DE2429440C3 - Meßsystem mit einem Meßwertumformer - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßsystem mit einem Meßwertumformer, einem mit einer Meßsignalauswertestelle verbundenen Anschlußkreis und einem diese galvanisch trennenden Signalübertrager, wobei ein den Signalgleichstrom bestimmender Regler durch ein amplitudenanaloges Steuersignal gesteuert ist, das sich aus dem Vergleich zweier Größen ergibt, die vom Eingangswert des Meßwertumformers bzw. vom Signalgleichstrom abhängig, insbesondere hierzu proportional sind, und wobei der Wirkungssinn derart gewählt ist, daß das Steuersignal gegen Null geht.

Aus verschiedenen Gründen, sei es wegen der Isolation oder wegen der Unterdrückung von Gleichtaktsignalen, ist es häufig erwünscht, bei einem Meßsystem den Meßwertumformer von dem Anschlußkreis, der zwei zur Meßsignalauswertestelle führende Anschlußleitungen aufweist, galvanisch zu trennen. Bei einem bekannten Meßsystem dieser Art besitzen der Meßwertumformer und der Anschlußkreis je eine eigene Spannungsversorgung. Das Meßsignal wird verstärkt, zerhackt und der Primärwicklung eines Transformators zugeführt, dessen Sekundärwicklung im Anschlußkreis liegt. Das übertragene Signal, das eine feste Frequenz und veränderliche Amplitude hat, wird nach synchroner Gleichrichtung einem Regler zugeführt, der den Signalgleichstrom durch die Anschlußleitungen steuert In Reihe mit dem Regler liegt ein Meßwiderstand, dessen Spannungsabfall zur Steuerung eines weiteren, synchron betriebenen Zerhackers dient, der eine dritte Transformatorwicklung speist. Im Transformator werden die von den einzelnen Wicklungen ausgehenden Flüsse miteinander verglichen.

Über die zweite Transformatorwicklung wird der Signalgieichstrom so geregelt, daß sich die Flußdifferenz Null einstellt (US-PS 35 81 184). Ein solches Meßsystem stellt große Anforderungen an die einzelnen Schaltungsbestandteile, insbesondere an den Transformator, um Verzerrungen des Meßsignals und dadurch Meßungenauigkeiten zu vermeiden. Auch läßt der Fiußvergleich keine hohen Genauigkeiten zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das mit verhältnismäßig einfachen Mitteln ein wesentlich genaueres Arbeiten gestattet und insbesondere auch in der Form eines Zweileiter-Meßsystems betrieben werden kann.

Diese Aufgabe ist einmal dadurch gelöst, daß dem Meßwertumformer ein erster und dem Anschlußkreis ein zweiter, je in seiner Frequenz in Abhängigkeit von dem Eingangswert des Meßwertumformers einerseits und dem Signalgleichstrom andererseits steuerbarer Oszillator zugeordnet ist, und daß der Vergleich zur Bildung des Steuersignals für den Regler mittels eines Frequenzvergleichers erfolgt, dem die frequenzanalogen Ausgangssignale der beiden Oszillatoren als die zu vergleichenden Größen zuführbar sind und der die Differenzfrequenz in das amplitudenanaloge Steuersignal umformt.

Eine zweite Lösung besteht darin, daß dem Meßwertumformer ein erster und dem Anschlußkreis ein zweiter, je in seiner Frequenz steuerbarer Oszillator zugeordnet ist, daß dem zweiten Oszillator ein vom Signalgleichstrom abhängiges Signal und das diesem frequenzanaloge Ausgangssignal des zweiten Oszillators sowie das frequenzanaloge Ausgangssignal des ersten Oszillators einem Frequenzvergleicher zuführbar sind, dessen Ausgangssignal der Differenzfrequenz amplitudenanalog ist, dem Eingang des ersten Oszillators zuführbar ist und neben der vom Eingangswert abhängigen Größe die zweite der zu vergleichenden Größen bildet.

Beide Lösungen machen von dem an sich (auch aus der deutschen Auslegeschrift 16 23 883 und der Philipps »Technische Rundschau« Nr. 3/4, 1968, S. 131 und 132) bekannten Gedanken Gebrauch, zur Übertragung eines amplitudenanalogen Meßwerts diesen in ein frequenzanaloges Signal umzuformen, so daß die Amplitude des übertragenen Signals kein Maß für die Meßgröße darstellt und Verzerrungen sowie daraus resultierende Meßungenauigkeiten vermieden werden. Im vorliegenden Fall wird dieser Gedanke jedoch vornehmlich für die Übertragung über die galvanische Trennstelle hinweg angewandt. Bei Verwendung eines Übertragers in Form eines einfachen Transformators spielen dann das genaue Windungszahlverhältnis, die Wickliingsrichtung, oer Wicklungswiderstand und die Linearität der Amplituden-Übertragungskennlinie keine Rolle. Entsprechendes gilt für andere Übertrager mit galvanischer Trennung. Der Frequenzvergleich läßt sich mit

