DE2631728C3

DE2631728C3 - Schaltungsanordnung zum Obertragen der Meßwerte mehrerer Meßstellen

Info

Publication number: DE2631728C3
Application number: DE19762631728
Authority: DE
Inventors: Poul Steffen Augustenborg Dam (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2631728A1; DK141140B; DE2631728B2; DK309477A; DK141140C

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Übertragen der Meßwerte mehrerer Meßstellen auf eine gemeinsame Übertragungsleitung über je einer Meßstelle zugeordnete, aus einer gemeinsamen Gleich-Spannungsquelle gespeisten Meßwertumformer, die den Meßwert in einen Meßstrom umformen, und über eine elektronische Schalteranordnung^ wobei je ein Eingang der Schalteranordnung über eine Leitung mit je einem Meßwertumformer verbunden ISt₁ Und zyklisch diese Eingänge mit der gemeinsamen Übertragungsleitung verbindet.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art

(DE-AS 21 60 080) ist die elektronische Schalteranordnung aus einzelnen Transistoren und Widerständen ausgebildet. Durch Anlegen je einer Steuerspannwng an Basisanschlüsse wird jeweils ein Transistor in den leitenden Zustand gebracht, so daß dieser den Meßstrom über die Übertragungsleitung und über einen auf dar Empfangsseite liegenden Meßwiderstand leiten kann. An diesem empfangsseitigen Meßwiderstand wird eine Spannung abgegriffen, die in einem Auswe> tegerät der jeweiligen Meßstelle zugeordnet werden kann.

In dem Buch »Fernmessung, Fernmeldung, Fernsteuerung in elektrischen Anlagen«, W. S. M a 1 ο w, VEB Verlag Technik, Berlin 1954, Seiten 23 bis 25, sind mehrere Arten der Umformung einer Meßgröße in ein elektrisches Signal beschrieben. In allen Fällen wird das vom Meßwertumformer erzeugte elektrische Signal in dieser Form auf die Empfangsseite übertragen. Bei den dort beschriebenen, nicht abgleichenden bzw. nicht kompensierenden Verfahren wird die Meßgröße in einen Strom oder eine Spannung umgesetzt. Dabei verstellt ein Meßfühler den Abgriff eines Potentiometers, das von einer eigenen Spannungsquelle gespeist wird. Die so abgegriffene Spannung treibt einen Strom über die Fernleitung, der den Ausschlag eines Empfangsgeräts hervorruft Weiter sind dort zwei Abgleich- oder Kompensationsverfahren beschrieben, bei denen zum eineii mit geregeltem Strom, wie bei der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung, und zum anderen mit einem Potentiometer-Null-System gearbeitet wird, wobei im letzteren Falle auf der Empfangsseite eine Spannung eingestellt werden muß, die der Spannung auf der Sendeseite entspricht. Dies erfordert zwei verschiedene Stromquellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine Schalteranordnung mit Schaltkreisen in Form einer integrierten Schaltung verwendet werden kann. Der einfache Ersatz der bekannten Schalteranordnung dur^h eine integrierte Schaltung scheitert daran, daß es wegen ihres verhältnismäßig hohen DurchlaßwiJerstands schwierig ist, Meßströme unmittelbar über die integrierte Schaltung zu übertragen. Aber auch die Übertragung einer Meßspannung über eine integrierte Schaltung stößt auf Schwierigkeiten, weil diese gegen Überspannungen empfindlich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß die in den von den Meßwertumformern zur Schalteranordnung führenden Verbindungsleitungen fließenden Meßströme in einer Eingangsschaltung der Schalteranordnung je in eine Meßspannung umformbar und die Meßspannung den Eingängen der Schalteranordnung zur Übertragung zuführbar sind und daß an die Eingangsschaltung ein in der gemeinsamen Stromversorgungsleitung liegender Strombegrenzer angeschlossen ist, der anspricht, wenn eine Meßspannung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

