DE2744870A1

DE2744870A1 - Fernueberwachungsanordnung

Info

Publication number: DE2744870A1
Application number: DE19772744870
Authority: DE
Inventors: Robert Rudolph Harms; Anthony Griffith Linowiecki; John Dean Lydick; James Russel Mcgibbeny
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-04-06
Also published as: FR2367272B1; FR2367272A1; CA1096953A; JPS5944680B2; NL7710890A; JPS5345550A; GB1589546A; GB1589545A; US4178579A

Description

- 9 Patentanwälte ? 7 A A 8 7 Ü

OpI -Ing Dipl -Chem Opt -Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerslrasse 19

8 München 60

Unser Zeichen; T 2283 29. September 1977

TRW INC.

One Space Park Redondo Beach. California 90278 / V.St.A, Fernüberwachungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des elektrischen Messens und Steuerns und insbesondere auf eine Anordnung, mit deren Hilfe physikalische Parameter einer an einem entfernten Ort angebrachten Wechselstromgespeisten Anlage abgetastet und die Betriebsfunktionen dieser Anlage gesteuert werden können.

Es sind zahlreiche industrielle Anlagen in Betrieb, in denen ein wechselstromgespeistes Motor- und Pumpenaggregat oder eine andere wechselstromgespeiste Vorrichtung an einem entfernten Ort betrieben wird, der nur mit Schwierigkeiten unter Aufwendung von Kosten und/oder Komplikationen oder überhaupt nicht zugänglich ist. Ein Beispiel einer solchen Anlage ist das Motor- und Pumpenaggregat eines Unterwasser-Pumpsystems, das

0O98U/O984

- ¹⁰ - 27U87Ü

nahe des Bodens eines tiefen Bohrlochs in der Erde betrieben wird. In einer solchen Anlage ist es häufig erforderlich, gewisse physikalische Parameter in dem Bohrloch, insbesondere die Temperatur und den Druck im Bohrloch,zu überwachen. Außerdem besteht die Notwendigkeit, bei solchen Anlagen gewisse Betriebsfunktionen fernzusteuern, beispielsweise das Strömen eines Strömungsmittels durch ein in den Bohrloch befindliches Magnetventil.

In einigen bekannten Sys temen sind in den im Bohrloch befindlichen Teil der Anlage Fühler eingebaut, die über Meß- und Steuerleitungen elektrisch mit einer an der Oberfläche befindlichen Anzeige- und Aufzeichnungsausrüstung verbunden sind, wobei die Meß- und Steuerleitungen von den Kabeln getrennt sind, die dem im Bohrloch befindlichen Wechselstrommotor Energie zuführen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß solche getrennte Meß- und Steuerleitungen unzuverlässig sind; sie können leicht zerreissen und beschädigt werden, was insbesondere beim Pumpen in einem Bohrloch gilt. Zur Überwindung dieses Problems wird bei einigen bekannten Systemen zur übertragung von Meß- und Steuersignalen zwischen der an der Oberfläche befindlichen Ausrüstung und dem Bohrloch oder an einem entfernten Ort angebrachten Fühlern (oder Steuergeräten) das zur Energieübertragung benutzte Kabel verwendet. Bei dieser Möglichkeit wird das Problem der empfindlichen Meßleitungen ausgeräumt,

• 098U/09&4

27U87Ü

da das Energieversorgungskabel typischerweise robust und zuverlässig ist. Beispiele solcher bekannter Systeme sind in den USA-Patentschriften 3 28*» 669 und 3 3*»0 500 beschrieben. Bekannte Systeme, bei denen das Energieversorgungskabel zur übertragung von Meß- und Steuersignalen benutzt wird, haben Jedoch einen wesentlichen Nachteil, der auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß das Meßgerät ständig mit dem Energieversorgungskabel verbunden ist. Dieser Nachteil ergibt sich in denjenigen Anwendungsfällen, bei denen es notwendig ist,das mit Wechselstrom arbeitende Gerät, beispielsweise den im Bohrloch befindlichen Motor, und das Energieversorgungskabel bei hohen Spannungswerten zu testen. In einer Unterwasser-Pumpanlage können die Testspannungen Gleichspannungswerte bis zu 2500 V oder Wechselspannungen mit diesem Effektivwert sein. Bei dieser Anwendung verhindert die ständige Verbindung der im Bohrloch befindlichen Meß- und Steuerausrüstung mit dem Energieversorgungskabel die Durchführung solcher Hochspannungstests, da entweder die Fühler der Meß- und Steuerausrüstung die hohen Spannungen nicht aushalten können oder die darin befindlichen Fühlerschaltungen eine niederohmige Verbindung nach Masse aufweisen, so daß dadurch die Durchführung aussagekräftiger Tests des Motors und des Energieversorgungskabels ausgeschlossen werden.

Mit Hilfe der Erfindung werden die angegebenen Einschränkungen der bekannten Systeme überwunden, indem eine ferngesteuerte Schaltvorrichtung vorgesehen wird, mit deren Hilfe die im Bohrloch befindliche Meß- und Steuer-

0Q98U/O984

- 12 - 27AA87Ü

ausrüstung (also die am entfernten Ort liegende Ausrüstung) an das Energieversorguigskabel und den im Bohrloch befindlichen Motor oder eine andere mit Wechselstrom arbeitende Vorrichtung (am entfernten Ort) angeschlossen oder davon getrennt werden kann. Auf Grund der Erfindung ergibt sich somit der Vorteil, daß Meß- und Steuersignale über das Energieversorgungskabel übertragen werden können, während gleichzeitig die Durchführung von Hochspannungstests des Motors und des Kabels nicht ausgeschlossen wird. Außerdem kann nach der Erfindung die gleiche Schaltvorrichtung dazu verwendet werden, zwischen mehreren Fühler- und Steuerschaltungen innerhalb der am entfernten Ort angebrachten Meß- und Steuerausrüstung umzuschalten.

Fühlerschaltungen für einen Einsatz im Bohrloch, die über ein Energieversorgungskabel mit Geräten an der Oberfläche verbunden sind, sind zwar bekannt, doch sind bisher in keinem System die Fühler- und Steuerschaltungen erfolgreich mit den Schaltvorrichtungen kombiniert worden, wie es gemäß der Erfindung angegeben wird. Außerdem sind auch die hier beschriebenen speziellen Fühler- und Steuerschaltungen und die speziellen Schaltvorrichtungen aus dem Stand der Technik nicht bekannt.Insbesondere wird hier die Vereinigung von besonders vorteilhaften Halte- und Abwurf-Schaltungen zur Steuerung und Betätigung der Schaltvorrichtungen mit einer FUhlerschaltung angegeben, die durch eine Diodenanordnung einen FUhlerlesestrom durch einen Stromkreis leitet, der den Fühler zuerst in einem Bezugsbetrieb umgeht und die diesen Strom dann durch eine Umkehrung seiner Richtung in einem Meßbetrieb durch den

8098U/Q984

27U87Ü

Fühler leitet. Da es sich bei den verwendeten Fühlern um solche Fühler handelt, die als Reaktion auf einen interessierenden Parameter ihren Widerstandswert ändern, werden mittels der genannten Fühlerschaltung Meßfehler eliminiert, die auf Grund von Änderungen oder Abweichungen der Widerstände oder Impedanzen der verschiedenen Schaltungselemente, des Kabels oder anderer leitender Einrichtungen im AnzeigeStromkreis auftreten können. Dies ist deshalb der Fall, weil beim erfindungsgemäßen System keine absolute Nessung eines Fühlerwiderstandes, sondern eine Messung der Differenz zwischen dem Widerstand des gesamten Anzeigestromkreises mit Fühler und ohne Fühler durchgeführt wird.

