DE2010395C2

DE2010395C2 - Use of a current control circuit to generate an impressed current in a current measuring transducer for remote transmission of measured values

Info

Publication number: DE2010395C2
Application number: DE19702010395
Authority: DE
Inventors: Franz Oberehrendingen Mueller (Schweiz)
Original assignee: CAMILLE BAUER MESSINSTRUMENTE AG WOHLEN (SCHWEIZ)
Current assignee: CAMILLE BAUER MESSINSTRUMENTE AG WOHLEN (SCHWEIZ)
Priority date: 1970-03-05
Filing date: 1970-03-05
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2010395B2; FR2081710B1; CH534361A; DE2010395A1; FR2081710A1

Description

welche unter anderem zur Potenliultrennung dienen, wird die Gleichrichtereinheit räumlich zu einem Meßumformer zusammengefaßt, der den Wechselstrom bzw. die Wechselspannung am MeBort in einen Gleichstrom umformt. Dieser Meßumformer ist ein Vierpol, dessen Eingangsklemmen die zu messende Größe zugeführt ist und dessen Ausgangsklemmen mit den Eingangsklemmen eines weiteren Vierpols, der Fernleitung, verbunden sind. Die Fernleitung führt in die Meßwarte und ist dort mit einem Zweipol, z. B. einem für sinusförmige Eingangs-Wechselspannung geeichten Drehspulinstrument, abgeschlossen. Der mit dem Zweipol (Drehspulinstrument) abgeschlossene Vierpol (Fernleitung) bildet einen neuen Zweipol, der im folgenden als Belastungswiderstand bezeichnet werden soll. Bei einer Änderung des Belastungswiderstandes z. B. auf Grund von Temperaturschwankungen, die auf die Fernleitung einwirken, ändert sich bekanntermaßen die Meßgenauigkeit.which, among other things, serve to separate potentials, the rectifier unit is spatially combined into a measuring transducer, which the alternating current or the alternating voltage at the measuring point is converted into a direct current. This transmitter is a Four-pole, whose input terminals are supplied with the quantity to be measured and whose output terminals are included are connected to the input terminals of a further four-terminal network, the long-distance line. The pipeline leads into the Control room and is there with a two-pole, z. B. a calibrated for sinusoidal input AC voltage Moving coil instrument, completed. The quadrupole terminated with the two-pole (moving-coil instrument) (Long-distance line) forms a new two-pole, which will be referred to as the load resistance in the following target. When changing the load resistance z. B. due to temperature fluctuations on the long-distance line affect, as is known, the measurement accuracy changes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Strommeßumformer für die Fernübertragung von variablen Eingangsmeßwerten eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines eingeprägten Ausgangsgleichstroms zu schaffen, die vom Meßwert Null bis zu einem vorgegebenen Maximalmeßwert einen von Belastungsschwankungen des Strommeßumformers völlig unabhängigen Ausgangsgleichstrom liefert, ohne daß durch die Verwendung eines hohen Vorwiderstands der größte Teil der verfügbaren Leistung für diesen aufgewendet werden muß.The invention is based on the object in a current transducer for the remote transmission of variable input measured values a circuit arrangement for generating an impressed output direct current to create, from the measured value zero to a predetermined maximum measured value one of Load fluctuations of the current transducer delivers completely independent output direct current without that by using a high series resistor most of the available power for this must be expended.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Erzeugung und der Transport eines Meßsignais in Form eines eingeprägten Stromes auch bei sich ändernder Fernleitung dann möglich ist, wenn man statt wie bisher den durch die Fernleitung eingebrachten Fehler nicht nur so gering wie möglich macht (nämlich durch Anordnung eines hohen Vorwiderstands), sondern den eingeprägten Strom dadurch aufrechterhält, daß man aktiv die Änderung im Verhalten der Fernleitung abtastet und Jicser ein Schaltungselement, nämlich einen Widerstand zuordnet, der sich im komplementären Verhältnis zur Änderung der Fernleitung verändert, so daß der über die Fernleitung übertragene Strom von deren Verhallen in seinem Wen völlig unabhängig wird.The invention is based on the knowledge that the generation and transport of a measurement signal in the form of an impressed current is also possible with changing long-distance lines, if instead of the previous not only makes the error introduced by the pipeline as small as possible (namely through Arrangement of a high series resistor), but the impressed current is maintained by actively senses the change in the behavior of the trunk line and Jicser a circuit element, namely assigns a resistance that changes in a complementary ratio to the change in the long-distance line, so that the current transmitted over the long-distance line is completely independent of its behavior.