großer Genauigkeit durchführen. Die für die Umformung der amplitudenanalogen Signale in ein frequenzanaloges Signal erforderlichen Schaltungsgruppen haben einen einfachen Aufbau und sind als integrierte Schaltkreise im Handel verfügbar, weshalb ein solches Meßsystem einfach und billig herzustellen ist. Geht man von einem Meßsystem aus. bei dem der Regler, z. B. die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors, mit einem Meßwiderstand in Reihe liegt, an dem die dem Signalgleichstrom entsprechende Größe als Spannung abgreifbar ist, kann der zweite Oszillator ein spannungsgesteuerter Oszillator sein, der von der abgegriffenen Spannung gesteuert wird. Dies ergibt einen sehr einfachen Aufbau.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Frcqucnzvcrglcichcr im Anschlußkreis angeordnet und der Ausgang des ersten Oszillators ist über den Signalübertrager mit dem einen Eingang des Frequenzvergleichers verbunden. Der andere Eingang des Frequenzvergleichers kann dann unmittelbar mit dem Ausgang des zweiten Oszillators verbunden sein. Der Ausgang des Frequenzvergleichers kann direkt den Regler steuern. Bei einer Änderung des Meßsignals ändert sich die vom ersten Oszillator abgegebene Signalfrequenz. Infolgedessen gibt der Vergleicher ein Ausgangssignal ab, das den Regler und damit den geregelten Signalgleichstrom verändert. Da dieser Strom seinerseits mittels des zweiten Oszillators in eine proportionale Frequenz umgesetzt wird, die mit der erstgenannten Frequenz verglichen wird, hört der Regelvorgang erst auf, wenn der Signalgleichstrom dem Meßsignal entspricht.

Zweckmäßigerweise ist dafür gesorgt, daß der Ausgang des Frequenzvergleichers an der Basis eines Transistors liegt, die über einen Kondensator mit demjenigen Ende des Meßwiderstands verbunden ist, das an der einen Anschlußleitung liegt, daß der mit dem anderen Ende des Meßwiderstands verbundene Eingang des zweiten Oszillators mit dem Emitter des Transistors verbunden ist und daß der Regler vom Kollektor des Transistors gesteuert ist. Dies führt zu einem sehr einfachen Aufbau.

Zweckmäßigerweise ist der erste Oszillator ein spannungsgesteuerter, über einen Meßwertverstärker gespeister Oszillator, der seinerseits einen Schalttransistor im Stromkreis des Signalübertragers steuert. Der mit der dem Meßsignal entsprechenden Frequenz betätigte Schalttransistor speist daher die Eingangsseite des Signalübertragers mit Stromimpulsen, die der Signalfrequenz entsprechen. Demzufolge wird diese Signalfrequenz über die Ausgangsseite des Signalübertragers auf den Vergleicher übertragen.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Frequenzvergleicher im Meßwertumformer angeordnet und der Ausgang des zweiten Oszillators über einen Meßwertumformer und Anschlußkreis galvanisch trennenden Rückführübertrager mit dem einen Eingang des Frequenzvergleichers verbunden. Bei dieser Schaltung liegt die galvanische Trennstelle, über die eine zu vergleichende Frequenz übertragen wird, in einem Rückführkreis. Infolge dieser Rückführung spielen Ungenauigkeiten bei der Übertragung im Vorwärtskreis eine untergeordnete Rolle.

Zweckmäßigerweise hat hierbei der Meßwertumformer einen mit dem Signalübertrager verbundenen Ausgangskreis, dessen Eingang vom Ausgang des Frequenzvergleichers beeinflußbar ist Der Ausgang des Frequenzvergleichers wirkt daher über den genannten Ausgangskreis, den Signalübertrager und den Regler auf den Signalgleichstrom.

Wenn sich der Frequenzvergleicher im Meßwertumformer befindet, eignet sich das Meßsystem insbesondere für die Anwendung einer Kompensations-Meßbrücke. In diesem Fall sollte die Brückendiagonale den Eingang des Ausgangskreises bilden und der Kompensationsstromabzweig zu einer Verknüpfungsschaltung führen, die in Abhängigkeit vom Ausgang des Frequenzvergleichers den Kompensationsstrom ändert

ίο und mit dem Eingang des Frequenzvergleichers verbunden ist. Die Änderung des Vergleicherausgangs führt zu einer Änderung des Kompensationsstroms und damit zu einer Änderung der Diagonalspannung, die über den Ausgangskreis auf den Anschlußkreis übertragen wird.

!n diesem Zusammenhang kann auch eine Schaltung benutzt werden, bei der der Ausgangskreis des Meßwertumformers einen Wechselrichter mit nachgeschaltetem Wechselstromverstärker aufweist und der Signalübertrager mit einem synchron hiermit gesteuerten Demodulator verbunden ist, der den Regler steuert Die mit der Amplitudenmodulation verbundenen Verzerrungen fallen wegen der speziellen Art der Rückführung nicht ins Gewicht.