Bei dieser Schaltungsanordnung wird zunächst der Meßstrom noch vor der Schalteranordnung in eine Meßspannung umgeformt. Damit sind die Schwierigkeiten, Meßströme schalten zu müssen, beseitigt. Die Umwandlung der Meßströme in Meßspannungen birgt aber die Gefahr von Überspannungen in sich, sei es infolge von Kurzschlüssen oder infolge von zu hohen Meßwerten, Dieser Gefahr wird durch den Strombegrenzer begegnet Durch die Strombegrenzung ist auch die der Schalteranordnung zugeführte Spannung begrenzt. Es ist daher möglich, eine Schalteranordnung mit

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Schaltkreisen in Form einer integrierten Schaltung zu verwenden, ohne daß diese eingangsseitig überlastet wird. Gleichzeitig ist die gemeinsame Gleichspannungsquelle der Meßwertumformer und gegebenenfalls der Schalteranordnung gegen Überlastung durch Kurzschlüsse geschützt Die Eingangsschaltung erfüllt eine Mehrfachfunktion. Sie formt die Meßströme in eine zur Übertragung durch integrierte Schaltkreise geeignete Spannung um, erfaßt zu hohe Ströme und steuert den Strombegrenzer entsprechend. Die Eingangsschaltung bildet somit gleichzeitig einen Teil einer den Strombegrenzer aufweisenden Überwachungsschaltung.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Strombegrenzer eingangsseitig eint Schwellwertstufe aufweist, deren Eingang über je eine bei den Grenzwert überschreitender Meßspannung in Richtung auf diesen , Eingang leitende Diode mit je einem Eingang der Schalteranordnung verbunden ist. Auf diese Weise kommt man mit einer einzigen Schwellwertstufe zur Überwachung aller Eingänge der Schalteranordnung aus. Gleichzeitig sorgen die Dioden dafür, daß die Eingänge der Schalteranordnung nicht di;Th die Vorspannung der Schwellwertstufe belastet werden und eine an einem Eingang der Schalteranordnung auftretende zu hohe Spannung von den anderen Eingängen der Schalteranordnung ferngehalten wird. Im Normalbetrieb bewirkt die Schwellwertstufe keine Verfälschung der Meßwerte, da sie völlig gegenüber den Meßkreisen entkoppelt ist

Ein sehr einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Schwellwertstufe eine den Schwellwert bestimmende Zener-Diode aufweist.

Sodann ist es günstig, wenn der Strombegrenzer eine den Versorgungsstrom unmittelbar steuernde Stufe mit Transistoren in Darlington-Schaltung aufweist. Auf diese Weise ergibt sich bei einem Meßwertumformer-Kurzschluß ein geschlossener Stromregelkreis, der den Kurzschlußstrom auf einen konstanten zulässigen Wert herunterregelt, der dem Grenzwert der Meßspannung entspricht. Fine Darlington-Schaltung hat darüber hinaus einen geringen Ausgangswiderstand mit entsprechend geringen Verlusten, bei hohem, eine geringe Belastung darstellendem Eingangswiderstand. Sie läßt sich ferner leicht als integrierte Schaltung ausbilden.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn in den Verbindungsleitunrjen je ein Widerstand lie^t und unmittelbar zwischen jedem Eingang der Schalteranordnung und der Bezugspotential führenden Leitung je eine bei oberhalb des Bezugspotentials liegender Meßspannung gesperrte Diode liegt.

Auf diese Weise werden Störspannungen der einen Polarität zvischen zwei de^r Verbindungsleitungen, die die Meßwertumformer mit der Schalteranordnung verbinden, über diese normalerweise gesperrten Dioden kurzgeschlossen. Dies gilt auch für Störspannungen aufgrund eines Kurzschlusses, der zwischen einer zur gegensinnigen symmetrischen Aussteuerung der Schalteranordnung gegebenenfalls erforderlichen zweiten Versorgungsgleichspannung mit gegenüber Bezugspotential negativer Polarität und einer der Verbindungsleitungen auftritt. Hierbei begrenzen die in den Verbindungsleitungen liegenden Widerstände nicht nur die Eingangsströme der Schalteranordnung, sondern auch die über die zuletzt genannten Dioden abgeleiteten Kurzschlußströme gegensinniger Polarität. Am Eingang der Schalteranordnung kann dann im zuletzt genannten Fall maximal eine Spannung auftreten, die dem Durchlaß-Spannungsabfall einer der zuletzt genannten Dioden entspricht

Die Zeichnung stelJr ein bevorzugtes Ausführungsbejspiel schematisch dar.

