DE2445337A1

DE2445337A1 - Anordnung zur uebertragung von messwertsignalen

Info

Publication number: DE2445337A1
Application number: DE19742445337
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl In Meyer-Ebrecht
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1974-09-23
Publication date: 1976-04-08
Also published as: SE399976B; JPS5926080B2; GB1527361A; IT1047523B; JPS5158363A; DE2445337C2; US4420753A; FR2285667A1; SE7510487L; FR2285667B1

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, Hamburg 1 , Steindamm 94

"Anordnung zur Übertragung von Meßv/ertsignalen"

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von Meßwertsignalen von einem Meßwertaufnehmer bzw. -Wandler über eine Zweidräht-Leitung zu einem Empfänger, der gleichzeitig über diese Zweidraht-Leitung aus einer Spannungεquelle die elektrische Energie für den Betrieb des Meßwertaufnehmers liefert.

Für Fernmeßeinrichtungen, bei denen insbesondere physikalische Größen mit elektrischen Mitteln gemessen und die elektrischen Meßsignale über größere Entfernungen übertragen v/erden, sind die von den Meßwertaufnehmern gelieferten Signale für eine unmittelbare Übertragung oft 'ungeeignet, da sie empfindlich gegen Übertragungsstörungen sind. Daher v/erden spezielle Signalwand-

lerschaltungen verwendet, die die Meßsignale z.B. durch Verstärken oder Aufmodulieren auf einen Hilfsträger in störsicherer Signale umformen. Zum Betrieb dieser Wandlerschaltungen muß allge main eine Hilfsenergie zur Wandlerschaltung übertragen werden. Um eine zusätzliche Übertragungsleitung für diesen Zweck einzusparen, sind Einrichtungen realisiert worden, bei

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denen die Meßsignale und die Hilfsenergie über dieselbe Zweidraht-Leitung übertragen v/erden. Das geschieht z.B. durch Addition eines meßwertabhängigen Stroms zu dem konstanten Betriebsstrom des Meßwertwandlers. Dabei ist jedoch nachteilig, daß der GesamtStromverbrauch erheblich erhöht wird und im Meßwertwandler eine erhebliche Energie in Wärme umgesetzt wird.

Es sind ferner Anordnungen bekanntgeworden, (siehe z.B. ETZ A 93 (1972) Heft 10, Seiten 577-581), bei denen die Meßsignale in elektrische Wechselgrößen mit meßwertabhängiger Frequenz umgeformt werden. Die mit solchen Anordnungen erzeugten sogenannten "frequenzanalogen" Signale zeichnen sich durch besondere Unempfiidlichkeit gegen übliche Übertragungsstörungen aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mittels der sowohl die Hilfsenergie für den Betrieb des Meßwertaufnehmers wie auch in Gegenrichtung das frequenzanaloge Meßwertsignal über eine einzige Zweidraht-Leitung besonders betriebssicher übertragen v/erden kann, ohne wesentlich mehr Strom als den für den Betrieb des Meßwandlers benötigten Betriebsstrom über die Zweidraht-Leitung zu übertragen. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen. Dadurch wird je nach Einstellung der Größe und der Dauer der vom Stromschalter erzeugten Stromimpulse der Spannungsquelle im Empfänger ein stark pulsierender Strom entnommen, dessen Pulsfrequenz leicht und betriebssicher wiedergewonnen werden kann, wobei die Pulsfrequenz der vom Meßwertaufnehmer erzeugten Frequenz und damit dem Meßwert entspricht. Als Energiespeicher kann ein Konden-

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sator verwendet werden, dessen Kapazität so groß gewählt wird, daß die bei niedrigster Signalfrequenz entstehende pulsierende Wechselspannung klein gegenüber der mittleren Gleichspannung ist, und dann kann der Stromgenerator zur Speisung des Meßwertaufnehmers durch einen einfachen ohmschen Widerstand ersetzt werden. Das Tastverhältnis des pulsierenden Stroms wird zweckmäßig etwa gleich 1 gewählt, und der Stromgenerator kann etwa die Hälfte des BetriebsStroms des Meßwertaufnehmers liefern, so daß eine genügend kräftige Modulation des Stromes erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild des grundsätzlichen Aufbaus, Fig. 2 einige Spannungs- bzw. Stromverläufe der Schaltung

nach Fig. 1,
Fig. 3 ein etwas detaillierteres Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung mit den Klemmen a und b einer nicht dargestellten Zweidraht-Leitung verbunden. Die Klemmen c und d stellen den Betriebsspannungseingang des ebenfalls nicht dargestellten Meßwertaufnehmers dar, während an der Klemme e das frequenzanaloge Meßwertsignal liegt. Die Klemmen b und d sind miteinander verbunden und stellen die Masseleitung bzw. die gemeinsame Rückleitung dar.

An die Klemme a ist ein Spannungsregeier SR angeschlossen, der die an dieser Klemme vorhandene_fdurch den pulsierenden Strom

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möglicherweise etwas schwankende Spannimg in eine konstante, zweckmäßigerweise kleinere Spannung umsetzt 12nd diese der Klemme c zuführt. Dieser Spannungsregeier SR wird zweckmäßig für einen zu liefernden Strom ±3 ausgelegt, der gleich dem maximalen Betriebsstrom des Meßwertaufnehmers ist, vermindert um den toleranz^bedingt minimalen Strom i2 aus dem Stromgenerator SQ2,der im Fehlerfalle jedoch auch verschwinden kann.

Ferner ist an die Klemme a ein Stromschalter SQ1 angeschlossen, der aus der Spannung an dieser Klemme einen Energiespeicher, der hier der Einfachheit halber als Kondensator C dargestellt ist, intermittierend im Rhytmus des frequenzanalogen Meßwertsignals e auflädt. Aus dem Energiespeicher entnimmt dann der Stromgenerator SQ2 den Strom i2 als Teil des Betriebsstroms für den Meßwertaufnehmer.