Der Stand der Technik zeigt zwar bereits in einem Bohrloch einsetzbare Schaltvorrichtungen wie die Gleichrichterbrücke und das Relais gemäß der USA-Patentschrift 2 915 697, doch geht daraus die besondere Vereinigung der FUhler-Steuei·- und Schaltvorrichtungen, wie sie hier beschrieben wird, nicht hervor.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat außerdem den Vorteil, daß sie mit Motoren jeder Leistung und Betriebsspannung elektrisch gekoppelt werden kann. Beispielsweise kann die zu beschreibende Anordnung ohne Änderung bei Motoren mit Betriebsspannungen von AOO bis 3300 V (Wechselspannung) und mit strömen im Bereich von 50 bis 150 A pro Phase eingesetzt werden.

80981 A/0984

27U87Ü

Die Erfindung ist in industriellen oder anderen Anlagen von Nutzen, in denen (I) ein mit Wechselstrom betriebenes Gerät an einem entfernten Ort angebracht ist, (II) gewisse interessierende Parameter, wie Temperatur und Druck an dem entfernten Ort überwacht werden sollen und/oder (III) gewisse Betriebsfunktionen an dem entfernten Ort ferngesteuert werden sollen. Mit Hilfe der Erfindung wird die exakte Abtastung solcher interessierender Parameter und die Steuerung verschiedener Funktionen an dem entfernten Ort ermöglicht. Die Abtast- und 3teuerströme (und/oder Spannungen) werden zwischen der Steuer- und Überwachungseinrichtung an Ort und Stelle und der an dem entfernten Ort befindlichen Ausrüstung über das Energieversorgungskabel übertragen, das die Wechselstromenergie zu dem am entfernten Ort befindlichen Wechselstromgerät leitet; elektrisch leitende Meß- und/oder Steuerleitungen zu der am entfernten Ort befindlichen Ausrüstung sind nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, die FUhler- und Steuervorrichtungen, beispielsweise Elektromagnete, in ausgewählter Weise an das mit Wechselstrom gespeiste Gerät anzuschließen oder davon abzutrennen.

Ein Anwendungsgebiet, für das die Erfindung besonders geeignet ist, ist eine in einem Bohrloch einzusetzende, Unterwasser - Pumpanlage, die von einem wechselstromgespeisten Einphasen- oder Dreiphasenmotor angetrieben wird. In einer bevorzugten AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die sich für die Unterwasser-Pumpanlage eignet, werden zwei Fühler atttels eines ersten

8098U/0984

27U87Ü

Schalters in die Verbindung zwischen Masse und dem Sternpunkt der Wicklungen des im Bohrloch befindlichen Dreiphasen-Induktionsmotors eingeschaltet oder von dieser Verbindung abgetrennt. Dieser Sternpunkt ist über das Wechse!stromversorgungskabel mit dem Sternpunkt der Wicklungen einer an der Oberfläche befindlichen Dreiphasen-Energieversorgungsquelle elektrisch verbunden. Der zuletzt genannte Sternpunkt ist seinerseits elektrisch an eine an Ort und stelle befindliche Uberwachungs- und Steuereinrichtung angeschlossen, die zum Teil Konstantstromquellen, Spannungsquellen, Schalt-, Anzeige- und Datenspeichervorrichtungen enthält und die anschließend als die "Steuer- und Anzeigeeinheit¹* bezeichnet wird. Auf diese Weise wird zwischen der Steuer- und Anzeigeeinheit auf der Oberfläche und den im Bohrloch befindlichen Fühlern über das Energieversorgungskabel und eine gemeinsame Nasse, vorzugsweise den Erdboden,eine geschlossene Stromschleife erzeugt.

Die Steuerung des ersten Schalters, mit dessen Hilfe die Fühler an den Sternpunkt der Wicklungen des im Bohrloch befindlichen Motors angeschlossen und davon abgetrennt werden kann, erfolgt mit Hilfe einer Haltespulenschaltung und einer Abwurfspulenschaltung. Der bevorzugte Schalter ist dabei ein Reed-Schalter mit einem Permanentmagnet, dessen Stärke zum Schließen des Schalters zwar nicht ausreicht, der jedoch ausreichend stark ist, den Schalter im geschlossenen Zustand festzuhalten, wenn er einmal geschlossen ist. Zur Bewegung des Schalters in die geschlossene Stellung wird eine Haltespule verwendet, deren Magnetfeld sich zum Magnetfeld des Permanentma-

809814/0984

- 16 - 27U870

gnets addiert. Die Haltespule ist elektrisch mit einem

Stromtransforraator verbunden, dessen Primärwicklung

von einer der Leitungen gebildet ist, über die zu einer der Wicklungen des im Bohrloch befindlichen Motors

Energie übertragen wird. Wenn ein Wechselstrom durch

die Motorwicklungen fließt, dann veranlaßt auf diese

Weise das Feld der Haltespule den ersten Schalter,

sich in seine geschlossene .Stellung zu bewegen, in der er dann bis zum Abwerfen vom Permanentmagnet gehalten wird. In der geschlossenen Stellung sind die Fühler mit dem Sternpunkt der Wicklungen des im Bohrloch befindlichen

Motors verbunden, und der oben beschriebene geschlossene Stromkreis ist vorhanden, so daß die Messung der Parameter

ermöglicht wird, auf die die Fühler ansprechen.

In der Abwurfspulanschaltung einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung ist eine Abwurfspule in Serie mit einer Gleichrichterdiode und einer Zenerdiode geschaltet. Beim Anlegen einer vorbestimmten Spannung aus der an der Oberfläche befindlichen Steuer- und Anzeigeeinheit über das Energieversorgungskabel wird veranlaßt, daß die Zenerdiode leitet, wodurch die Abwurfspule erregt wird.Die Abwurfspule ist um den Permanentmagnet so gewickelt, daß ihr Magnetfeld dem Magnetfeld des Permanentmagnets entgegengesetzt gerichtet ist; wenn die Versorgungsenergie abgeschaltet ist und die Abwurfspule erregt ist, dann ist die Feldstärke der Abwurfspule größer als die des Permanentmagnets. Dadurch wird der erste Schalter geöffnet und die Fühler werden von den Wicklungen des im Bohrloch befindlichen Motors abgetrennt.

In weiteren unten zu beschreibenden Ausführungsbeispielen der Erfindung werden andere Schaltungsanordnungen zur

8Q98U/0984

Steuerung des Zustandes des ersten Schalters, d.h. zum Herstellen und zum Unterbrechen der Verbindung der Fühler mit den Wicklungen des im Bohrloch befindlichen Motors angegeben.

In der bevorzugten AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Anordnung werden solche Fühler verwendet, bei denen sich der elektrische Widerstand in bekannter Weise abhängig von dem interessierenden Parameter ändert. Typischerweise liegt in einem brauchbaren Wertbereich eine proportionale Abhängigkeit vor. Die Beziehung zwischen dem interessierenden Parameter und dem Widerstand des Fühlers kann mit Hilfe herkömmlicher Eichvorrichtungen exakt bestimmt werden.