Die F.rfindiing bedient sich in diesem Zusammenhang der erwähnten bekannten Siromsiab.lisierungs- oder Regelschaltung und setzt diese zur Lösung einer anderen Aufgabe und zur Erzielung einer anderen Wirkungsweise ein.The F.rfindiing makes use of it in this context of the known Siromsiab.lisierungs- or Control circuit and uses this to solve another task and to achieve another Mode of action a.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden Aufbau und Wirkungsweise eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigtThe following structure is based on the drawing and the mode of operation of a preferred embodiment of the invention explained in more detail. Included shows

Fig. I den prinzipiellen Aufbau einer bekannten Fernmeßeinrichtung undFig. I shows the basic structure of a known telemetry device and

F i g. 2 diis Schallbild einer Fernmeßeinrichtung mit der erfindungsgemäßen Schalllingsanordnung.F i g. 2 diis sound image of a telemetry device with the Schallling arrangement according to the invention.

Bauteile der Fig. 2. die denjenigen der F i g. I entsprechen, sind mil den gleichen Bezugszeichen versehen. Der zu messende Wechselstrom^'- ist üBerdie Klemmen I und 2 dem Stromwandler 4 zugeführt. Die .in die .Sekundärwicklung des Stromwandlers 4 angeschlossene Gleichrichtereinheit besteht aus einer Cilcichrichicrbrückerischaltiing II. einem Glättungskondensator 12 und einer Zcnerdiode 13 zur Begrenzung tier/wischen den Klemmen !4 und !5 anstehenden Spannung. Diese Zenerdi Je wird nur dann wirksam, wenn die von der Gleichrichlereinheii gelieferte Spannung einen maximal zulässigen Wert überschreitet. Die Klemmen 14 und 15 bilden Jie Speisediagonale einer selbstabgleichenden Widerstandsbrückenschaltung. Der veränderliche Belastungswiderstand 8 symbo-Components of FIG. 2 which correspond to those of FIG. I. correspond are provided with the same reference numerals. The alternating current to be measured ^ '- is about Terminals I and 2 are fed to the current transformer 4. The .in the .secondary winding of the current transformer 4 connected Rectifier unit consists of a Cilcichrichicrbrückeraltiing II. A smoothing capacitor 12 and a Zcnerdiode 13 for limiting tier / wipe the terminals! 4 and! 5 pending Tension. This Zenerdi Je only becomes effective if the one supplied by the rectifier unit Voltage exceeds a maximum permissible value. The terminals 14 and 15 form the food diagonal a self-balancing resistor bridge circuit. The variable load resistance 8 symbolic

ä lisiert den Ausgangsstromkreis der Fernmeßeinrichtung. Er enthält wie bereits oben ausgeführt, den Widerstand der Fernleitung 9 und den Innenwiderstand des Anzeigeinstrumentes 10, z. B. eines Drehspulinstrumentes. Der Widerstand 16, der Widerstand 17 mit zweiä lizes the output circuit of the telemetry equipment. As already stated above, it contains the resistance of the long-distance line 9 and the internal resistance of the display instrument 10, e.g. B. a moving coil instrument. Resistor 16, resistor 17 with two