Beispielsweise kann der Signalübertrager und/oder der Rückführübertrager ein Transformator sein. Diesei Transformator kann einen sehr einfachen Aufbau haben. Es kommt weder auf das genaue Windungszahlverhältnis, noch die Wicklungsrichtung, noch den Wicklungswiderstand an.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Signalübertrager und/oder Rückführübertrager durch eine einen elektrischen Lichtsender und einen elektrischen Lichtempfänger aufweisende Kopplungsvorrich tung gebildet ist. Diese unter der Bezeichnung Opto-Koppler bekannten Vorrichtungen setzen Gleichstromimpulse in Lichtimpulse mit der entsprechenden Frequenz um, die vom Lichtempfänger wiederum in elek trische Impulse zurückverwandelt werden.

Ganz besondere Vorteile bietet die Anwendung aul ein Zweileitersystem, bei dem die Leistungszufuhr lediglich auf der Seite des Anschlußkreises erfolgt, wöbe letzterer einen dritten mit einem Konstantstromreglei verbundenen Oszillator aufweist, der einen Teil des anschlußseitigen Gleichstroms in pulsierenden Gleichstrom oder Wechselstrom umsetzt und einen Speisetransformator versorgt, dessen Sekundärwicklung irr Meßwertumformerkreis liegt. Der Speisetransformatoi stellt sicher, daß auch die für den Betrieb des Meßwert-Umformers erforderliche Leistung über die galvanisch« Trennung zwischen Meßwertumformer und Anschluß kreis übertragen wird. Der Regler regelt weiterhin der Signalgleichstrom, während der Konstantstromreglei für die Aufrechterhaltung des konstanten Grundstrom!

sorgt Da der Grundstrom konstant ist, spielt es für da; Regelverhalten keine Rolle, ob der für den Betrieb de: zweiten Oszillators vorgesehene Meßwiderstand von gesamten Signalmeßstrom oder lediglich von der sich mit dem Meßsignal ändernden Komponente durchflos· sen wird.

Zweckmäßigerweise ist dafür gesorgt, daß zur Bildung des Konstantstromreglers eine eine Zenerdiod« aufweisende Widerstandsbrücke zum Regler und einen Reihenwiderstand parallel liegt, deren Diagonalspan nung über einen Verstärker einen Hilfsregler steuert der in Reihe mit der Parallelschaltung aus drittem Os zillator und Zenerdiode und der Parallelschaltung au; Widerstandsbrücke und Regler liegt Der Widerstanc

im Überbrückungszweig stellt sicher, daß im Anschlußkreis unabhängig von der Arbeit des Reglers immer der bestimmte Grundstrom fließen kann. An der Zenerdiode ergibt sich eine feste Spannung, mit deren Hilfe der dritte Oszillator, der beispielsweise als astabiler Multivibrator ausgebildet sein und eine feste Frequenz aufweisen darf, betrieben wird.

Im Meßwertumformer ist es bei der einen Schaltungsvariante zweckmäßig, daß mit der Sekundärwicklung des Speisetransformators eine Gleichrichteranordnung, gegebenenfalls der Konstantstromregler, und eine Zenerdiode in Reihe liegt, von deren Spannung der Meßwertverstärker, der erste Oszillator und der Schalttransistor gespeist sind. Die genannten Teile werden daher mit Gleichstrom einer definierten Spannung versorgt, wobei der Konstantstromregler dafür sorgen kann, daß über den Speisetransformator nur ein definierter Gleichstromanteil übertragen wird.

Bei der anderen Variante ist es zweckmäßig, daß mit der Sekundärwicklung des Speisetransformators eine Gleichrichteranordnung und eine Zenerdiode in Reihe liegt, von deren Spannung die Kompensations-Meßbrücke gespeist ist, und daß die Synchronisierspannung zum Betrieb des Wechselrichters an der Sekundärwicklung und die Synchronisierspannung zum Betrieb des Gleichrichters an der Primärwicklung des Speisetransformators abgreifbar ist. Auch hier steht für die Kompensations-Meßbrücke eine feste Spannung zur Verfugung. Die Ausnutzung der Frequenz des Speisetransformators für den Betrieb des Wechselrichters und des Gleichrichters ergibt eine weitere Vereinfachung.

Insbesondere kann zur Bildung des Konstantstromreglers eine eine Zenerdiode aufweisende Widerstandsbrücke zum Regler und einem Reihenwiderstand parallel liegen, deren Diagonalspannung über einen Verstärker einen Hilfsregler steuert, der in Reihe mit der Parallelschaltung aus drittem Oszillator und Zenerdiode und der Parallelschaltung aus Widerstandsbrücke und Regler liegt. Über die Widerstandsbrücke fließt ein konstanter Strom, der zur Deckung der Leistung aller Funktionselemente ausreicht. Parallel dazu fließt über den Regler die sich mit dem Meßsignal ändernde Komponente des Signalgleichstroms.

