DE2715937A1

DE2715937A1 - Anpassungsschaltkreis

Info

Publication number: DE2715937A1
Application number: DE19772715937
Authority: DE
Inventors: Philip W Bur; Glenn Saul
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1977-04-09
Filing date: 1977-04-09
Publication date: 1978-10-19

Description

Die vorliegende Frfindung bezieht sich auf einen Anpassungs-
schaltkreis nach dem Cattungsbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Ausgestaltung einer Schnittstelle zwischen einem entfernt angeordneten geerdeten Geber und einem zentralen Überwachungsinstrument. Pei der industriellen Prozeßsteuerung ist es üblich, einen Prozeßfühler zusamn,en mit seinem Geber in beträchtlicher Entfernung von einer Überwachungszentrale anzuordnen. Es ist ferner üblich, die Filer/Ceberanordnung durch eine in der Uherwachungszentrale angeordnete Spannungsquelle zu speisen. Im allgemeinen erfolgt im llinblick auf die Zuverlässig]eit der Datenübertragung die Verbindung des Gebers mit der zentralen über eine Zweidraht-Übertragungsleitung. Aus verschiedenen Gründen wäre es jedoch vorzuziehen, wenn sowohl die speisende Spannungsquelle als auch der Geber geerdet werden könnten. Da jedoch das Massepotential bei weit voneinander angeordneten Geraten nicht in jedem Fall das gleiche ist, wird durch eine solch einfache Masseverbindung von zwei weit voneinander angeordneten Geräten ein Fehler hinsichtlich der analogen Übertragenen Daten eingeführt.
Die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe besteht demgemäß darin, einen Anpassungsschaltkreis anzugeben, der die Verwendung eines geerdeten Gebers und einer geerdeten Spannungsquelle gestattet, ohne daß die erwähnten Fehler in dem Ubertragungssystem auftreten. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Frfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ist als Anpassungsschaltkreis eine Schnittstelle in der Ubertragungsleitung zwischen einem entfernt angeordneten Geber und einem zentralen t1berwachungsinstrument angeordnet, wobei diese Schnittstelle als Crundelerent einen Operationsverstärker aufweist. Der Fingang des Operationsverstärkers wird aus dem Strom abgeleitet, der durch den entfernt angeordneten Geber gezogen wird. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers dient der Ansteuerung eines StromverstSrkers. Der durch den Verstcirker gesteuerte Strom wird der gleichen Quelle wie der Strom entnommen, der von dem Geber gezogen wird. Auf Grund einer Rückkopplung von dem Stromverstärker auf den jeweils anderen Eingang des Operationsverstärkers stellt der Ausgangsstrom des Verstärkers ein Spiegelbild des von dem Geber gezogenen Stromes dar. Mit einer solchen Anordnung kann sowohl die Spannungsversorgung als auch der entfernt angeordnete Geber geerdet werden, ohne daß ein Verlust an Genauigkeit und Zuverlässigkeit auftritt.
Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden die Erfindung näher erläutert.
Gemäß dieser einzigen Figur ist ein Anschluß des Gebers/Fühlers 2 mit Masse verbunden. Der andere Anschluß des Gebers/ Fühlers 2 ist über eine eigensichere Barriere 4 und einen Reihenwiderstand 6 mit der einen Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 8 verbunden. Im vorliegenden Beispiel erfolgt der Anschluß des Gebers an dem invertierenden Eingang des Verstärkers 8. Eine Spannungsversorgung V+ dient der unmittelbaren Speisung des Verstärkers 8. Der andere Spannungsversorgungsanschluß des Verstärkers 8 ist direkt mit Masse verbunden.
Die Spannungsversorgung V+ ist ferner über eine Diode 10 an eine gemeinsame Leitung 12 angeschlossen. Die Leitung 12 ist über einen Widerstand 14 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 8 verbunden, an welchen auch der Geber/Fühler 2 angeschlossen ist. Die Leitung 12 ist ferner über einen Widerstand 16 mit dem Emitter einer Transistor-Darlingtonstufe 18 verbunden. Die Basis der Darlingtonstufe 18 ist an den Ausgang des Verstärkers 8 angeschlossen. Andererseits ist der Xollektor -der Darlingtonstufe 18 mit dem Eingang des Uberwachungsinstrumentes verbunden und bildet somit den Ausgangsanschluß der Schnittstelle.
Die eigensichere Barriere 4 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und umfaßt eine Reihe von Widerständen 22, 24 und 26 und ein Paar Zenerdioden 28 und 30, die an die gemeinsamen Verhindungspunkte der 1^1iderstände 22 und 24 bzw. 24 und 26 angeschlossen sind. Die Anoden der beiden Zenerdioden 28 und 30 sind gemeinsam an Masse gelegt.
Der gemeinsame Schaltungspunkt von Emitter der Darlingtonstufe 18 und Widerstand 16 ist auf den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 8 zurückgeführt.
Im Eetrieb der Schnittstelle wird der durch den Geber/Fühler 2 gesteuerte Strom der Spannungsversorgungsguelle V+ über die Diode 10 und die Leitung 12, den Widerstand 14, den Widerstand 6 und die Widerstände 22, 24 und 26 der eigensicheren Barriere 4 entnommen. Der gemeinsame Schaltungspunkt der Widerstände 14 und 16 ist in der erwähnten Weise an den invertierenden Eingang des Verstärkers 8 angeschlossen. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 14 bildet somit ein Eingangssignal für den Verstärker 8. Der an die Darlingtonstufe 18 angeschlossene Ausgang des Verstärkers 8 steuert somit seinerseits den Betrag des Stromes, der von der Spannungsversorgungsguelle V+ über die Diode 10 und den Widerstand 16 fließt. Da der gemeinsame Schaltungspunkt von Widerstand 16 und Emitter der Darlingtonstufe 18 an den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 8 angeschlossen ist, wird der Spannungsabfall über dem Widerstand 16 als weiteres Eingangssignal dem Verstärker 8 zugeführt. Da andererseits der Verstärke 8 als Operationsverstärker arbeitet, verursacht der durch den Widerstand 16 fließende gesteuerte Strom einen Spannungsabfall, der dem Spannungsabfall über dem Widerstand 14 entspricht, so daß die Eingangssignale an den beiden Eingängen des Verstärkers 8 einander angeglichen werden. Insofern der von der Darlingtonstufe 18 über den Widerstand 16 gezogene Strom den t.usgangsstrom des Schnittstellenschaltkreises bildet, bildet der von dem Überwachungsinstrument 20 aufgenommene Strom ein Spiegelbild des von dem Geber/Fühler 2 aufgenommenen Stromes. Dies bedeutet, daß der von der Spannungsversorgungsqueile V über die Diode 10 nach dem Geber 2 fließende Strom gleich oder proportional dem Strom ist, der von der Spannungsversorgungsquelle V4- über die Diode 10 nach dem Uberwachungsinstrument 20 fließt. Die beiden Ströme sind in hohem Maße einander gleich, falls die 1Viderstände 14 und 16 gleiche Werte aufweisen, ungeachtet der relativen Bewegung der beiden Massepotentiale.
Durch die Diode 10 wird ferner eine Temperaturkompensation hinsichtlich der thermischen Charakteristik der Darlingtonstufe 18 vorgegeben.
Einer der hauptsächlichen Vorteile der vorstehend beschriebenen Anordnung ist in der Möglichkeit zu sehen, eine Eigensicherheit mittels einer einzigen Barriere 4 zu erzielen. In herkömmlichen Ubertragungsschaltkreisen, bei denen der Geber über eine Zweidraht-Ubertragungsleitung angeschlossen ist und wobei keiner der beiden Drähte der Übertragungsleitung geerdet ist, ist es erforderlich, in jeder der beiden Ubertragungsleitungen eine eigensichere Parriere in Form der Barriere 4 vorzusehen.
L e e rs e i t e