Jeder Meßstelle einer Vielzahl von Meßstellen ist jeweils ein Meßwertumformer M zugeordnet Der Meßwertumformer M formt den Meßwert in einen elektrischen Strom um, der dem Meßwert starr proportional ist Dementsprechend wird der Meßwertumformer auch als Stromgenerator bezeichnet Jeder Meßstrom wird jeweils über eine Verbindungsleitung L und einen ohmschen Widerstand R\ zur Bezugspotentialleitung O bzw. nach Masse oder Erde geleitet Der Spannungsabfall am Widerstand R\ wird über einen Widerstand Ri einem von mehreren Eingängen £ einer elektronischen Schalteranordnung S (auch Multiplex schaltung genannt) zugeführt deren Schaltkreise als integrierte Schaltung ausgebildet sind und zyklisch die Eingänge E über einen Spannung/Strom-Umformer mit einem Ausgang A verbinden, an den eine Übertragungsleitung Tangeschlossen ist Diese führt ?u einer ent^rni angeordneten, nicht dargestellten En.pfangsstelle, bei der die übertragenen Meßwerte wieder im Takt der Umschaltung der Schalteranordnung 5 auf getrennte Auswertestellen verteilt werden, die jeweils eine·· der Meßstellen zugeordnet sind. Die Umformung der Meßstr&iiie in entsprechende Spannungen an den Widerständen R, ist bedingt durch die Schalteranordnung S, die nur Spannungen durchschalten kann.

Die Stromversorgung der Meßwertumformer M erfolgt über eine Leitung / aus einer Gleichspannungsquelle + U\, die auch die Schalteranordnung speist Um nicht nur positive, die Meßwerte darstellende Signale, sondern auch negative Synchronisierungsimpulse über die Leitung T, vorzugsweise eine Telefonleitung, übertragen zu können, ist eine Gleichspannungsquelle mit einer gegenüber Bezugspotential negativen Spannung - U\ vorgesehen, die nach jeder Übertragung eines Meßwertes mit der Leitung Tverbunden wird.

Um zu vermeiden, daß ein Kurzscnluß eines Meßwertumformers Mzwischen der Leitung /und einer Leitung L zu einer Überlastung der Gleichspannungsquelle + LJ\ und/oder der Schalteranordnung 5 führt, letzteres aufgrund eines zu hohen Spannungsabfalls am betreffenden Widerstand R₁, und um die Widerstände R\ und Meßwertumformer zu schützen, ist eine Überwachungsschaltung vorgesehen, die Dioden Du Eh, Widerstände R₁-R^, Transistoren Γι—Tj und eine Zener-Diode Z aufweist. Die Dioden D\ liegen in Sperrichtung gepolt zwischen je einem Eingang E der Schalteranordnung 5 und einer Gleichspannungsquelle + Vi. wobei sie mit dem Widerstand Ra gemeinsam in Reihe liegen. Die Dioden Eh liegen jeweils zwischen einem der Eingänge £funu der Bezugspotentialleitung O (f/assc). Am Verbindungspunkt P zwischen den Kathoden der Dioden D\ und dem Widerstand Ra ist die Kathode der Zenei-Diode Z angeschlossen, die über den Widerstand Rj an Masse liegt. Zwischen der Z-Diode Z und dem Widerstand /?3 ist die Basis des Transistors 7Ί angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor direkt mit der Basis des Transistors T₂ und über den Widerstand R₅ mit der Gleichspannungsquelle +U\ Verbunden ist. Die 'transistoren T₂ und Ti bilden eine Ausgangsstufe in Darlington-Schaltung, wobei der zweite Transistor T3, der vom ersten Traisistor T₂ gesteuert wird, in der Stromversorgungsleitung /liegt.