Günstig ist es ferner, wenn die Spannungsversorgung des zweiten Oszillators und gegebenenfalls des Frequenzvergleichers von den beiden Anschlußleitungen her über einen Grundwiderstand erfolgt und daß diesem ein Verstärker parallel geschaltet ist, dessen Eingänge vom Spannungsabfall an einem mit dem Regler in Reihe liegenden Meßwiderstand gesteuert sind. Dieser Verstärker dient der Kompensation von Spannungsänderungen, die auftreten, wenn sich beim Regelungsvorgang Stromänderungen ergeben, die zwar keinen Einfluß auf die feste Spannung der Zenerdioden haben, aber unterschiedliche Spannungsabfälle an den mit der Zenerdiode in Reihe liegenden Widerständen hervorrufen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung eines Zweileiter-Meßsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 die Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und

F i g. 3 die Schaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Bei dem Zweileiter-Meßsystem nach F i g. 1 gibt die Linie 1 die galvanische Trennung zwischen dem Anschlußkreis A und dem Meßwertumformer-Kreis Mdes Systems an. Zum Anschlußkreis gehören zwei Anschlußleitungen 2 und 3, die mit einer Zentrale dauernd oder zeitweilig verbunden sind. Im zugehörigen Stromkreis liegen hintereinander eine erste Diode Ei, die Kollektor-Emitter-Strecke eines als Regler dienenden Transistors TrI, die durch einen Widerstand R 1 überbrückt ist, eine zweite Diode £2, ein Widerstand R2, eine Zenerdiode Ez 1, die durch einen Kondensator Ci

ίο überbrückt ist, und ein einstellbarer Widerstand RZ. Der Spannungsabfall an der Zenerdiode Ez i speist einen Oszillator in der Form eines aslabilen Multivibrators 4, der zwei Transistoren Tr 2, Tr 3, zwei Dioden E3 und F 4 sowie zwei Widerstände R 4 und R 5 aufweist. Dieser Oszillator speist die mit Mittelanzapfung versehene Primärwicklung eines Speisetransformators Ti mit Strom einer festen Frequenz.

Sekundärseitig sind zwei Speiseleitungen 5 und 6 vorgesehen, von denen die erstgenannte über zwei Gleichrichter E5 und £6 mit den Enden der Sekundärwicklung des Speisetransformators Ti und die andere mit einer Mittelanzapfung dieser Sekundärwicklung verbunden ist. Ferner ist ein Glättungskondensator C2 vorgesehen. Ein Konstantstromregler in der Speiseleitung 5 besteht aus einem Transistor Tr 4 und einem nachgeschalteten Widerstand Λ 6. Eine zweite Zenerdiode Ez 2 hält die Spannung zwischen den beiden Speiseleitungen 5 und 6 konstant. Mit dieser Spannung wird ein Meßwertumformer 7 versorgt, der einen Meßwertverstärker 8, einen spannungsgesteuerten Oszillator 9 und einen Schalttransistor Tr 5 aufweist, welcher mit der Primärwicklung eines Signalübertragers Γ2 in der Form eines Transformators in Reihe liegt. Das Meßsignal wird an Klemmen 10 und 11 über Widerstände R 7 und RS dem Eingang des Meßwertverstärkers 8 zugeführt, der außerdem durch einen Widerstand R 9 überbrückt ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 8 steuert den Oszillator 9 derart, daß an seinem Ausgang eine der Eingangsspannung proportionale Frequenz auftritt. Diese Frequenz steuert ihrerseits den Schalttransistor 7r5, so daß in der Primärwicklung des Signalübertragers 7~2 eine dem Meßwert proportionale Frequenz auftritt.
Die Sekundärwicklung des Signalübertragers T2 ist zwischen die Anschlußleitung 3 und den Eingang 12 eines Frequenzvergleichers 13 geschaltet, dessen zweiter Eingang 14 mit dem Ausgang 15 eines weiteren spannungsgesteuerten Oszillators 16 verbunden ist. Dessen Eingang 17 liegt an einem Punkt 18, der vom Spannungsabfall am Widerstand R 3 beeinflußt ist. Der Ausgang 19 des Frequenzvergleichers 13 ist über einen Widerstand R10 zwischen einen Kondensator C3 und die Basis eines Transistors Tr 6 geschaltet. Dieser steuert über einen Transistor Tr 7 den Regeltransistor Tt 1. Außerdem sind dem Oszillator 16 noch ein Kondensator C4 und ein Widerstand R11, die auf die Frequenz Einfluß nehmen, und ein Widerstand R 12 zur Feststellung der Vorspannung zugeordnet
Der Vergleicher 13 und der Oszillator 16 können aus diskreten Komponenten aufgebaut sein. Vorteilhafterweise werden sie aber in Form fertig hergestellter integrierter Schaltungen vom Typ COS/MOS (low power) unter der Bezeichnung PLL (phase-locked-loop) verwendet Eine solche integrierte Schaltung 20 wird mit Spannung versorgt indem sie zwischen den Punkt 21 der Anschlußleitung 2 und den Punkt 22 der Anschlußleitung 3 geschaltet wird. In dieser Spannungsversorgungsleitung befindet sich ein Widerstand R13, wäh-