to in Reihe geschalteten Dioden 28 und 29 sowie der Widerstand 18 bilden je einen weiteren Zweig der selbstabgleichenden Widerstandsbrückenschaltung. Die aus zwei Transistoren 26 und 27 bestehende Transistoranordnung dient zugleich als Nulldetektor und als Abgleichglied der selbstabgleichenden Widerstandsbrückenschaltung. Die Schwellspannungen der Dioden 28 und 29 sind so gewählt, daß sie die Basis-Emitter-Spannungen der in Darlington-Schaltung angeordneten Transistoren 26 und 27 kompensieren. Nur aus diesem Grund ist es zulässig, bei der Ableitung des Zusammenhanges zwischen dem Eingangsstroni / und dem Ausgangsstrom U der selbstabgleichenden Brückenschaltung davon auszugehen, daß die Widerstandsbrükkenschaltung dann abgeglichen ist, wenn die an dem Widerstand 18 abfallende Spannung gleich derjenigen ist, die an dem Widerstand 17 abfällt.to series-connected diodes 28 and 29 and the resistor 18 each form a further branch of the self-balancing resistor bridge circuit. The transistor arrangement consisting of two transistors 26 and 27 serves at the same time as a zero detector and as a balancing element of the self-balancing resistor bridge circuit. The threshold voltages of the diodes 28 and 29 are selected so that they compensate for the base-emitter voltages of the transistors 26 and 27 arranged in a Darlington circuit. This is the only reason why it is permissible, when deriving the relationship between the input current U and the output current U of the self-balancing bridge circuit, to assume that the resistor bridge circuit is balanced when the voltage drop across resistor 18 is equal to that across the resistor 17 falls off.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird davon ausgegangen, daß die Widerstandsbrückenschaltanf» abgeglichen ist. Vergrößert sich nun der Widerstand 8, z. B. durch Erwärmung der Fernleitung, so kommt die Brücke aus dem Gleichgewicht. Die Spannungen, die an den Widerständen 17 bzw. 18 abfallen, sind nicht mehr gleich groß, so daß eine Spannungsdifferenz auftritt. AufgrundTo explain the mode of action of the invention The circuit arrangement is based on the assumption that the resistance bridge switching requirements are matched is. Now increases the resistance 8, z. B. by heating the pipeline, the bridge comes off the balance. The voltages that drop across resistors 17 and 18 are no longer the same large so that a voltage difference occurs. Because of

J5 dieser Spannungsdifferenz und unter Berücksichtigung der an den Dioden 28 und 29 sowie den an den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 26 und 27 abfallenden Spannungen wird der Basis des Transistors 26 ein Strom Ib zugeführt, dessen Höhe sich so einstellt,J5 of this voltage difference and taking into account the voltages dropping across the diodes 28 and 29 and the voltages dropping across the base-emitter paths of the transistors 26 and 27, the base of the transistor 26 is supplied with a current Ib , the level of which is set as follows:

ίο daß die Widerstandsbrückenschaltung wieder in den abgewichenen Zustand zurückgeführt wird. Aufgrund der hohen Gleichstromverstärkung der aus den Transistoren 26 und 27 gebildeten Darlington-Stufe ist der Basisstrom Ib des Transistors 26 vernachliissigbarίο that the resistance bridge circuit is returned to the deviated state. Due to the high direct current gain of the Darlington stage formed from the transistors 26 and 27, the base current Ib of the transistor 26 is negligible

■»5 klein gegenüber dem durch den Widerstand 16 fließenden Strom l — l.\. ■ »5 small compared to the current l - l. \ Flowing through the resistor 16.

