überbrückbar.
100
Meßumformer
110
Meßumformerinnenwiderstand
200
Zwei-Draht-Leitung
201
Hinleitung
202
Rückleitung
300
Meßumformerversorgungseinheit
301
erste Anschlußklemme
302
zweiten Anschlußklemme
310
Spannungsquelle
311
Stellglied
312
Regelverstärker
3121
Ist-Spannungseingang
3122
Referenz-Spannungseingang
313
Zenerdiodenanordnung
314
Diodenanordnung
315
Widerstand
320
Meßwiderstand
330
Meßverstärker
340
Spannungsbegrenzung
350
Strombegrenzung
351
Stromsensor
352
Schaltverstärker
500
Meßwertverarbeitungsmittel
Claims (2)
1. Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-
Leiter-Meßumformern mit einer Zenerdiodenanordnung zur Begrenzung der einer
Zwei-Draht-Leitung beaufschlagten Ausgangsspannung einer Spannungsquelle,
von der über die Zwei-Draht-Leitung, den Zwei-Leiter-Meßumformer, ein
Stellglied und einen Meßwiderstand eine Stromschleife geschlossen ist, wobei
die Zwei-Draht-Leitung eine erste und eine zweite Anschlußklemme und die
Spannungsquelle einen ersten und einen zweiten, mit Bezugspotential
verbundenen Pol aufweisen, und mit einem Regelverstärker für das Stellglied mit
einem Ist-Spannungseingang und einem Referenz-Spannungseingang
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Stellglied (311) zwischen der ersten Anschlußklemme (301) und dem ersten Pol und der Meßwiderstand (320) zwischen der zweiten Anschlußklemme (302) und dem zweiten Pol angeordnet ist,
- - daß ein aus der Zenerdiodenanordnung (313) und einem Widerstand (315) bestehender Spannungsteiler zwischen die erste Anschlußklemme (301) und dem zweiten Pol geschaltet ist und daß dessen Abgriff mit dem Referenz-Spannungseingang (3122) des Regelverstärkers (312) und über eine bezogen auf die Ausgangsspannung in Flußrichtung eingeschaltete Diodenanordnung (314) mit der zweiten Anschlußklemme (302) verbunden ist und
- - daß der Ist-Spannungseingang (3121) des Regelverstärkers (312) mit der zweiten Anschlußklemme (302) verbunden ist.
2. Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel (350) zur Begrenzung des durch die Stromschleife fließenden Stroms
vorgesehen sind, die einen Stromsensor (351) und einen Schaltverstärker (352)
umfassen, wobei der Ausgang des Schaltverstärkers (352) mit dem Stelleingang
des Stellgliedes (311) der Spannungsquelle (310) verbunden ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998146757 DE19846757C1 (de) | 1998-10-10 | 1998-10-10 | Schutzschaltungsanordnung zur spannungsbegrenzten Speisung von Zwei-Leiter-Meßumformern |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077539A3 (en) * | 2005-01-19 | 2006-10-26 | Koninkl Philips Electronics Nv | Dim control circuit dimming method and system |
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-
1998
- 1998-10-10 DE DE1998146757 patent/DE19846757C1/de not_active Expired - Lifetime
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