rend der Einheit 20 ein Kondensator C5 parallel geschaltet ist. Parallel zum Widerstand R 13 liegt ein Verstärker 23, dessen Eingänge über Widerstände R 14 und R 15 mit den Punkten 21 und 24 zu beiden Seiten des Meßwiderstands R 2 verbunden sind. Die weiteren Anschlüsse dieses Verstärkers ergeben sich aus der Zeichnung. Dieser Verstärker sorgt dafür, daß der Einheit 20 eine annähernd konstante Spannung zugeführt wird, auch wenn der Strom durch die Anschlußleitungen sich ändert, wodurch, obwohl der Spannungsabfall an der Zenerdiode Ez 1 konstant ist, die Spannungsabfälle an dem Widerstand R 3 und an dem Widerstand R 2 sich ändern. Diese Änderungen der Versorgungsspannung kompensiert der Verstärker 23.

Im Betrieb wird nun über den Speisetransformator Ti ein konstanter Strom übertragen, der durch den Konstantstromregler vorgegeben ist. Dieser Strom entspricht in Verbindung mit dem Versorgungsstrom für die Einheit 20 einem Grundstrom. Wenn ein Meßsignal an den Klemmen 10, 11 auftritt, gibt der Meßwertumformer 7 eine diesem Signal proportionale Signalfrequenz an den Eingang 12 des Frequenzvergleichers 13. Stimmt die Signalfrequenz nicht mit der vom Oszillator 16 abgegebenen Frequenz überein, tritt am Ausgang 19 des Vergleichers eine Spannung auf, die den Transistor Tr 6 und damit den Transistor Tr 7 beeinflußt, wodurch der Regler in der Form des Transistors Tr 1 verändert wi/d. Der nunmehr durch den Anschlußkreis fließende Strom erzeugt am Widerstand R 3 einen geänderten Spannungsabfall, der seinerseits die Frequenz des Oszillators 16 ändert. Dies erfolgt so lange, bis die vom Strom abhängige Frequenz gleich der Signalfrequenz ist. Demzufolge ergibt sich in den Anschlußleitungen ein Signalgleichstrom, der ein genaues Maß für das an den Klemmen 10 und 11 liegende Meßsignal ist und beispielsweise durch den Grundstrom von 4 mA und einem dem Signal proportionalen Strom von 0 bis 16 mA zusammengesetzt ist, insgesamt also 4 bis 20 mA beträgt.'

Bei der Ausführungsform in F i g. 2 werden für die gleichen Teile dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 benutzt. Wesentlicher Unterschied ist es, daß der Signalübertrager durch eine optische Kopplungsvorrichtung 25 (Opto-Koppler) gebildet ist. Dieser weist in Reihe mit dem Schalttransistor Tr 5 als Lichtsender eine Diode El und als Lichtempfänger einen Phototransistor TrS auf. Dessen Kollektor-Emitter-Strecke üegt über einen Widerstand R16 an der festen Spannung, die durch die Zenerdiode Ez 1 vorgegeben ist. Die Basis ist über einen Widerstand RYI angeschlossen. Der Kollektor ist über einen Kondensator C6 mit dem Eingang 12 des Frequenzvergleichers verbunden.

Die Lichtdiode E 7 sendet Licht aus, dessen Stärke sich mit der Frequenz des Oszillators 9 ändert. Infolgedessen fließt durch den Phototransistor ein Strom mit dieser Frequenz. Dieser Strom beeinflußt den Frequenzvergleicher 13 in ähnlicher Weise wie im Ausführungsbeispiel der F i g. 1.

In Fig.3 liegt zwischen den Anschlußleitungen 2 und 3 die folgende Reihenschaltung. Zwischen der Anschlußleitung 2 und dem Leitungsabschnitt 26 liegt ein Hilfsregler, bestehend aus einem Transistor Tr 9, der Ober einen Transistor Tr 10 gesteuert wird, parallel zu der Reihenschaltung eines Widerstands R18 und einer Zenerdiode Ez3. Zwischen dem Leitungsabschnitt 26 und dem Leitungsabschnitt 27 liegt die Parallelschaltung einer Zenerdiode EzA, eines Kondensators Cl und eines Oszillators 28 in der Form eines astabilen Multivibrators, der zwei Dioden ES und E9, vier Transistoren TrW, Tr 12, Tr 13 und Tr 14, zwei Kondensatoren CS und C9 und vier Widerstände /? 19, R 20, R2i und R 22 aufweist. Zwischen dem Leitungsabschnitt 27 und dem Leitungsabschnitt 29 liegt die Parallelschaltung eines Widerstands R 23 in Reihe mit einem Regler, bestehend aus einem Transistor Tr 15, der von einem Transistor Tr 16 gesteuert wird, und eines Konstantstromreglers 30, der eine Widerstandsbrücke mit einer Zenerdiode Ez5 und drei Widerständen R 24, R25 und /?26 sowie einen Verstärker 51 in der Diagonalen zur Steuerung des Hilfsreglers Tr9 aufweist. Zwischen dem Leitungsabschnitt 29 und der Anschlußleitung 3 liegt ein Meßwiderstand R 27.