Der Widerstand jedes Fühlers wk*d exakt dadurch gemessen, daß zunächst der Widerstand des gesamten Stromkreises ohne den darin seriell enthaltenen Fühler in einem Bezugsmodus gemessen wird, worauf dann der Widerstand des Stromkreises mit einem darin in Serie enthaltenen Fühler im Meßmodus gemessen wird. Die Widerstandsdifferenz (der Anstieg) des Stromkreises im Meßmodus im Vergleich zum Bezugsmodus ist der Widerstand des Fühlers. Die Widerstandsmessungen werden dadurch ausgeführt, daß ein in der Steuer- und Anzeigeeinheit an der Erdoberfläche erzeugter konstanter Strom in einer ersten Richtung durch den Stromkreis und durch eine Fühlerschaltung mit ersten und zweiten Fühlern geleitet wird. Mit Hilfe von Dioden in der Fühlerschaltung wird der Strom durch einen zweiten Schalter (vorzugsweise einen Reed-Schalter) nach Masse geleitet, wodurch die beiden Fühler umgangen werden. Für den Meß-

8Q98U/0984

modus wird die Richtung des konstanten Stroms umgekehrt, und mit Hilfe von Dioden in der Fühlerschaltung wird der Strom dabei durch einen der Fühler über einen im wesentlichen gleichen Stromweg zurück zur Stromquelle geleitet. Zur Messung des Widerstandes des Stromkreises mit oder ohne Fühler zur Erzielung des Differenzwerts wird eine herkömmliche Meßausrüstung in der Steuer- und Anzeigeeinheit benutzt, und aus der Differenz wird die Größe des interessierenden Parameters bestimmt.

Der zweite Fühler wird dadurch in den Stromkreis eingeschaltet, daß der Zustand des zweiten Schalters mit Hilfe eines zweiten und größeren konstanten Stroms umgeschaltet wird, der in der Steuer- und Anzeigeeinheit erzeugt und unter kurzzeitiger Erhöhung durch Anlegen einer zweiten vorbestimmten Spannung, die ebenfalls in der Steuerlind Anzeigeeinheit erzeugt wird, durch den Stromkreis geleitet. Der zweite konstante Strom und der kurzzeitig durch die zweite vorbestimmte Spannung induzierte Strom fliessen durch eine Spule , die den Zustand des zweiten Schalters steuert. Die zweite vorbestimmte Spannung ist jedoch so gewählt, daß sie zu niedrig für eine Betätigung der Abwurfspulenschaltung ist. In der erfindungsgemäßen Anordnung werden auch elektromechanische Steuervorrichtungen zusätzlich zu den Fühlern für die Betätigung von Geräten, beispielsweise von Steuerventilen und hydraulischen Halteorganen, benutzt.Solche typischerweise von Elektromagneten gebildete Steuervorrichtungen werden in selektiver Weise von den konstanten Strömen erregt, die in der Steuer- und Anzeigeeinheit erzeugt werden und über den oben beschriebenen Stromkreis zwischen dem an derOberfläche

8098M/0984

.19- 27U87Ü

(an Ort und Stelle)befindl±chen Ort und dem im Bohrloch (entfernt liegenden) Ort fliessen. Durch eine Vergrösserung der Polzahl des ersten Schalters kann dieser dazu benutzt werden, eine der Steuervorrichtungen oder eine FUhlerschaltung an die Wicklungen des im Bohrloch befindlichen Motors und somit an den Stromkreis anzuschliessen.

Mit Hilfe der Erfindung soll somit eine Meßanordnung geschaffen werden, die Über Energieversorgungskabel mit in einem Bohrloch befindlichen Fühlern in Verbindung steht und wenigstens zwei Informationskanäle bildet, so daß beispielsweise eine Temperatur und ein Druck abgetastet werden können.

Außerdem soll mit Hilfe der Erfindung eine Meßanordnung geschaffen werden, die in einem weiten Temperatur- und Druckbereich exakt arbeiten kann und keine Abnahme der Zuverlässigkeit des Energieversorgungskabels, des Motors, des Pumpsystems oder dergleichen zeigt.

Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Anordnung soll mit automatischer Bezugswertbildung arbeiten, damit der Einfluß von Änderungen der Eigenschaften, beispielsweise eines Widerstandswerts, von Bauelementen der Anordnung und der Ubertragungsleitungen bei der Einwirkung von unbekannten oder veränderlichen Temperaturen und Drücken eliminiert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll ermöglichen, in selektiver Weise Alternativfunktionen auszuführen, beispielsweise andere Parameter wie einen Druck, eine Temperatur zu

809814/0984

27U87Ü

messen oder elektromechanische Geräte wie Magnetventile und dergleichen zu betätigen.

Mit Hilfe der Erfindung soll ferner eine Meßanordnung geschaffen werden, die bei Motoren mit unterschiedlichen Nennwerten der Leistung, des Stroms und der Spannung eingesetzt werden kann, und bei der die Messungen ohne Arbeiten des Motors oder eines anderen Wechselstromgeräts durchgeführt werden können.

Bei der mit Hilfe der Erfindung zu schaffenden, in einem Bohrloch anwendbaren Meßanordnung soll für eine Ubertragungsverbindung mit einer über dem Erdboden befindlichen Meßausrüstung ein Energieversorgungskabel verwendet werden, wobei eine Hochspannungsprüfung dieses Kabels und des Motors oder des anderen Wechselstromgeräts ohne Nachteilige Beeinflussung der Meßanordnung durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung eines Teils einer mit Dreiphasenwechselstrom betriebenen Unterwasser - Pumpanlage, in die die erfindungsgemäße Anordnung eingebaut ist,

Flg.2 ein schematisches Schaltbild des am entfernt

liegenden Ort (im Bohrloch) befindlichen Abschnitts der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Fühlerschaltung, mit Schaltvorrichtungen zum selektiven Verbinden der Fühlerschaltung mit einem im Bohrloch befindlichen Dreiphasen-Induktionsmotor und mit Halte spulen-«j ml Pb Nor (S fi υ le» Spaltungen, die die

8098U/098A

.21- 27U870

Schaltvorrichtungen betätigen,

Fig.3 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des am entfernten Ort angebrachten Fühlerteils der erfindungsgemäßen Anordnung» bei der die Abwurfspule anstelle der Ausführung von Fig.2 in Serie zur Fühlerschaltung und zu den Schaltvorrichtungen angeschlossen ist,

Fig.4 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des am entfernten Ort angebrachten Fühlerteils der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der zur Steuerung des Zustandes der Schaltvorrichtungen anstelle der Haltespulen- und Abwurfspulenschaltungen von Fig.2 eine Vollweggleichrichter-Brückenschaltung verwendet wird, und

F ig.5 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des am entfernten Ort befindlichen Fühlerteils der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Steuerschaltung und einer Einrichtung zum selektiven Umschalten zwischen der Steuerschaltung ( zur Steuerung gewisser Betriebsfunktionen) und der Fühlerschaltung ( zur Abtastung gewisser interessierender Parameter ) .