Die Widerstände R3 und Ra und die Zener-Diode Z bilden mit dem Transistor Ti eine Schwellwertstufe mit

dem Verbindungspunkt P als Eingang und sind so bemessen, daß im Norrnalbetrieb die Dioden D\ gesperrt, dagegen die Zener-Diode Zund der Transistor 7*i nahezu gesperrt und mithin die Transistoren Ti und Ts leitend sind.

Wenn ein Kurzschlußstrom zwischen einer Leitung L und der Leitung /auftritt, steigt der Spannungsabfall am betreffenden Widerstand R\ und damit das Potential dieser Leitung L so weit an, daß es das Kathodenpotential der Zener-Diode Z überschreitet. Dann wird die betreffende Diode A leitend, während die Zener-Diode Z, weil der Widerstandswert von Ri sehr viel kleiner als der von R+ ist, und der Transistor Ti stärker leitend werden. Entsprechend wird die Darlington-Schaltung Ti, Ti weniger leitend und der Kurzschlußstrom begrenzt Der Gfeftzstrofnwert wird durch den Regler T\, Ti, T₃ so lange aufrechterhalten, bis der Kurzschluß beseitigt oder verschwunden ist. Der Stromgrenzwert ist daher so gewählt, daß die Widerstände R\ bei diesem Grenzstrom nicht überlastet werden und die am Eingang £ zulässige Spannung nicht überschritten wird. Tritt dagegen ein Kurzschluß zwischen — U\ und einer Leitung L auf, dann fließt ein Strom über die betreffende Diode D₂ und den betreffenden Widerstand Ri, so daß am betreffenden Eingang E nur der geringe pufchlaß-Spannühgsäbfall der Diode D₂ anliegt. Der Widerstand Ri bewirkt darüber hinaus eine Begrenzung dieses Stroms^

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Übertragen der Meßwerte mehrerer Meßstellen auf eine gemeinsame Übertragungsleitung über je einer Meßstelle zugeordnete, aus einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle gespeiste Meßwertumformer, die den Meßwert in einen Meßstrom umformen, und über eine elektronische Schalteranordnung, wobei je ein Eingang der Schalteranordnung über eine Leitung mit je einem Meßwertumformer verbunden ist und zyklisch diese Eingänge mit der gemeinsamen Übertragungsleitung verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die in den von den Meßwertumformern (M) zur Schalteranordnung (S) führenden Verbindungsleitungen (L) fließenden Meßströme in einer Eingangsschaltung (Ru R2) der Schalteranordnung (S) je in eine Meßspannung umformbar :nd die Meßspannungen den Eingängen (E) der Schalteranordnung (S) zur Übertragung zuführbar sind und daß an die Eingangsschaltung (R\, R2) ein in der gemeinsamen Stromversorgungsleitung (I) liegender Strombegrenzer (D₁, R3—R5, Z, T\ — 73) angeschlossen ist, der anspricht, wenn eine Meßspannung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer eingangsseitig eine Schwellwertstufe (Ri, Ra, Z, 7"1) aufweist, deren Eingang (P) über je eine bei den Grenzwert überschreitender Meßspannung in Richtung auf diesen Eingang (P) lutende Diode mit je einem Eingang (E) der Schaltanordnung (S) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe eine den Schwellwert bestimmende Zener-Diode (Z) aufweist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzer eine den Versorgungsstrom unmittelbar steuernde Stufe mit Transistoren (Ti, Ti) in Darlington-Schaltung aufweist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (L) je ein Widerstand (Ri) liegt und unmittelbar zwischen jedem Eingang (E) der Schalteranordnung (S) und der Bezugspotential führenden Leitung (O) je eine bei oberhalb des Bezugspotentials liegender Meßspannung gesperrte Diode (D₂) liegt.