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Meßumformer mit Teilmeßbereich Die Erfindung bezieht sich auf einen
Meßumformer, der unter Verwendung eines positiv und negativ aussteuerbaren, gegengekoppelten
Verstärkers innerhalb eines vorgegebenen Meßbereiches Meßsignale gleichbleibender
Polarität in proportionale eingeprägte Ausgangsströme umwandelt.
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Der Meßbereich eines Meßumformers wird üblicherweise so gewählt, daß
der gesamte Anderungsbereich des Meßsignals erfaßt werden kann. Es gibt jedoch auch
Fälle, wo die änderungen des Meßsignals nur innerhalb eines relativ schmalen Teilbereichs
interessant sind, z.B. weil Werte außerhalb dieses Teilbereiches-nur selten vorkommen
oder der Teilbereich besonders kritische Werte erfaßt, die mit erhöhter Genauigkeit
gemessen werden sollen.
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Bei bekannten Schaltungen werden zur Unterdrückung des Anfangsbereiches
Zenerdioden verwendet. Diese bilden z.B. mit zwei Widerständen eine Brückenschaltung,
die so zusammengefügt ist, daß in zwei einander gegenüberliegenden Brückenzweigen
je eine Zenerdiode liegt. Der einen Diagonale der Brücke wird das Meßsignal zugeführt
und von der anderen Diagonale die Teilbereichsspannung abgenormen. Alle Spannungen,
die kleiner als die Summe der beiden Zenerspannungen sind, werden unterdrückt. Nachteilig
bei dieser Schaltung ist jedoch, daß der Kennlinienknick der Zenerdioden, insbesondere
bei kleinen Zenerspannungen recht unscharf ist, was zwangsläufig zu Verzerrungen
der Ausgangsspannung führt. Die Schaltung erlaubt es zudem nicht, anhand der Ausgangsspannung
zu erkennen, ob der Menumformer außer Betrieb ist oder ob das Meßsignal nur den
unteren Grenzwert des Teilbereiches unterschritten hat. Möglichkeiten,
den
Meßbereich nach oben zu begrenzen, bietet die Schaltung ebenl falls nicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßumformer der eingangs genannten
Art zu schaffen, der es erlaubt, die genannten Nachteile zu überwinden. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Verstärker außer dem Meßsignal ein
Gegensignal solcher Art zugeführt ist, daß sich der Anfang des Meßbereiches in den
Bereich negativer Ausgangsströme verschiebt und in den Stromkreis zwischen dem Ausgang
des Verstärkers und der Bürde des Meßumformers eine mit einem Widerstand überbrückte
Diode so eingefügt ist, daß sie die negativen Ausgangsströme bis auf einen kleinen
zur Kontrolle dienenden Restbetrag unterdrückt.
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Schaltungen mit einem Verstärker, dem mehrere Signale zugeführt werden,
sind an sich bekannt. Als Beispiel seien die mit Hilfe von Operationsverstärkern
aufgebauten Addierschaltungen genannt, die sich ebenso wie Differenzverstärker-,
Kompensations- und Brückenschaltungen auch zur Differenzbildung eignen.Alle diese
Schaltungen können auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Meßumformer verwendet
werden, wesentlich ist jedoch, daß das Meßsignal mit dem Gegensignal so zusammengeführt
wird, daß sich der Anfang des Meßbereiches in den Bereich negativer Ausgangsströme
verschiebt und zwar so weit, daß der Teilbereichsanfang mit dem Nulldurchgang des
Ausgangsstromes zusammenfällt. Allerdings wird hierdurch noch keine echte Meßbereichsunterdrückung,
sondern wi'e gesagt, nur eine Meßbereichsverschiebung erreicht. Der negative Ausgangsstrom
erlaubt es zwar zu unterscheiden, ob das Meßsignal den unteren Grenzwert des Teilbereiches
unterschritten hat oder der Meßumformer außer Betrieb ist, nachteilig ist aber,
daß bei fehlendem Meßsignal ein besonders hoher negativer Ausgangsstrom fließt.
Ùnerwünscht ist dabei nicht nur, daß die Zeiger der Anzeige- oder Registriergeräte
am Anschlag "kleben", sondern auch der unnötig hohe Stromverbrauch. Die Erfindung'sieht
deshalb als weiteres Merkmal vor, daß zwischen den Ausgang des Verstärkers und die
Bürde des Meßumformers eine Diode geschaltet ist, die
negative Ausgangsströme
unterdrückt. Um jedoch zu verhindern, daß ähnlich wie bei den'bekannten Schaltungen
mit Zenerdioden der Kennlinienknick zu Meßwertverfälschungen führt, wird der Diode
ein Widerstand parallel geschaltet. Der Kennlinienknick fällt dadurch in den negativen
Ausgangsstrombereich und kann somit die positiven Ausgangsströme nicht mehr verzerren.