Wie bereits oben ausgeführt, kompensieren die Schweiispannungen der Dioden 28 und 29 die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 26 und 27.As already stated above, the welding voltages of the diodes 28 and 29 compensate for the Base-emitter voltages of transistors 26 and 27.

so Die Widerstandsbrückenschaltung ist dann abgeglichen, wenn der Spannungsabfall an dem Widerstand 17 gleich dem Spannungsabfall an dem Widerstand 18 ist. Nur unter dieser Voraussetzung läßt sich die Abhängigkeit des Ausgangsstroms l,\ vom Eingangsstrom / wie folgt berechnen:so The resistor bridge circuit is balanced when the voltage drop across resistor 17 is equal to the voltage drop across resistor 18. Only under this condition can the dependence of the output current l, \ on the input current / be calculated as follows:

I -K₁₁ = I_A{R„+ R₁₈) I -K ₁₁ = I _A {R "+ R ₁₈ )

*I7* I7

Λ ~Λ ~

p +p +

Aus der Gleichung (3) ergibt sich, daß der Ausgangsgleichstrom U dem Eingangsstrom / proportional ist. Der Propo-tionalitätsfaktor hängt von der Wahl der Widerstände 17 und 18 ab. Die Höhe de* Ausgangsgleichstroms Ι_Λ ist damit unabhängig von der Größe des Belastungswiderstandes 8.From equation (3) it follows that the output direct current U is proportional to the input current /. The proportionality factor depends on the choice of resistors 17 and 18. The level of the * output direct _{current Ι Λ} is therefore independent of the size of the load resistance 8.

5 65 6

Durch die crfindtingsgemäBen Maßnahmen ist also gen für die Versorgung der aktiven BauelementsAs a result of the measures in accordance with the finding, there is therefore enough power to supply the active component

dafür gesorgt, daß der Ausgangsgleichstrom Ia dem (Transistoren 26 und 27) benötigt werden, braucht dumade sure that the output direct current Ia dem (transistors 26 and 27) are required, you need

Eingangsstrom/linear von Null bis auf den maximalen erfindungsgemäße Schaltungsanordnung jedoch nichInput current / linear from zero to the maximum circuit arrangement according to the invention, however, not

Wert folgt. Ein Kondensator 30 bewirkt eine zusätzliche wie diese mit unterdrücktem Nullpunkt betrieben ziValue follows. A capacitor 30 causes an additional like this operated with suppressed zero point zi

Glättung des Meßstromes. Da der Basiskreis der ι werden, sondern der Ausgangsstrom Ia folgt derrSmoothing of the measuring current. Since the base circle will be ι, but the output current Ia follows derr

Transistoren 26 und 27 hochohmig ist, kann schon mit Eingangsstrom / linear von Null bis auf den maximalerTransistors 26 and 27 is high resistance, can already with input current / linear from zero to the maximum

einer kleinen Kapazität parallel zu dem Widerstand 17 Wert.a small capacitance in parallel with the resistor 17 value.

und den Dioden 28 und 29 eine gute Glättung erzielt Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung laßand the diodes 28 and 29 achieved a good smoothing. Let the circuit arrangement according to the invention

werden. Obwohl ebenso wie bei den sogenannten sich auch vorteilhaft zum Einprägen des Ausgangsstrowill. Although, as with the so-called, it is also advantageous for impressing the output stream

Zweidraht-Meßumformern keine zusätzlichen Leitun- io ines eines Spannungs/Strommeßumforrncrs einsetzen.With two-wire measuring transducers, do not use an additional line connection of a voltage / current measuring transducer.

2 lihill ZcidmutuK'M2 lihill ZcidmutuK'M

Claims

Claim:

Use of a current control circuit with a transistor whose collector-emitter path is in Connected in series is with a constant resistance and a changing load resistance as well as with a voltage divider circuit comprising at least one diode and two resistors, which is so connected to the other circuit elements that a resistor bridge circuit results, in whose zero diagonal the base-emitter path of the transistor lies, for generation an impressed output direct current for remote measured value transmission, which is proportional to an input alternating current in a current converter circuit changes, the input alternating current being fed to a rectifier circuit whose output direct current corresponds to the feed diagonal of the resistance bridge formed in this way connected and the Koüektonvidcrstand den Forms load resistance of the current measuring transducer, which goes back to the long-distance line.