Die Verläufe von Spannungen und Ströme an verschiedenen Punkten in dem Blockschaltbild nach Fig. 1 sind in Fig. 2 dargestellt. Die dem frequenzanalogen Meßwertsignal entsprechende Spannung u an der Klemme ist in der Kurve a als Rechtecksignal mit dem Taktverhältnis 1 dargestellt. Der intermittierende Ladestrom i des Inergiespeichers», der in Kurve b dargestellt ist, hat dann das gleiche Tastverhältnis und damit bei verlustfreier Stromübertragung den doppelten Maximalwert wie der von der Stromquelle SQ2 entnommene Strom i2. Umgekehrt stellt sich bei gegebenem Maximalwert des Stroms ii durch Steuerung im Stromschalter SQ1 der vom Stromgenerator SQ2 lieferbare Strom i2 ein.

Da der Energiespeicher hier ein Kondensator C ist, entsteht an diesem Kondensator durch den intermittierenden Strom i1 eine Spannung Un, die in der Kurve c in Fig. 2 dargestellt ist und aus einer der mittleren Gleichspannung überlagerten, etwa dreieckförmigen Spannung besteht. Es ist klar, daß bei genügend großem Wert der Kapazität des Kondensators C die Amplitude der Dreieckspannung genügend klein gegenüber der mittleren Gleichspannung gemacht werden kann. Allgemein ist es ausreichend, wenn die Amplitude kleiner als 10?o der mittleren Gleichspannung ist.

In der Kurve d der Fig. 2 ist der der Zweidraht-Leitung entnommene Strom i_L dargestellt. Unter der Annahme, daß der Strom i3 des Spannungsreglers SR im wesentlich gleich dem Strom i2 des Stromgenerators SQ2 ist, hat der der Zweidraht-Leitung i_L entnommene Strom (Stromverluste im Spannungsregler SR vernachlässigt) eine Modulationstiefe von + 50^. Diese Modulationstiefe kann durch Ändern des Verhältnisses zwischen den Strömen i2 und i3, z.B. durch Ändern der Amplitude des Ladestroms i1 nach Bedarf eingestellt werden.

Eine detailliertere Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Stromquelle SQ1 in Fig. 1 wird hier durch den Transistor T1 gebildet, dessen Basis ein in dem Stromgenerator SQ3 erzeugter Basisstrom i-n über den Schalter S zugeführt wird. Dieser Schalter S wird durch das frequenzaiialoge Me ßwertsignal an der Klemme e gesteuert. Der Stromgenerator SQ2 ist hier lediglich durch einen ohmschen Widerstand R realisiert, wobei voraus-

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gesetzt wird, daß die Kapazität des als Energiespeicher verwendeten Kondensators C groß genug ist, damit daran liegende WechselSpannungskomponente bei der niedrigsten Meßwertfrequenz genügend klein ist, wie oben erläutert wurde. Da durch den Spannungsregler, der hier durch den vom Regelverstärker RV angesteuerten Transistor T2 gebildet wird, die Spannung an der Klemme c konstant gehalten wird, fließt dann durch diesen Widerstand R auch ein im wesentlichen konstanter Strom. Bei einem Tastverhältnis von 1 stellt sich die Spannung über dem Kondensator C automatisch so ein, daß durch den Widerstand R ein mittlerer Strom geliefert wird, der gleich dem halben Maximalstrom aus dem Transistor T1 ist, und letzterer wird wiederum durch den Basisstrom ig aus der Stromquelle SQ3 bestimmt .

Pat entansiDrüche %

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Claims

- 7 Patentansprüche:

J) Schaltungsanordnung zur Übertragung von Meßwertsignalen von einem Meßwertaufnehmer bzw. -Wandler über eine Zweidraht-Leitung zu einem Empfänger, der gleichzeitig über diese Zweidraht-Leitung aus einer Spannungsquelle die elektrische Energie für den Betrieb des Meßwertaufnehmers liefert, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Meßwertaufnehmerseite an die Klemmen (a,b) der Zweidraht-Leitung ein Stromschalter (SQ1) und ein Spannungsregler (SR) angeschlossen sind, daß der Spannungsregler (SR) die zwischen den Klemmen (a,b) der Zweidraht-Leitung vorhandene, vom Empfänger gelieferte Spannung in eine konstante Spannung umwandelt und diese dem Spannungsanschluß (c,d) eines ein frequenzanaloges Meßsignal erzeugenden Meßwertaufnehmers zuführt, daß der Stromschalter (SQ1) mit im Rhytmus des frequenzanalogen Meßsignals erzeugten Stromimpulsen einen elektrischen Energiespeicher (C) auflädt, daß der Energiespeicher (C) über einen Stromgenerator (S0.2) einen Teil des Betriebsstroms des Meßwertaufnehmers an dessen Spannungsanschluß (c,d) liefert, und daß die Frequenz der der Spannungsquelle im Empfänger entnommenen Stromimpulse ein Maß für das übertragene Meßwertsignal ist.
2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (SQ2) etwa die Hälfte des Betriebsstroms liefert.
3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Kondensator (C) ist.

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4.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (C) so groß ist, daß bei der niedrigsten Frequenz des Meßwertsignals die Spannungsänderung über dem Kondensator insbesondere kleiner als der mittleren Spannung über dem Kondensator ist.
5.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromgenerator (SQ2) ein ohmscher Widerstand (R) ist.
6.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Impulszeit zu Pausenzeit des Stromschalters (SQ1) etwa gleich 1 ist«.
7.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Stromimpulse und/oder des Betriebsstroms des Meßwertwandlers einstellbar ist.

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