Der negative Ausgangsstrom wird außerdem durch geeignete Wahl des Widerstandes so
niedrig eingestellt, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden, andererseits
aber die Inbetriebnahme des Meßumformers auch bei fehlendem Meßsignal erkennbar
ist.
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Um innerhalb eines relativ großen Meßbereiches nur einen kleinen Teilmeßbereich
zu erfassen, wird es oft nicht genügen, lediglich den Anfangsbereich zu unterdrücken,
sondern es kann ebenso auch eine Unterdrückung des Endbereiches erforderlich werden.
Einer oberen Begrenzung des Meßbereiches kommt im übrigen grundsätzliche Bedeutung
zu, wenn eine Oberlastung des Ausgangs durch eine Obersteuerung des Meßumformereingangs
verhindert werden soll. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Meßumformer zur
Umwandlung von Meßströmen und Meßspannungen in eingeprägte Ausgangsströme unter
Verwendung eines gegengekoppelten Verstärkers, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch,
daß der Ausgangsstrom des Verstärkers auf einen Maximalwert begrenzt ist, indem
ein Schwellwertelement, z.B. eine Diode mit einem der im Ausgangskreis des Verstärkers
liegenden Widerstände und dem Verstärkereingang so verbunden ist und die Schaltung
so dimensioniert ist, daß das Schwellwertelement einen Gegenkopplungsstrom durchläßt,
sobald der Ausgangsstrom seinen Maximalwert erreicht und damit einen Spannungsabfall
bewirkt, der den Schwellwert des Schwellwertelementes Ube'rschreitet.
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Ein Ausführunysbeispiel der Erfindung ist in.den Zeichnungen dargestellt
und wird im folyenden näher bescrieben.
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stellt und'wird im folgenden näher beschrieben.
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Es 1 ine zeigen Fig. 1 eine Schaltung des Meßumformers, Fig. 2 eine
Kennlinie des Meßumformers zur Darstellung des Teilbereiches.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung enthält im wesentlichen den zum
Verstärker V gehörigen Schaltungsteil. Das dem Verstärkereingang zugeführte Meßsignal
IM kann zuvor schon nicht dargestellte Schaltungsteile des Meßumformers durchlaufen
haben, die es aus beliebigen anderen Größen in seine jetzige Form als &leichstromsignal
IM umgeformt haben. Der als Meßsignal bezeichnete Strom IM wird nun mit Hilfe des
Verstärkers V in bekannter Weise in einen eingeprägten Ausgangsstrom IA umgewandelt.
Hierzu wird der von IA an den Widerständen R2, R3 verursachte Spannungsabfall über
einen Widerstand R5 auf den Eingang des Verstärkers V gegengekoppelt.
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Zur erfindungsgemäßen Meßbereichsunterdrückung wird dem Eingang des
Verstärkers V außer dem Meßsignal IM noch ein Gegensignal IG zugeführt, das mit
Hilfe der Widerstände R8 Rg, R10 sowie einer Zenerdiode Z aus einer negativen Spannungsquelle
erzeugt wird.
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Wie Fig. 2 zeigt, wird dadurch ein Teil der Kennlinie 1A = f (IM)
in den negativen Bereich verschoben, das heißt bei IM t IG wird IA negativ. Um den
negativen Ausgangsstrom 1A zu unterdrücken, ist zwischen den Ausgang des Verstärkers
V und die vom Ausgangsstrom IA durchflossene Bürde R1 eine Diode D1 geschaltet.
Der Kennlinienknick der Diode D1 würde jedoch zu Verzerrungen innerhalb des Teilbereiches
führen. Parallel zur Diode D1 ist deshalb ein Widerstand R4 geschaltet. Dadurch
wird der unlineare Teil der Kennlinie in den negativen Ausgangsstrombereich verschoben,
wo er nicht mehr stört. Außerdem ist dieser Strom gerade so groß, daß er sicher
erkennen läßt, ob der Meßumformer außer Betrieb ist oder ob das Meßsignal den unteren
Grenzwert des Teilbereiches noch nicht erreicht hat; Die Schaltung in Fig. 1 ist
weiterhin so aufgebaut, daß'auch ein oberer Grenzwert nicht überschritten wird.
Hierzu wird der von dem Ausgangsstrom IA an R3 erzeugte Spannungsabfall von einer
Diode mit ihrem Schwellwert verglichen. Sobald an R3 ein Spannungsabfall entsteht,
der den Schwellwert der Diode überschreitet - das i'st bei richtiger Dimensionierung
von R3 der Fall, wenn der Ausgangsstrom IA seinen oberen Grenzwert erreicht - wird
die Diode D2 leitend und bewirkt eine so starke Gegenkopplung, daß ein weiteres
Ansteigen des Ausgangsstromes verhindert wird.