DE2248870C3

DE2248870C3 - Meßumformer mit Teilmeßbereich

Info

Publication number: DE2248870C3
Application number: DE19722248870
Authority: DE
Inventors: Günther Ing.(grad.) 8560 Lauf Prenzel
Original assignee: Metrawatt GmbH
Current assignee: Metrawatt GmbH
Priority date: 1972-10-05
Filing date: 1972-10-05
Publication date: 1982-04-08
Also published as: DE2248870A1; DE2248870B2

Description

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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.

Der Meßbereich eines Meßumformers wird üblicherweise so gewählt, daß der gesamte Änderungsbereich 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.

Bei bekannten Schaltungen werden zur Unterdrükkung 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 abgenommen. 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, an Hand der Ausgangsspannung zu erkennen, ob der Meßumformer 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 ebenfalls nicht
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 eingangsseitig außer dem Meßsigna] ein ίο 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, als Sperrventil wirkende Diode so eingefügt ist, daß sie die negativen Ausgangsströme bis auf einen kleinen zur Kontrolle dienenden Restbetrag unterdrückt.
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 die-ie 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 wie 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. Unerwünscht 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 Ze.ierdioden 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.
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 Überlastung des Ausgangs durch eine Übersteuerung des Meßumformereingangs verhindert werden soll. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht deshalb vor, 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 Verstärki;reingang so verbunden ist und die Schaltung so dimensioniert ist, daß das Schwellwertelement einen Gegenkopplungsstrom durchläßt, sobaid der Ausgangsstrom seinen Maximalwert erreicht und damit einen Spannungsabfall bewirkt, der den Schwellwert des Schwellwertelempntes überschreitet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung des Meßumformers und

Fig.2 eine Kennlinie des Meßumformers zur Darstellung des Teilbereiches.

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 Gleichstromsignal I_M umgeformt haben. Der als Meßsignal bezeichnete Strom Im umgeformt haben. Der als Meßsignal bezeichnete Strom I_M wird nun mit Hilfe des Verstärkers V in bekannter Weise in einen eingeprägten Ausgangsstrom I_A umgewandelt. Hierzu wird der von I_A an den Widerständen R₂, R₃ verursachte Spannungsabfall über einen Widerstand R_s auf den Eingang des Verstärkers Kgegengekoppelt.

Zur erfindungsgemäßen Meßbereichsunterdrückung wird dem Eingang des Verstärkers V außer dem Meßsignal ^noch ein Gegensignal /crugeführt, das mit Hilfe der Widerslände R_s, Rg, R]₀ sowie einer Zenerdiode Z aus einer negativen Spannungsquelle erzeugt wird. Wie F i g. 2 zeigt, wird dadurch ein Teil der Kennlinie Ia = f (Im) in den negativen Bereich verschoben, das heißt bei Im<I(j wird 1* negativ. Um den negativen Ausgangsstrom U zu unterdrücken, ist zwischen den Ausgang des Verstärkers V und die vom Ausgangsstrom I_A durchflossene Bürde R^ eine Diode D] geschaltet. Der Kennlinienknick der Diode D\ würde jedoch zu Verzerrungen innerhalb des Teilbereiches führen. Parallel zur Diode D, ist deshalb ein Widerstand Ra geschaltet. Dadurch wird der unlineare Teil der Kennlinie in den negativen Ausgangsstrombereich verschoben, wo er nicht mehr ston. 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 I_A an Rj erzeugte Spannungsabfall von einer Diode mit ihrem Schwellwert verglichen. Sobald an R₃ ein Spannungsabfall entsteht, der den Schwellwert der Diode überschreitet — das ist bei richtiger Dimensionierung von R₃ der Fall, wenn der Ausgangsstrom I_A seinen oberen Grenzwert erreicht —, wird die Diode D₂ leitend und bewirkt eine so starke Gegenkopplung, daß ein weiteres Ansteigen des Ausgangsstromes verhindert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßumformer, der unter Verv/endung eines positiv und negativ aussteuerbaren gegengekoppelten Verstärkers innerhalb eines vorgegebenen Meßbereiches Meßsignale gleichbleibender Polari-' tat in proportionale eingeprägte Ausgangsströme umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker (V) eingangsseitig außer dem Meßsignal (TJw) ein Gegensignal (Ic) solcher Art zugeführt ist, daß sich der Anfang des Meßbereiches in den Bereich negativer Ausgangsstrome (Ia) verschiebt und in dem Stromkreis zwischen dem Ausgang des Verstärkers und der Bürde (Ri) des Meßumformers eine mit einem Widerstand (Ra) überbrückte, als Sperrventil wirkende Diode (Di) so eingefügt ist, daß sie die negativen Ausgangsströme (Ia) bis auf einen kleinen zur Kontrolle dienenden Restbetrag unterdrückt.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom (Ia) des Verstärkers (V) auf einen Maximalwert begrenzt ist, indem ein Schwellwertelement, z. B. eine Diode

mit einem der im Ausgangskreis des Verstärkers liegenden Widerstände (Ru R2, R3) 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 überschreitet.