Es folgt nun eine Beschreibung einer Meß- und Steueranordnung, die sich insbesondere für (I) eine Fernabtastung interessierender physikalischer Eigenschaften, beispielsweise des Drucks und der Temperatur in einer untertauchbaren Bohrloch- oder Brunnenpumpanlage und/

8Q98U/0984

274A87D

oder (II) für die Fernsteuerung des Zustandes von Schalt- oder anderen Steuervorrichtungen, beispielsweise von Magnetventilen oder Magnethalteorganen, eignet. Wie die nachfolgende Beschreibung zeigt, können die der Erfindung zugrundeliegenden Ideen auch auf zahlreiche andere Gebiete angewendet werden. In der Beschreibung sind gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorzugsweise in einer von einem Elektromotor angetriebenen Unterwasser-Pumpanlage dazu benutzt, gewisse im Bohrloch vorhandene Parameter, beispielsweise Druck- und Temperatur, abzutasten und zu einer vom Meßort entfernt an der Erdoberfläche befindlichen Meßausrüstung zu übertragen.Bei dieser Ausführungsform sind die inBohrloch befindlichen Fühler über das Energieversorgungskabel mit der Meßausrüstung gekoppelt, das einem untertauchbaren Motor- und Pumpenaggregat typischerweise eine dreiphasige Wechselstromenergie zuführt. Der Fachmann kann jedoch erkennen, daß auch eine Anwendung bei einem Unterwasser-Pumpsystem möglich ist, das von einem Elnphasen-Wechselstrommotor oder einem anderen Wechselstromgerät, beispielsweise einem Tauchkolbenrelals, angetrieben ist.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben. Die Unterwasserpumpanlage umfaßt ein Bohrloch 14, ein Gehäuse 20 und eine im Bohrloch 14 angebrachte Rohrleitung 16. Mit dem unteren Ende der Rohrleitung 16 ist ein Unterwasser-Motor- und Pumpenaggregat 18 verbunden. Der Motor ist

• Q98U/0984

.23- 27U87Ü

symbolisch durch in Sternschaltung verbundene Dreiphasen-Wechselstromwicklungen 30 dargestellt, die einen nicht an Nasse liegenden Sternpunkt 31 aufweisen; die Pumpe ist nicht dargestellt. Eine Fühlerbaugruppe 22 ist elektrisch mit dem Sternpunkt 31 derMotorwicklungen über einen elektrischen Leiter 35 verbunden; ferner ist sie an die Sekundärwicklung eines Stromtransformators angeschlossen, der einen der von den Motorwicklungen gebildeten Dreiphasenstromkreise als eine von einer Windung gebildete Primärwicklung benutzt. Das Gehäuse der Fühlerbaugruppe 22 ist mechanisch mit denGehäuse des Motor- und Pumpenaggregats 18 verbunden; beide Gehäuse sind am Erdbodmbefestigt. Mit dem Erdboden sind auch die Rohrleitung 16 und das Gehäuse 20 verbunden.

Auf der Erdoberfläche befindet sich eine Energieversorgungsquelle 10» die als Gruppe aus Dreiphasen-Wechselstromwicklungen in Sternschaltung mit einem nicht an Masse liegenden Sternpunkt 11 dargestellt 1st. Ein Sternpunkt kann auch mit einer Gruppe aus DitLphasenwicklungen in Dreieckschaltung erhalten werden, indem zur Erzielung eines künstlichen.Sternpunkts eine in der Technik bekannte Dreiphasenspule benutzt wird. Auf der Erdoberfläche ist auch eine noch genauer zu beschreibende Steuer- und Anzeigeeinheit 25 angebracht. Die Steuer- und Anzeigeeinheit ist mit dem Sternpunkt 11 der Wicklungen der Energiequelle 10 Über einen elektrischen Leiter 23 verbunden. Der Massepol der Schaltung und das Gehäuse der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 sind elektrisch mit dem Erdboden verbunden.

Die Enrgie aus der Energievereorgungsquelle 10 wird über ein Versorgungskabel 12, das sich durch das Bohrloch

80981A/0984

nach unten erstreckt, zu den im Bohrloch befindlichen Motorwicklungen 30 übertragen. Die im Bohrloch befindliche Fühlerbaugruppe 22 ist daher mit der an der Erdoberfläche befindlichen Steuer- und Anzeigeeinheit über einen Stromkreis aus der Leitung 35, den Motorwicklungen 30, dem Versorgungskabel 12, den Wicklungen der Energieversorgungsquelle 10, der Leitung 23 und Masse (Erdboden) verbunden.

Unter Bezugnahme auf Fig.2 wird nun der Schaltungsaufbau der Fühlerbaugruppe 22 beschrieben. Die Fühlerbaugruppe enthält drei , chaltungen: (1) eine Haltespulenschaltung; (II) eine Abwurfspulenschaltung; (III) eine Fühlerschaltung. Die unten noch genauer zu beschreibende Fühlerschaltung ist über die Leitung 35 und eine in Serie geschaltete Sicherung 47, einen Schalter 53 und ein LC-Filter aus einer Spule 54 und einem Kondensator 67 mit dem Sternpunkt 31 der im Bohrloch befindlichen Motorwicklungen 30 verbunden. Wie in Fig.2 dargestellt ist, ist die Spule 54 mit dem Schalter 53 und der Sicherung 57 in Serie geschaltet, während ein Belag des Kondensators 67 (über das Gehäuse der Fühlerbaugruppe 22) an Masse liegt. Die Sicherung 47 wird verwendet, damit sichergestellt wird, daß der Betrieb und die Leistungsfähigkeit des Motor- und Pumpenaggregats 18 unabhängig von der Anwesenheit der Fühlerbaugruppe 22 sind. Falls also beispielsweise in der Fühlerbaugruppe 22 ein Fehler, beispielsweise ein Kurzschluß, auftreten sollte, dann würde der momentan auftretende hohe Stromstoß durch die Motorwicklungen das Unterbrechen der Sicherung 47 und das Abtrennen der Fühlerbaugruppe 22 von den Wicklungen 30 bewirken. Außerdem wird die Sicherung 47 dazu benutzt, die Motor-

809814/0984

-25- 27U87Ü

wicklungen 30 gegen einen Ausfall oder eine Fehlfunktion zu schützen, falls ein Punkt innerhalb der Wicklungen oder längs der Leiter des Kabels 12 in eine Masseverbindung mit der Rohrleitung 16 kommt, die eine Phase der Wicklungen vollständig oder zum Teil kurzschließen würde. Da die Motorwicklungen 30 nicht an Masse liegen, könnte Jede der drei Phasen über einen Kabelkurzschluß oder einen anderen Kurzschluß mit Masse in Verbindung kommen, ohne daß das Dreiphasenverhalten des Motors wesentlich beeinträchtigt wird, wenn die Fühlerbaugruppe 22 nicht elektrisch mit dem Sternpunkt 31 der Motorwicklungen verbunden wäre. Auf Grund dieser Verbindung erzeugt die Fühlerbaugruppe 22 Jedoch einen zusätzlichen Weg nach Masse, der die Möglichkeit für einen Motorausfall oder eine Fehlfunktion ergibt. Das öffnen der Sicherung 47 trennt die Fühlerbaugruppe 22, so daß die Möglichkeit des Ausfalls oder der Fehlfunktion unter den zuvor geschilderten Umständen beseitigt wird.

Wie oben angegeben wurde, ist die elektrische Leitung über die Sicherung 47 mit dem Schalter 53 verbunden, der ein einpoliger Schalter mit Arbeitskontakt für eine hohe Durchbruchspannung ist. Der Schalter 53 ist vorzugsweise von einem Reed-Schalter gebildet, da Reed-Schalter die Fähigkeit haben, mit brauchbarer Zuverlässigkeit in den ungünstigen Umgebungsbedingungen des Pump-Betriebs im Bohrloch zu arbeiten. Für den Fachmann ist zu erkennen, daß die Erfindung nicht auf die Verwendung von Reed-Schaltern beschränkt ist, sondern daß auch andere Schalter oder Schaltvorrichtungen ausgewählt werden könnten.