Claims

Anpassungsschaltkreis Patentansprüche: 1. Anpassungsschaltkreis in einer Übertragungsleitung zwischen einem entfernt angeordneten geerdeten Geber und einem zentralen Überwachungsinstrument, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Operationsverstärker (8); Schaltungsmittel (V+,10,14) zur bildung eines ersten Eingangssignales für den Operationsverstärker, welches dem von dem Geber (2) aufgenommenen Strom proportional ist; eine an den Ausgang des Operationsverstarkers angeschlossene Stromsteueranordnung (18); und Schaltungsmittel (V+,10,16) zur Bildung eines zweiten Eingangssignales für den Operationsverstarker, welches dem von der Stromsteueranordnung aufgenommenen Strom proportional ist und wobei das zweite Eingangssignal dem Operationsverstärker im Sinne einer Rückkopplung zugeführt wird, so daß der gesteuerte Strom ein Spiegelbild des von dem Geber aufgenommenen Stromes darstellt.
2. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stromsteueranordnung einen Transistorverstärker (18) umfaßt.
3. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h dj e Anordnung einer eigensicheren Barriere (4) zwischen dem Geber (2) und einem ersten Eingang des Operationsverstärkers (8).
4. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h q e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Eingang des Operationsverstärkers (8) über einen Widerstand (14) und eine Diode (10) an eine Spannungsquelle (V+) angeschlossen ist und daß ein zweiter eingang des Operationsverstärkers (8) über einen Widerstand (16) und die gleiche Diode (10) an die gleiche Spannungsquelle (V+) angeschlossen ist, wobei die durch die widerstände (14, 16) fließenden Ströme den Strömen durch den Geber (2) und das zentrale Instrument (20) entsprechen.
5. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Werte der Widerstände (14,16) einander gleich sind.
6. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Transistorverstärker (18) als Darlington-Stufe ausgebildet ist, wobei der Dasis-Steuereingang an den Ausgang des Operationsverstärkers (8), der gemeinsame Emitter an den Widerstand (16) und der gemeinsame kollektor an das zentrale Überwachungsinstrument (20) angeschlossen ist.
7. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Geber (2), der Operationsverstärker (8) und das zentrale Überwachungs instrument (20) geerdet sind und die eigensicllere Parriere (4) in die einzige Leitung zwischen Geber (2) und Operationsverstärker (8) geschaltet ist.
8. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 7, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine Zenerbarriere (22-30) als eigensichere barriere (4).
9. Anpassungsschaltkreis nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zenerbarriere (4) mit ihrem Signaleingang an den Geber (2), mit ihrem Signalausgang an einen Signaleingang des Operationsverstärkers (8) und mit ihrem Bezugspotentialausgang an den geerdeten Spannungsversorgungsanschluß des Operationsverstärkers angeschlossen ist.