DE2445337C2

DE2445337C2 - Schaltungsanordnung zur Übertragung von elektrischen Meßwertsignalen

Info

Publication number: DE2445337C2
Application number: DE2445337A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. 2000 Hamburg 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: 1986-05-15
Also published as: DE2445337A1; GB1527361A; FR2285667A1; FR2285667B1; US4420753A; SE7510487L; JPS5926080B2; SE399976B; JPS5158363A; IT1047523B

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mittels der sowohl die Hilfsenergie fuer den Betrieb des Messwertaufnehmers wie auch in Gegenrichtung das frequenzanaloge Messwertsignal ueber eine einzige Zweidraht-Leitung besonders betriebssicher uebertragen werden kann, ohne wesentlich mehr Strom als den fuer den Betrieb des Messwandlers benoetigten Betriebsstrom ueber die Zweidraht-Leitung zu uebertragen. Die Loesung besteht darin, dass je nach Einstellung der Groesse und der Dauer der vom Stromschalter erzeugten Stromimpulse der Spannungsquelle im Empfaenger ein stark pulsierender Strom entnommen wird, 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 Kondensator verwendet werden und dann kann der Stromgenerator zur Speisung des Messwertaufnehmers durch einen einfachen ohmschen Widerstand ersetzt werden. Das Tastverhaeltnis des pulsierenden Stroms wird zweckmaessig etwa gleich 1 gewaehlt, und der Stromgenerator kann etwa die Haelfte des Betriebsstroms des Messwertaufnehmers liefern, so dass eine genuegend kraeftige Modulation des Stromes erfolgt. ...U.S.W

Description

45

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung von elektrischen Meßwertsignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DE-AS 22 44 677 und dient dazu, gemessene physikalische Größen als elektrisches Meßwertsignal über größere Entfernungen besonders störsicher zu übertragen, indem das übertragene Meßwertsignal aus der Frequenz der der elektrischen Energiequelle im Empfänger entnommenen Stromimpulse gewonnen wird. Diese Stromimpulse werden bei der bekannten Anordnung im Sender dadurch erzeugt, daß zwischen die beiden Adern der Fernübertragungs-Doppelleitung ein elektronischer Schalter in Reihe mit einem Widerstand oder eine geschaltete Stromquelle angeschlossen ist. Der Strom, der bei geschlossenem Schalter bzw. eingeschalteter Stromquelle durch diese Elemente fließt, stellt jedoch einen reinen Verluststrom dar, der zusätzlich zu dem Betriebsstrom des Meßwertaufnehmers über die Fern-Übertragungs-Doppelleitung übertragen werden muß und der im übrigen die Verlustleistung in der Schaltungsanordnung erhöht. In der genannten Druckschrift ist als weitere Möglichkeit ferner angegeben, den elektronischen Schalter in Reihe mit dem Spannungsregler zu schalten. Dies hat jedoch den Nachteil, daß in dem Spannungsregler ein Kondensator zur Energiespeicherung während der Zeiten, in denen der Schalter geöffnet ist vorhanden sein muß, wobei dieser Kondensator insbesondere bei niedriger Frequenz des Meßwertsignals eine hohe Kapazität aufweisen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, über die Femübertragungs-Doppelleitung im Mittel nicht nennenswert mehr Strom übertragen werden muß als für den Betrieb des Meßwertaufnehmers erforderlich ist und bei der Speicherelemente mit großem Volumen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird praktisch der gesamte über die Feraübertragungs-Doppelleitung übertragene Strom zur Stromversorgung des Meßwertaufnehmers verwendet, und der erforderliche Energiespeicher kann deswegen klein sein, da er nur einen Teil des Betriebsstromes des Meßwertaufnehmers liefert

Gemäß Ausgestaltungen der Erfindung ist der Energiespeicher ein Kondensator und das Schaltungselement ein ohmscher Widerstand. Dies ergibt eine sehr preiswert zu realisierende Schaltungsanordnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild des grundsätzlichen Aufbaus,

Fig.2 einige Spannungs- bzw. Stromverläufe der Schaltung nach F i g. 1,

F i g. 3 ein etwas detaillierteres Ausführungsbeispiel.

In Fig.! ist die Schaltungsanordnung mit den Klemmen a und b einer nicht dargestellten Fernübertragungs-Doppelleitung verbunden. Die Klemmen c und d stellen den Betriebsspannurtgseingang des ebenfalls nicht dargestellten Meßwertaufnehmers dar, während an der Klemme e das vom Meßwertaufnehmer erzeugte 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 Spannungsregler SR 1 angeschlossen, der die an dieser Klemme vorhandene, durch den pulsierenden Strom möglicherweise etwas schwankende Spannung in ane konstante, zweckmäßigerweise kleinere Spannung umsetzt und diese der Klemme c zuführt. Dieser Spannungsregler SR 1 wird zweckmäßig für einen zu liefernden Strom /3 ausgelegt, der gleich dem maximalen Betriebsstrom des Meßwertaufnehmers ist, vermindert um den toleranzbedingt minimalen Strom /2 aus dem Stromgenerator SQ2, der im Fehlerfalle jedoch auch verschwinden kann.