Ein Speisetransformator Γ3 wird von dem Oszillator 28 gespeist. Auf seiner Sekundärseite ist eine Zweiweg-Gleichrichteranordnung, bestehend aus den Dioden ElO und Eil sowie dem Glättungskondensator C14, angeordnet. Zur Erzeugung der im Meßwertumformerkreis benötigten Spannungen sind ein Widerstand /?28, eine Zenerdiode Ez 6 und eine Zenerdiode £z7 zwischen die spannungsführende Leitung 31 und den Mittelpunkt 32 der Gleichrichteranordnung geschaltet.
Der Spannungsabfall an der Zenerdiode Ez 6 speist einen Meßwertumformer 33. Dieser weist eine Kompensations-Meßbrücke 34 mit einem Vorwiderstand R 29, vier festen Brückenwiderständen R 30, Λ 31, R 32 und Λ 33 sowie einem einstellbaren Widerstand R 34 auf, in deren Diagonale ein Thermoelement Th in Reihe mit einem Widerstand R 35 und zwei abwechselnd ansteuerbaren Schalttransistoren Tr 17 und Tr 18 (Feldeffekt-Transistoren) liegt. Letztere werden über die Leitungen 35 und 36 von der Sekundärwicklung des Signaltransformators Γ3 mit Steuerimpulsen versorgt.

Das Signal wird über einen Koppelkondensator C15 mit Querwiderstand R 36 dem einen Eingang eines Verstärkers 37 zugeführt, an dessen anderen Eingang eine aus den Widerständen R 37, R 38 und R 39 sowie dem Kondensator ClO bestehende, eine Phasenumkehrung bewirkende Schaltung gelegt ist. Der Verstärker 37 liegt direkt zwischen der Leitung 31 und dem Mittelpunkt 32 der Gleichspannungsanordnung. An den Verstärkerausgang ist über einen Widerstand R 40 die Primärwicklung eines Signalübertragers TA in der Form eines Transformators gelegt.

Dessen Sekundärwicklung führt zu einem Demodulator oder Gleichrichter 38, der synchron mit dem durch die Schalttransistoren Tr 17 und Tr 18 gebildeten Zerhacker oder Wechselrichter betrieben wird. Dieser weist in Reihe einen Widerstand R 41 und einen Kondensator CIl auf, die periodisch von einem Schalttransistor 7r 19 (Feldeffekt-Transistor) kurzgeschlossen werden. Die Steuerung dieses Schalttransistors erfolgt über eine Leitung 39 direkt von dem einen Ende der Primärwicklung des Speisetransformators T3, wobei ein Entkopplungswiderstand RA2 vorgesehen ist Am Punkt 40 wird eine Steuerspannung abgegriffen und über eine Diode £12 der Basis des Transistors Tr 16 zugeleitet,. die über einen Widerstand R A3 mit dem Leitungsabschnitt 27 verbunden ist

Am Widerstand R 27 wird eine Spannung abgegriffen, die den beiden Teilerwiderständen .R 44 und R 45 zugeführt wird. Die Teilerspannung steuert einen spannungsgesteuerten Oszillator 41, dessen Ausgangssignal über einen Widerstand R 46 an einen Rückführübertrager T5 in der Form eines Transformators geführt wird. Mittels der Diode Ez 5 wird die Versorgungsspannung dieses Oszillators 41 konstant gehalten.

Zum Meßwertumformer gehört eine Einheit 42, die einen Frequenzvergleicher 43 und einen weiteren spannungsgesteuerten Oszillator 44 aufweist. Dem einen Eingang 45 des Frequenzvergleichers wird das über den Rückführübertrager Γ5 zugeführte Frequenzsignal 5 zugeleitet. Über den anderen Eingang 46 wird das Ausgangssignal des Oszillators 44 zugeleitet. Der Ausgang

47 des Vergleichers ist zu einer Verknüpfungsschaltung

48 geführt, die als weiteren Eingang die Abzweigleitung 49 für den Kompensationsstrom der Kompensations-Meßbrücke 34 aufweist. Die Verknüpfungsschaltung weist drei Widerstände R 47, K 48 und R 49 sowie zwei Filterkondensatoren C12 und C13 auf. Sinkt am Punkt 50 die Spannung, weil das Ausgangssignal des Vergleichers 43 niedriger wird, ändert sich entsprechend der Kompensationsstrom.

Diese Schaltung arbeitet in folgender Weise: Wenn sich infolge einer Temperaturänderung die Spannung des Thermoelements ändert, gibt der Meßwertumformer über seinen den Wechselrichter aufweisenden Ausgangskreis ein entsprechendes Frequenzsignal über den Signalübertrager Γ4 und den Gleichrichter 38 auf den Regler Tr 15. Dieser ändert den durch ihn hindurchfließenden Signalstrom entsprechend. Diese Änderung des Signalstroms wird am Widerstand R 27 abgefühlt und führt zu einer entsprechenden Änderung der Ausgangsfrequenz des Oszillators 41. Entsprechend ändert sich die Eingangsfrequenz des Frequenzvergleichers 43 und damit auch dessen Ausgangsfrequenz.