80981 A/0984

27U87Ü

Der Schalter 53 ist in der Fühlerbaugruppe 22 enthalten, damit die Fühlerschaltung von den Motorwicklungen 30 mittels einer in der Fteuer- und Anzeigeeinheit 25 gemäß der nachfolgenden Beschreibung erzeugten Spannung abgetrennt werden kann. Der Zweck dieses Abtrennens besteht darin, eine überprüfung des Motors und des Kabels 12 mittels einer hohen Wechselspannung oder einer hohen Gleichspannung zu ermöglichen, ohne daß das Risiko der Beschädigung der Fühlerschaltung besteht. Eine solche Hochspannungsprüfung von Motoren für den Einsatz in einem Bohrloch und ihrer Energieversorgungskabel wird in der Industrie allgemein durchgeführt. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Haltespulenschaltung und der Abwurfspulenschaltung, die zusammen mit dem Schalter 53 benutzt werden, wird nun erläutert.

Der Reed-Schalter 53 wird vom Magnetfeld eines in ihm enthaltenen Permanentmagnets 19 beeinflußt, dessen Stärke nicht ausreicht, ihn in die geschlossene Stellung zu bringen; seine Stärke reicht jedoch aus, ihn geschlossen zu halten, wenn er einmal geschlossen ist. Zum Öffnen und Schließen des Schalters 53 werden eine Haltespule 52 und eine Abwurfspule 58 benutzt, die mit entgegengesetzten Polaritäten um den Magnet 19 angeordnet sind.

Die Haltespulenschaltung empfängt Energie aus der Sekundärwicklung eines Stromtransformators 33» der als eine von einer Windung gebildete Primärwicklung einen der drei Phasenstromkreise der Motorwicklungen 30 ausnutzt. Der Magnetkern dieses Transformators ist so ausgelegt, daß er bei niedrigen Motorströmen leicht gesättigt werden kann. Dadurch wird die Größe dieses Stromtransformators auf ein Minimum verringert,

8093U/0984

uns es ergibt sich eine Energiebegrenzung seines Ausgangssignals. Da dieser Stromtransformator leicht in die Sättigung Übergeht, kann er außerdem mit zahlreichen verschiedenen Motoren benutzt werden, d.h. mit Motoren mit großen Leistungen und mit kleinen Leistungen. Eine Serienschaltung aus einem Widerstand 48 und einer Diode 49 ist parallel zur Sekundärwicklung des Transformators 33 geschaltet. Außerdem liegt parallel zur Sekundärwicklung des Transformators 33 eine Serienschaltung aus einer Diode 50 und der Haltespule 52, wobei dazu wieder der Widerstand 48 und die Diode 49 parallelgeschaltet sind. Wenn den Motorwicklungen 30 aus der Energiequelle 10 ein Dreiphasenwechselstrom zugeführt wird, dann fließt durch Jede Wicklung und somit auch durch den Stromkreis ein Strom, der als Primärwicklung für den rtromtransformator 33 dient. Als Folge davon wird an der Sekundärwicklung des Transformators 33 eine Wechselspannung erzeugt. Die Diode 50 läßt durch die Haltespule 52 einen Strom nur in einer Richtung fließen. Diese Richtung ist so gewählt, daß der Strom durch die Haltespule 52 ein Magnetfeld erzeugt, das das Magnetfeld des Permanentmagnets so vergrößert, daß es zum Schließen des Reed-Schalters 53 ausreicht. Wie zuvor angegeben wurde, hält der Permanentmagnet 19 ohne Hilfe des Magnetfelds der Haltespule 52 den Reedsehalter in der geschlossenen Stellung, wenn er diese ^teilung einmal erreicht hat. Die Diode 49 und der Widerstand 48 werden dazu verwendet , das Anlegen einer großen Spannung in der Sperrichtung an die Diode 50 zu verhindern. Der Widerstand 48 wird dazu verwendet, den

8098H/0984

27U87Ü

Strom durch die Diode 59 zu begrenzen. Sobald aus der Energieversorgungsquelle über das Kabel 12 eine Wechselstromenergie zum Motor- und Pumpenaggregat 18 übertragen wird, wird der Schalter 53 von der Haltespule 52 in die geschlossene Stellung geschaltet, so daß die Fühlerschaltung der Fühlerbaugruppe mit dem Sternpunkt 31 der Motorwicklungen 30 verbunden wird, bis die Abwurfspulenschaltung aktiviert wird, wie noch erläutert wird. In der geschlossenen Stellung des Schalters 53 ist die Fühlerschaltung elektrisch mit demSternpunkt 31 der Motorwicklungen 30 über das von der Spule 5^ und vom Kondensator 67 gebildete LC-Filter verbunden. Der Zweck dieses Filters besteht darin, den Ver&orgungswechselstrom hinsichtlich Störungen zu filtern, die vom Motor des Motor- und Pumpenaggregats 18 erzeugt werden.

Nun wird die Abwurfspulenschaltung beschrieben. Diese Schaltung enthält in Serie geschaltet eine Kombination aus (I) einer Zenerdiode 55, deren Katode mit dem Eingang 73 der Fühlerschaltung der FUhlerbaugruppe verbunden ist (II) einer Diode 56, die mit der Anode der Zenerdiode 55 so verbunden ist, daß Strom in der Durchbruchrichtung der Zenerdiode geleitet wird, und (III) der Abwurfspule 58, die zwischen der Diode 56 und Masse liegt. Zum Abtrennen der FUhlerbaugruppe von den Motorwicklungen 30 wird zunächst der den Motorwicklungen 30 zugeführte Versorgungswechselstrom abgeschaltet. Anschliessend wird an das Energieversorgungskabel 12 von der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 über eine Leitung 23 eine Spannung -Vg angelegt, die zur Folge

809814/0984

27A487Ü

hat, daß am Punkt 73 ein negatives Potential auftritt, dessen Größe ausreicht, die Zenerdiode 55 in den leitenden Zustand zu versetzen. Der resultierende Strom, der durch die Diode 56 und die Abwurfspule 58 fließt, erzeugt in der Spule 58 ein dem Magnetfeld des Permanentmagnets 19 entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld, dessen Stärke ausreicht, den Reed-Schalter 53 abzuwerfen, so daß die Fühlerschaltung von den Motorwicklungen 30 abgetrennt wird. Die im Kondensator 67 gespeicherte Energie erzeugt einen Fortsetzungsstrom durch die Abwurfspule 58 nach dem öffnen des Reed-Schalters 53; die Spannung -Vp wird dann vom Punkt 73 abgetrennt, so daß ein Kontaktprellen im Reed-Schalter verhindert wird. Es sei bemerkt, daß die durch die Betätigung der Haltespule 52 an der Abwurfspule 58 induzierte Spannung entweder von der Diode 56 oder der Zenerdiode 55 vom Eingang 73 der Fühlerschaltung abgehalten wird.