The invention relates to the use of a current control circuit with a transistor, the Collector-emitter path is connected in series with a constant resistance and a changing one Load resistor as well as with a voltage divider circuit comprising a diode and two resistors, which is connected to the other circuit elements in such a way that a resistor bridge circuit results, in the zero diagonal of which the base-emitter path of the transistor lies, for generating an impressed Output direct current for remote data transmission, which is proportional to an input alternating current changes in a current measuring converter circuit, the input alternating current of a rectifier circuit is supplied, the output direct current is connected to the feed diagonal of the resistor bridge thus formed and the collector resistor Forms load resistance of the current measuring transducer, which goes back to the long-distance line.

Such a current regulating circuit suitable for use is known, inter alia, from the »Semiconductor Power Circuits Handbook «from Motorola, November 1968, on pages 3 - 24, fig. 3 - 23. It acts the current control circuit is a current stabilization circuit using a transistor, its emitter is connected to a constant resistor and its collector to a resistor is connected, the resistance value of which can change. To generate bias for the base a voltage divider is provided from two resistors and a diode, which is connected so that through the Diode a temperature compensation of the base-emitter path of the transistor can be achieved. Of the The entire circuit is supplied with a constant voltage, so that the output current also increases does not change when the resistor of the transistor undergoes a change. The manual it can also be seen that the control starts when the supply voltage is above the Threshold voltage of the diode switched in the forward direction is located. As this is usually the case and the supply voltage is supplied as a stabilized voltage, such current stabilization circuits can can be used to keep a current to be supplied to a load constant. The application such a circuit for telemetry purposes has not heretofore been considered.

So far, only one was known from the "Archive for technical measurement" (ATM, V 3831 -J from October 1963) Circuit arrangement for approximate current impressions, which - but only for small output currents and power - can reduce the dependence of the output current on the load resistance. at This circuit arrangement is connected in series to the load resistor large series resistor and an adjustable resistor connected in series. The big series resistor supplies an approximately impressed current of a few milliamperes as long as the load resistance is is within a certain range.

The adjustable resistor allows the load resistance to be set once to the favorable standard value for which the series resistor is designed. The series connection of the large series resistor and the adjustable resistor can be represented as a quadrupole, in which the series connection of the series resistor and the adjustable resistor is arranged between one of the two input terminals and one of the two output terminals and the other two terminals are directly connected. This quadrupole is inserted between the transmitter and the capillary. If this quadrupole is terminated with the load resistor, it forms a new two-pole, which will be referred to in the following as the terminating resistor of the converter. The above-described structure of the telemetry device known from the "Archive for Technical Measurement" is shown on the basis of FIG. The remote measuring device is one to be measured AC "to the terminals 1 and 2 ^

• to fed. The transmitter ε looks from the Current transformer 4 and the rectifier unit 5. The terminating counterpart 6 of the transmitter contains the Circuit arrangement 7 for embossing stronia and the armor 8, which in turn comes from the Fcrnleitung 9 and the moving coil instrument 10 consists. The spatial assignment of the indicated individual components of the telemetry device.

For larger outputs, including in particular the standard signal is one 20 mA, with the known circuit arrangement, only one näherungswci ^r s current injection realized that is not sufficient for many applications. Another disadvantage of this circuit arrangement is that the additional adjustable resistor must be adjusted to the line resistance present when it is first used.

In addition to moving iron and Dynamometer instruments also include moving coil instruments with an upstream rectifier unit. For The moving coil instruments are used for this purpose calibrated for sinusoidal alternating quantities. Are measured values with the last-mentioned measuring devices are transmitted over greater distances in a control room, so it is common (cf. the ATM mentioned) that Spatially separate the rectifier unit from the moving coil instrument / u. With the Strom- or SDannuriKswancllerri.