Ferner ist an die Klemme a ein elektronischer Schalter SQ1 angeschlossen, der aus der Spannung an dieser Klemme einen Energiespeicher, der hier der Einfachheit halber als Kondensator Cdargestellt ist, intermittierend im Rhythmus des frequenzanalogen Meßwertsignals e auflädt. Aus dem Energiespeicher entnimmt dann ein Schaltungselement in Form eines Stromgenerators SQ 2 den Strom /2 als Teil des Betriebsstroms für den Meßwertaufnehmer.

Die Verläufe von Spannungen und Ströme an verschiedenen Punkten in dem Blockschaltbild nach F i g. 1 sind in F i g. 2 dargestellt. Die-'dem frequenzanalogen Meßwertsignal entsprechende Spannung u_e an der

Klemme e ist in der Kurve a als Rechtecksignal mit dem Taktverhältnis 1 dargestellt Der intermittierende Ladestrom / des Energiespeichers e, der in Kurve b dargestellt ist hat dann das gleiche Tastverhältnis und damit bei verlustfreier Stromübertragung von doppelten Maximalwert wie der von der Stromquelle SQ 2 entnommene Strom /2. Umgekehrt stellt sich bei gegebenem Maximalwert des Stroms /1 durch Steuerung dss elektrischen Schalters SQ 1 der vom Stromgenerator SQ 2 lieferbare Strom / 2 ein.

Da der Energiespeicher hier ein Kondensator C ist, entsteht an diesem Kondensator durch den intermittierenden Strom /1 eine Spannung uc, die in der Kurve c in F i g. 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% der mittleren Gleichspannung ist

In der Kurve d der F i g. 2 ist der der Fernübertragungs-Doppelleitung entnommene Strom //. dargestellt Unter der Annahme, daß der Strom /3 des Spannungsreglers SÄ 1 im wesentlichen gleich dem Strom /2 des Stromgenerators SQ 2 ist, hat der der Fernübertragungs-Doppelleitung i'l. entnommene Strom (Stromverluste im Spannungsregler SR 1 vernachlässigt) eine Moduiationstiefe von +50%. Diese Modulationstiefe kann durch Ändern des Verhältnisses zwischen den Strömen /2 und /3, z. B. durch Ändern der Amplitude des Ladestroms /1 nach Bedarf eingestellt werden.

Eine detailliertere Schaltung ist in F i g. 3 dargestellt Der elektronische Schalter SQ1 in F i g. 1 wird hier durch den Transistor Ti gebildet, dessen Basis ein in dem Stromgenerator SQ 3 erzeugter Basisstrom /β über den Schalter 5 zugeführt wird. Dieser Schalter S wird durch das frequenzanaloge Meßwertsignal an der Klemme e gesteuert Das Schaltungselement ist hier lediglich durch einen ohmschen Widerstand R realisiert, wobei vorausgesetzt wird, daß die Kapazität des als Energiespeicher verwendeten Kondensators C groß genug ist, damit die daran liegende Wechselspannungskomponente bei der niedrigsten Meßwertfrequenz genügend kleiii ist, wie oben erläutert wurde. Da durch den Spannungsregler, der hier durch den vom Regelverstärker R V angesteuerten Transistor T2 gebildet wird, die Spannung an der Klemme c konstant gehalten wird, fließt dann durch diesen Vv iderstand R auch ein im wesentlichen konstanter Strom. Bei einem Tastverhältnis von 1 stellt iich 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 7*1 ist, und letzterer wird wiederum durch den Basisstrom ia aus der Stromquelle SQ 3 bestimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Übertragung von elektrischen Meßwertsignalen von einem Meßwertaufnehmer, der eine physikalische Meßgröße in eine frequenzanaloge elektrische Meßgröße umwandelt, über eine Feraübertragungs-Doppelleitung zu einem Empfänger, der über die Fernübertragungs-Doppelleitung die elektrische Energie für den Betrieb des Meßwertaufnehmers und der Schaltungsanordnung liefert, wobei an die Klemmen (a, b) der Feraübertragungs-Doppelleitung ein elektronischer Schalter (SQ i\ der im Rhythmus der frequenzana- !ogen elektrischen Meßgröße geschaltet ist, und ein Spannungsregler (SR 1) angeschlossen sind, die einen Betriebsstrom (h + /3) an den Meßwertaufnehmer (Klemmen c, d) bei konstantgehaltener Betriebsspannung liefern, wobei zur Spannungsglättung ein Energiespeicher (C) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (SQ 1) in Reihe mit dem Energiespeicher (C) liegt, der über ein Schaltungselement (SQ 2) einen Teil fr) des Betriebsstromes an den Meßwertaufnehmer liefert und daß der Spannungsregler (SR 1) den übrigen Teil (i₃) des. Betriebsstromes liefert

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Impulszeit zu Pausenzeit des elektronischen Schalters (SQ 1) etwa gleich 1 ist

3. Schaltungsanordnung na'h Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet·, daß der Energiespeicher ein Kondensator (C) ist

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement (SQ 2) ein ohmscher Widerstand (R) ist

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Stromimpulse und/oder des Betriebsstromes des Meßwertaufnehmers einstellbar ist.