Es folgt nun die Beschreibung der Fühlerbaugruppe 22, In der in Fig.2 dargestellten AusfUhrungsform enthält die Fühlerschaltung zwei Fühler 69 und 70, die symbolisch als veränderliche Widerstände dargestellt sind. Die Fühler 69 und 70 sind solche Fühler, deren elektrischer Widerstand sich in einer bekannten Abhängigkeit von einem Interessierenden physikalischen Parameter, beispielsweise der Temperatur oder des Drucks, ändert. Solche Fühler sind bekannt und im Handel erhältlich. Mit Hilfe eines Umschalters 68 kann ausgewählt werden, welcher der Fühler oder 70 aktiviert werden soll, d.h. welcher Parameter gemessen werden soll. Wie beim Schalter 53 wird auch für den Fühlerwählschalter 68 ein Reed-Schalter verwendet, doch ist

809814/0984

27U87Ü

die Erfindung nicht auf die Verwendung eines solchen Reed-Schalters beschränkt.

Ein Anschluß Jedes Fühlers und der gemeinsame Anschluß des Umschalters 68 sind mit Cchaltungsmasse verbunden, die gleich dem Erdmasseanschluß ist. Der zweite Anschluß des Fühlers 69, ein Anschluß des Umschalters 68 und die Anode einer Diode 64 sind mit einem Schaltungspunkt 71 verbunden. Ebenso sind der zweite Anschluß des Fühlers 70, die Katode einer Diode 65 und ein zweiter Anschluß des Umschalters 68 mit einem Schaltungspunkt 72 verbunden. Zwischen der Katode der Diode 64 und der Anode der Diode 65 liegt eine Betätigungsspule 59 des Umschalters 68. Außerdem ist eine weitere Diode 63 in Durchlaßrichtung zwischen die Katode der Diode 64 und einer Seite der Betätigungsspule 59 einerseits und den Eingangsschaltungspunkt 73 der Fühlerschaltung andrerseits eingefügt. Eine zweite Diode 62 ist in Durchlaßrichtung zwischen den Eingangsschaltungspunkt 73 und den Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode 65 und der anderen Seite der Spule 59 eingefügt.

Ehe nun die Wirkungsweise der Fühlerschaltung der Fühlerbaugruppe 22 beschrieben wird, müssen zunächst die Ausgangsströme und die Ausgangsspannungen der an der Erdoberfläche befindlichen Steuer- und Anzeigeeinheit 25 beschrieben werden. Die Steuer- und Anzeigeeinheit 25 enthält

(I) eine herkömmliche Gleichstromquelle 27, die konstante Ströme zum Messen des Widerstandes des gesamten Stromkreises aus der elektrischen Leitung 23, den Wicklungen

8098U/0984

. 31 - 27U870

der Energieversorgungsquelle 10, dem Energieversorgungskabel 12, den Motorwicklungen 30 im Bohrloch, der elektrischen Leitung 35» der Sicherung 47, dem Schalter 53» dem LC-Filter und der Fühlerschaltung der Fühlerbaugruppe 22 mit und ohne einen der Fühler 69 oder 70 liefert;

(II) zwei herkömmliche Gleichspannungsquellen 29 und 28, die kurzzeitig Gleichspannungen zum Abwerfen des Schalters 53 und zum selektiven Umschalten des gemeinsamen Anschlusses des Umschalters 68 vom Schaltungspunkt 71 zum Schaltungspunkt 72 der Fühlerschaltung liefern;

(III) Lese-, Speicher- und Logikschaltungen 31 zur Steuerung der selektiven Abgabe der oben erwähnten Gleichströme und Gleichspannungen an die elektrische Leitung 23 und zum Lesen und Speichern der gemessenen (abgetasteten Datenwerte).

Der besondere Aufbau der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 ist eine Auslegungesache, die dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereitet. Aus diesem Grund werden hier zwar die Funktionseigenschaften der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 so genau beschrieben, daß ein Fachmann eine geeignete Schaltung aufbauen kann, doch ist keine spezielle Schaltung angegeben, da dies fUr den Fachmann zur Durchführung der Erfindung nicht erforderlich ist.

Die Gleichstromquelle 27 liefert in auswählbarer Weise einen konstanten Strom mit zwei verschiedenen Werten I₁ oder I₂, die in der "+"-Richtung aus der Stromquelle 27

8098U/098A

.32- 27U87Ü

zu der Fühlerschaltung und in der "-"-Richtung von der Fühlerschaltung zu der Stromquelle 27 fliessen. Die Gleichspannungsquelle 28 liefert kurzzeitig eine Gleichspannung V-, die entweder positiv oder negativ ist, und dazu benutzt wird, den Reed-Schalter 68 vom Schaltungspunkt 71 zum Schaltungspunkt 72 umzuschalten, während die Gleichspannungsquelle 29 kurzzeitig eine negative Spannung -V₂ liefert, die dazu benutzt wird, den Reed-Schalter abzuwerfen, damit die Fühlerbaugruppe 22 von den Wicklungen 30 des im Bohrloch befindlichen Motors abgetrennt wird. Die Spannung V₂ ist immer negativ, und aus noch zu erläuternden Gründen ist ihr Wert größer als der Wert der Spannung V^.

Es wird nun die Wirkungsweise der Fühlerschaltung beschrieben. Bei der Messung der Widerstandswerte der Fühler 69 und 70, die sich abhängig von den jeweils interessierenden Parametern ändern, gibt es zwei Betriebsarten. Bei der ersten Betriebsart, die als Referenzmodus bezeichnet wird, wird der Widerstand des gesamten Stromkreises aus der elektrischen Leitung 23, den Wicklungen der Energiarersorgungsquelle 10, dem Energieversorgungskabel 12, den Motorwicklungen 30, der elektrischen Leitung 35, der Sicherung 47, dem Schalter 53, dem LC-Filter, der Fühlerschaltung ohne den Fühler 69 oder 70 und dem Rückweg über die Erdmasse gemessen. Bei dieser Betriebsart legt die Lese-, Speicher-und Logikschaltung der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 zur Erzielung des Bezugsmoduswiderstandes für den Fühler 70 an die Leitung 23 den konstanten Strom +I₁ aus der Quelle 27 an, wobei das Zeichen "+" den herkömmlichen ftrom zur Fühlerbaugruppe

8098U/0984

-33- 27U87Ü

im Bohrloch anzeigt. Am Eingangsschaltungspunkt 73 der Fühlerschaltung wird der Strom von den Dioden 63 und 65 gesperrt, so daß er als Folge davon durch die Diode 62, die Spule 59 des Umschalters 68, die Diode 64 und den Schaltarm des Umschalters 65 nach Erdmasse und dann zurück zur stromquelle 27 fließt. Es sei bemerkt, daß die Größe des durch die Spule 59 fliessenden konstanten Stroms I₁ nicht ausreicht, den Schaltarm des Umschalters 68 aus seiner stabilen Ruheposition zu bewegen. Außerdem sei bemerkt, daß die am Eingangsschaltungspunkt 73 vom konstanten Strom +I₁ erzeugte positive Spannung die Diode 56 in Sperrichtung vorspannt, so daß kein Strom durch die Abwurfspule 58 fließt. In der Lese-, Speicherund Logikschaltung 31 wird der Widerstand des gesamten Stromkreises ohne den Fühler 69 oder den Fühler 70 gemessen und für einen anschliessenden Vergleich mit dem in der als Meßmodus bezeichneten zweiten Betriebsart der hier zu beschreibenden Anordnung gemessenen Widerstand gespeichert. Die Lese-, Speicher und Logikschaltung 31 kann zur Messung des Widerstandes des oben angegebenen Stromkreises ein herkömmliches Voltmeter benutzen, wobei der Widerstand die Spannung der Leitung 23 gegen Erdmasse geteilt durch den konstanten Strom I₁ ist.