Dies ergibt eine Änderung des Kompensationsstroms in der Kompensations-Meßbrücke 34. Damit ändert sich das Eingangssignal zum Oszillator 44 und damit dessen dem Frequenzvergleicher 43 zugeführte Ausgangsfrequenz. Infolge der Änderung des Kompensationsstroms verkleinert sich die Diagonalspannung der Meßbrücke, wodurch sich das Signal über dem Signalübertrager Γ 4 verkleinert, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt und der Signalgleichstrom dem Meßsignal entspricht.

Bei alledem ist dafür gesorgt, daß über die Anschlußleitungen 2 und 3 ein Signalgleichstrom fließt, der sich aus einem konstanten Grundstrom und einem von dem Meßsignal abhängigen Stromanteil zusammensetzt. Der Grundstrom wird mit Hilfe des Konstantstromreglers 30 erzwungen, die vom Meßsignal abhängige Komponente durch den Regler Tr 15. Hierbei ist es unerheblich, welcher Stromteil durch den Oszillator 28 und zum Zweck der Speisung des Meßwertformerkreises M verbraucht wird. Der restliche Stromanteil geht unbehindert durch die Zenerdiode Ez 4. Sollte der Grundstrom sich ändern, wird er durch Nachregelung des Hilfsreglers 7r9 auf den ursprünglichen Wert gebracht. Der Überbrückungszweig mit dem Widerstand R 18 und der Zenerdiode Ez3 dient dazu, auch bei geschlossenem Hilfsregler 7>9 den Grundstrom fließen zu lassen. Hierbei dient die Zenerdiode Ez 3 dazu, dem Verstärker 51 eine konstante Betriebsspannung zuzuführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Meßsystem mit einem Meßwertumformer, einem mit einer Meßsignalauswertestelle verbündenen Anschlußkreis und einem diese galvanisch trennenden Signalübertrager, wobei ein den Signalgleichstrom bestimmender Regler durch ein amplitudenanaloges Steuersignal gesteuert ist, das sich aus dem Vergleich zweier Größen ergibt, die vom Eingangswert des Meßwertumformers bzw. vom Signalgleichstrom abhängig, insbesondere hierzu proportional sind, und wobei der Wirkungssinn derart gewählt ist, daß das Steuersignal gegen Null geht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertumformer (7) ein erster (9) und dem Anschlußkreis (A) ein zweiter (16), je in seiner Frequenz in Abhängigkeit von dem Eingangswert des Meßwertumformers einerseits und dem Signalgleichstrom andererseits steuerbarer Oszillator zugeordnet ist, und daß der Vergleich zur Bildung des Steuersignals für den Regler mittels eines Frequenzvergleichers (13) erfolgt, dem die frequenzanalogen Ausgangssignale der beiden Oszillatoren als die zu vergleichenden Größen zuführbar sind und der die Differenzfrequenz in das amplitudenanaloge Steuersignal umformt.

2. Meßsystem mit einem Meßwertumformer, einem mit einer Meßsignalauswertestelle verbundenen Anschlußkreis und einem diese galvanisch trennenden Signalübertrager, wobei ein den Signalgleichstrom bestimmender Regler durch ein amplitudenanaloges Steuersignal gesteuert ist, das sich aus dem Vergleich zweier Größen ergibt, die vom Eingangswert des Meßwertformers bzw. vom Signalgleichstrom abhängig, insbesondere hierzu proportional sind, und wobei der Wirkungssinn derart gewählt ist, daß das Steuersignal gegen Null geht, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertumformer (33) ein erster (44) und dem Anschlußkreis (A) ein zweiter (41), je in seiner Frequenz steuerbarer Oszillator zugeordnet ist, daß dem zweiten Oszillator (41) ein vom Signalgleichstrom abhängiges Signal und das diesem frequenzanaloge Ausgangssignal des zweiten Oszillators (41) sowie das frequenzanaloge Ausgangssignal des ersten Oszillators (44) einem Frequenzvergleicher (43) zuführbar sind, dessen Ausgangssignal der Differenzfrequenz amplitudenanalog ist, dem Eingang des ersten Oszillators (44) zuführbar ist und neben der vom Eingangswert abhängigen Größe die zweite der zu vergleichenden Größen bildet.

3. Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Regler, z. B. die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors, mit einem Meßwiderstand in Reihe liegt, an dem die dem Signalgleichstrom entsprechende Größe als Spannung abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Oszillator (16, 41) ein spannungsgesteuerter Oszillator ist, der von der abgegriffenen Spannung gesteuert wird.

4. Meßsystem nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzvergleicher (13) im Anschlußkreis angeordnet und der Ausgang des ersten Oszillators (9) über den Signalübertrager (T2, T4) mit dem einen Eingang des Frequenzvergleichers verbunden ist.

5. Meßsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (19) des Frequenzvergleichers (13) an der Basis eines Transistors (Tr 6) liegt, die über einen Kondensator C 3) mit demjenigen Ende des Meßwiderstands (R 3) verbunden ist, das an der einen Anschlußleitung (3) liegt, daß der mit dem anderen Ende des Meßwiderstands verbundene Eingang (17) des zweiten Oszillators (16) mit dem Emitter des Transistors verbunden ist und daß der Regler (Tr \) vom Kollektor des Transistors gesteuert ist.

6. Meßsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Oszillator (9) ein spannungsgesteuerter, über einen Meßwertverstärker (8) gespeister Oszillator ist der seinerseits einen Schalttransistor (Tr 5) im Stromkreis des Signalübertragers (T2) steuert.

7. Meßsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzvergleicher (43) im Meßwertumformer (33) angeordnet und der Ausgang des zweiten Oszillators (41) über einen Meßwertumformer und Anschlußkreis galvanisch trennenden Rückführübertrager (T5) mit dem einen Eingang des Frequenzvergleichers verbunden ist.

8. Meßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumformer (33) einen mit dem Signalübertrager (T4) verbundenen Ausgangskreis aufweist, dessen Eingang vom Ausgang des Frequenzvergleichers (43) beeinflußbar ist.

9. Meßsysfem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumformer (33) eine Kompensations-Meßbrücke (34) aufweist, die Brückendiagonale den Eingang des Ausgangskreises bildet und der Kompensationsstromabzweig (49) zu einer Verknüpfungsschaltung (48) führt, die in Abhängigkeit vom Ausgang des Frequenzvergleichers (43) den Kompensationsstrom ändert und mit dem Eingang des Frequenzvergleichers verbunden ist.

10. Meßsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis des Meßwertumformers (33) einen Wechselrichter (Tr 17, Tr 19) mit nachgeschaltetem Wechselstromverstärker (37) aufweist und der Signalübertrager (T4) mit einem synchron hiermit gesteuerten Demodulator (Tr 19) verbunden ist, der den Regler steuert.

11. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalübertrager (TI, 7"4,)und/oder Rückführübertrager (T5)ein Transformator ist.

12. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalübertrager und/oder Rückführübertrager durch eine einen elektrischen Lichtsender (ET) und einen elektrischen Lichtempfänger (TrS) aufweisende Kopplungsvorrichtung (25) gebildet ist.

13. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Anwendung auf ein Zweileitersystem, bei dem die Leistungszufuhr lediglich auf der Seite des Anschlußkreises (A) erfolgt, wobei letzterer einen dritten mit einem Konstantstromregler verbundenen Oszillator (4, 28) aufweist, der einen Teil des anschlußseitigen Gleichstroms in pulsierenden Gleichstrom oder Wechselstrom umsetzt und einen Speisetransformator (Ti, T3) versorgt, dessen Sekundärwicklung im Meßwertumformerkreis (M) liegt.

14. Meßsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (TrX, Tr9) durch

einen einen Widerstand (R 1, R M) aufweisenden Zweig überbrückt ist und mit einer Zenerdiode (EzI, Ez4)'m Reihe liegt, an der die Spannung zum Betrieb des dritten Oszillators (4,28) abgreifbar ist.

15. Meßsystem nach Anspruch 6 und A nspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung des Speisetransformators (Ti)eine Gleichrichteranordnung (E5, £6, C2), gegebenenfalls der Konstantstromregler (Tr4, R 6) und eine Zenerdiode (Ez 2) in Reihe liegt, von deren Spannung der Meßwertverstärker (8), der erste Oszillator (9) und der Schalttransistor (Tr 5) gespeist sind.

16. Meßsystem nach Anspruch 9 und 10 und Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung des Speisetransformators (T3) eine Gleichrichteranordnung und eine Zenerdiode (Ez 6) in Reihe liegt, von deren Spannung die Kompensations-Meßbrücke (34) gespeist ist, und daß die Synchronisierspannung zum Betrieb des Wechselrichters (Tr 17, Tr M) an der Sekundärwicklung und die Synchronisierspannung zum Betrieb des Gleichrichters (38) an der Primärwicklung des Speisetransformators (T 3) abgreifbar ist.

17. Meßsystem nach einem der Ansprüche 13 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Konstantstromreglers (30) eine eine Zenerdiode (Ez 5) aufweisende Widerstandsbrücke zum Regler (Tr 15^ und einem Reihenwiderstand (R 23) parallel liegt, deren Diagonalspannung über einen Verstärker (51) einen Hilfsregler (Tr9)steuert, der in Reihe mit der Parallelschaltung aus drittem Oszillator (28) und Zenerdiode (EzA) und der Parallelschaltung aus Widerstandsbrücke (30) und Regler (Tr \5) liegt.

18. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung des zweiten Oszillators (16) und gegebenenfalls des Frequenzvergleichers (13) von den beiden Anschlußleitungen (2, 3) her über einen Grundwiderstand (R i3) erfolgt und daß diesem ein Verstärker (23) parallel geschaltet ist, dessen Eingänge vom Spannungsabfall an einem mit dem Regler (Tr i) in Reihe liegenden Meßwiderstand (R 2) gesteuert sind.