Im Meßmodus muß der konstante Strom I₁ im wesentlichen durch den gleichen Stromkreis wie im Referenzmodus mit Ausnahme des in Serie eingefügten Fühlers 70 geleitet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Richtung des konstanten Stroms I₁ so umgekehrt wird, daß er von der Fühlerbaugruppe 22 zur gtromquelle 27 fließt; dieser Strom ist mit -I₁ bezeichnet. Die Umkehr der Richtung des

809814/0984

27U87Q

Stroms I₁ erfolgt mittels herkömmlicher Umschaltvorrichtungen in der Lese-, Speicher- und Logikschaltung 31. Der konstante Strom -I₁ wird von den in Sperrichtung vorgespannten Dioden 64 und 6? daran gehindert, durch die Fühlerschaltung nach oben zu fliessen.Der einzige Stromkreis durch die Fühlerschaltung verläuft daher über den Fühler 70, die Diode 65, die Spule 59_f die Diode 63 und dann durch den Rest des Stromkreises zur Konstantstromquelle 27 in der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 auf der Erdoberfläche. Der Widerstand dieses Stromkreises wird in der Lese-, Speicher-undLogikschaltung 31 für einen Vergleich mit dem im Referenzmodus gemessenen Widerstand gemessen und gespeichert.

Die Differenz der im Referenzmodus und im Meßmodus gemessenen Widerstandswerte, wobei der im Meßmodus gemessene Widerstandswert größer ist, ist im wesentlichen auf den Widerstand des Fühlers 70 zurückzuführen. Dies ist deshalb der Fall, weil der Stromkreis in beiden Betriebsarten gleich ist, mit Ausnahme (I) der Einfügung des Fühlers 70 im Meßmodus und (II) der vernachlässigbaren Unterschiede der Durchlaßwiderstände der gleichen Dioden (der Dioden 62 und 64 im Referenzmodus und der Dioden 63 und 65 im Meßmodus). Der Widerstandswert des Fühlers weist auf Grund einer vorherigen Eichung des Fühlers eine bekannte Beziehung zu dem interessierenden Parameter auf, wobei diese Beziehung typischerweise eine proportionale Beziehung ist. Es sei bemerkt, daß wie im Meßmodus der Wert des Stroms -I₁ nicht ausreicht, die stabile Ruheposition des Umschalters 68 zu ändern. Außerdem sei bemerkt, daß die vom konstanten Strom -I₁ am Eingangsschaltungspunkt 73 erzeugte negative Spannung nicht ausreicht, die Zenersperrspannung zu überwinden, d.h.

8098H/098A

den leitenden Zustand der Zenerdiode zu verursachen; somit fließt im Meßmodus kein Strom durch die Abwurfspule 58.

Ein Vergleich des Widerstandes des Stromkreises gemessen im Referenzmodus und dann im Meßmodus kann mittels einer herkömmlichen Vergleichsschaltung in der Lese-, npeicher- und Logikschaltung 31 durchgeführt werden; die Vergleichsschaltung kann dabei die vom Strom +I₁ erzeugte Bezugsspannung speichern und diesen Spannungswert algebraisch zu der vom Strom -I₁ erzeugten gemessenen negativen Spannung addieren; die Summe steht dabei in einem direkten Zusammenhang mit dem Widerstandswert des Fühlers 70, also mit der Größe des interessierenden Parameters, auf den der Fühler 70 anspricht.

Wie die obige Beschreibung zeigt, ist die Fühlerschaltung im wesentlichen unabhängig von Widerstands- oder Impedanzänderungen des Stromkreises, wobei alle auf solche Änderungen zurückzuführenden Fehler mit Hilfe der Messung im Referenzmodus eliminiert werden, die der Messung des interessierenden Parameters vorangeht.

Zur Messung des vom Fühler 69 abgetasteten interessierenden Parameters muß der Schaltarm des Umschalters 66 zu dem mit dem Schaltungspunkt 72 verbundenen Kontaktpunkt umgeschaltet werden. Diese Umschaltfunktion wird mit Hilfe eines konstanten Stroms-I₂ (der größer als der Strom I₁ ist) und durch kurzzeitiges Anlegen der Spannung -V₁ bewirkt. Mittels herkömmlicher Umschaltanordnungen in der Lese-, Speicher- und Logikschaltung 31 wird der konstante Strom -I₂ in auswählbarer Weise von der Stromquelle 27 an die Leitung 23 und dann zur FUhlerbaugruppe 22 im Bohrloch

809814/0984

27U87Ü

- 3ο -

abgegeben. Der Strom -I₂ fließt zunächst von Masse durch den Fühler 70, die Dioden 65 und 63 zur Spule 59 des Umschalters 68. Die Größe des durch die Spule 59 fliessenden Stroms I ist nicht notwendigerweise so groß, daß

ρ
die Stellungsanderung des Umschalters 68 bewirkt wird. Durch das kurzeeitige Anlegen der Spannung -V₁ an die Leitung 23 (mittels des selektiven Schaltvorgangs in der Lese-, Speicher- und Logikschaltung 31) wird jedoch die Spannung -V₁ über den Stromkreis an den Eingangsschaltungspunkt 73 angelegt, was zur Folge hat,daß der durch die Spule 59 fliessende Strom kurzzeitig über den Wert des Stroms I₂ vergrößert wird. Als Folge des für eine ausreichende Zeitdauer vergrößerten Stroms schaltet der Gehaltarm des Umschalters 68 zu dem mit dem Verbindungspunkt 72 in der Fühlerschaltung verbundenen Schaltkontakt um. Anschliessend reicht die Größe des Stroms -I₂ aus, den Umschalter 68 in dieser Stellung zu halten. Nach Beendigung des Umschaltens fließt der Strom -I₂ von Masse über den Umschalter 68, die Dioden 65 und 63 und die Spule 59 zum Eingangsschaltungspunkt Auf diese Weise wird der Widerstand des gesamten Stromkreises ohne den Fühler 69 im Referenzmodus gemessen und für einen Vergleich mit dem im Meßmodus gemessenen Widerstand des gesamten Stromkreises einschließlich des Fühlers 69 gespeichert, was anschliessand beschrieben wird.

Zur Messung des Widerstandes des Fühlers 69 im Meßmodus muß der konstante Strom I₂ im wesentlichen durch den gleichen Stromkreis wie im Referenzmodus geleitet werden, jedoch ist hierbei der Fühler 69 in Serie eingefügt. Dies wird mittels der Lese-, Speicher- und Logikschaltung 31

8Q98U/0984

27U87Ü

dadurch erzielt,(I) daß in ausgewählter Weise auf den konstanten Strom +I₂ umgeaohaltet wird und (II) daß an die Leitung 23 kurzzeitig die Spannung +V₁ angelegt wird. Das kurzzeitige Anlegen der Spannung V₁ soll gewährleisten, daß der Schaltarm des Umschalters 68 trotz der Änderung des Stroms von -I₂ auf +I₂ mit dem Schaltungspunkt 72 verbunden wird. Das Anlegen des konstanten Stroms +I₂ an den Eingangsschaltungspunkt 73 hat zur Folge, daß der Stromkreis über den Eingangsschaltungspunkt 73, durch die Dioden 62 und 63, die Spule 59 und den Fühler 69 verläuft, da die Dioden 63 und 65 in Sperrichtung vorgespannt sind. Es sei bemerkt, daß weder im Referenzmodus, d.h. bei einer kurzzeitigen Vergrößerung des Stroms -I₂ auf Grund der Spannung -V₁, noch im Meßmodus, d.h. bei einer kurzzeitigen Vergrößerung des Stroms +I₂ auf Grund der Spannung +V₁ die Spannungen am Eingangsschaltungspunkt 73 ausreichen, das Fließen eines Stroms durch die Zenerdiode 55 und die Diode 56 zu Λ/erursachen.

Wie zuvor für den Fühler 70 beschrieben wurde, wird der Widerstandswert des Fühlers 69 dadurch erhalten, daß der im Referenzmodus gemessene Widerstandswert algebraisch zu dem im Neßmodus gemessenen Widerstandswert addiert wird.

Zur Durchführung einer weiteren Messung des Widerstandes des Fühlers 70 muß der Schaltarm des Umschalters 68 zu dem Kontakt zurückgeschaltet werden, der mit dem Schaltungspunkt 61 der Fühlerschaltung verbunden ist.

Dies erfolgt durch ein ausgewähltes Anschalten des konstanten Stroms +I₁ aus der rtromquelle 27 an die Leitung 23 mittels

8098U/0984

der Lese-, Speicher- und Logikschaltung 31 und durch Wiederholen des zuvor beschriebenen Vorgangs. Da der Strom I₁ nicht ausreicht, den Schaltarm des Umschalters 68 in der Stellung zu halten, in der er mit dem Schaltungspunkt 72 verbunden ist, erfolgt eine automatische Umschaltung zurück zum Schaltungspunkt 71.

Auf diese Weise werden die Ströme +I₁ und -I₁ zur Messung des vom Fühler 70 abgetasteten interessierenden Parameters benutzt, während die Ströme +Ip und -Ip zusammen mit den Spannungen +V₁ und -V₁ zum Umschalten des Schalters 68 zum Messen des vom Fühler 69 abgetasteten interessierenden Parameters benutzt werden.

Die Spannungsquelle 28 hat ausschließlich den Zweck, den erforderlichen dynamischen Spannungsbereich der Konstantstromquelle 27 zu begrenzen. Der Fachmann kann erkennen, daß die Spannungsquelle 28 weggelassen worden kann, wenn der dynamische Spannungsbereich der Konstantstromquelle 27 ausreichend groß ist. Ferner ist zu erkennen, daß die Begrenzung des erforderlichen dynamischen Spannungsbereichs der Konstantstromquelle 27 zu einer erhöhten Stabilität und einer erhöhten Genauigkeit führt.

Unter Bezugnahme auf Fig.3 wird nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform arbeitet die Fühlerschaltung in der gleichen V/eise wie bei der Ausführungsform von Fig.2. Die Unterschiede liegen im Aufbau der Abwurfspulenschaltung. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform die Abwurfspule 58 in Serie in den Abtaststromkreis vom Sternpunkt 31 der Motorwicklungen 30 zum Eingangsschaltungspunkt 73

8098U/0984

27U870

der FUhlerschaltung eingefügt; dieser Stromkreis führt von der elektrischen Leitung 35 über die Sicherung 47, den Schalter 53 und das LC-Filter aus der mit dem Kondensator 67 in Serie liegenden Spule 54 nach Masse. Der Aufbau der Haltespulenschaltung mit dem Stromtransformator 33,der Haltespule 52, den Dioden 49 und 50 und dem Widerstand 48 gleicht dem im Zusammenhang mit Fig.2 beschriebenen Aufbau. Die Haltespule 52 ist so gewickelt, daß sich ihr Magnetfeld zum Magnetfeld des Permanentmagnets 19 addiert, während die Abwurfspule 59 magnetisch entgegengesetzt zum Feld des Permanentmagnets 19 um diesen gewickelt ist. Die Wirkungsweise der Haltespulenschaltung der AusfUhrungsform von Fig.3 entspricht der der AusfUhrungsform von Fig.2.

Ein in der AusfUhrungsform von Fig.2 nicht enthaltener KondeiB ator 90 liegt zwischen dem mit der Abwurfspule verbundenen Pol des Schalters 53 und Schaltungsmasse. Der Kondensator 90 hat den Zweck, genügend gespeicherte Energie für die Fortsetzung des durch die Abwurfspule fliessenden Stroms zu liefern, nachdem sich der Schalter erst einmal geöffnet hat, damit gewährleistet wird, daß das Magnetfeld der Spule 58 lang genug anhält, den Schalter 53 offen zu halten, damit ein Prellen der Schalterkontakte vermieden wird.

Im Betrieb reichen die Ströme + I₁ und + I₂ mit den kurz -zeitig angelegten Spannungen + V₁ nicht aus, die Abwurfspule zu veranlassen, den Schalter 53 zu öffnen. Wenn von der Lese-, Speicher- und Logikschaltung 31, die in Fig.3 nicht dargestellt ist, jedoch an die Leitung 23 die

809814/0984

27U87Ü

negative Spannung -V~ aus der Spannungsquelle 29 angelegt wird, dann steigt der resultierende Strom durch die Abwurf spule 58 auf einen zur Betätigung des Schalters 53 ausreichenden Wert an. Wenn sich der Schalter 53 öffnet, dann wird der Strom durch die Abwurfspule 58 unterbrochen. Wie oben angegeben wurde, hält die im Kondensator 90 gespeicherte Energie den durch die Spule 58 fließenden Strom auf Grund der Entladung über diese Spule aufrecht, damit das Öffnen des Schalters 53 gewährleistet wird. Ein Vorteil der oben beschriebenen Ausgestaltung der Abwurfspulenschaltung besteht darin, daß die Zenerdiode 55 und die Diode 56 von Fig.2 eliminiert sind.

Eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig.4 beschrieben. Bei dieser Ausführungsforra arbeitet die Fühlerschaltung ebenso wie in der Ausführungsform von Fig.2. Der Unterschied liegt im Schalter 53 und in der seinen Zustand steuernden Schaltung, d.h. der Steuerung seines offenen oder geschlossenen Zustandes bezüglich des Abtaststromkreises.

In der Ausführungsform von Fig.4 enthält der von einem Reed-Schalter gebildete Ein/Aus-Schalter 53 keine Permanentmagnet wie den Magnet 19 von Fig.2 und Fig.3. Die Steuerung des rchaltarms des Schalters 53 erfolgt mit Hilfe eines elektrischen Stroms durch eine Haltespule 121, die elektrisch mit einer herkömmlichen Vollweg-Gleichrichterbrücke aus Dioden 116, 117, 118 und 119 verbunden ist, wie in Fig.4 angegeben ist. Parallel zur Spule 121 liegt ein Glättungskondensator 122. Die Vollweg-Gleichrichterbrücke ist an die Sekundärwicklung des Stromtransformators 33 angeschlossen, der ebenso ausgebildet sein kann,

8098H/098A

wie der in den AusfUhrungsformen von Fig.2 und Fig.3 verwendete Stromtransformator.

Wenn im Betrieb durch die Motorwicklungen 30 und somit durch die Primärwicklung des Stromtransformators 33 ein Wechselstrom fließt, dann wird die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung des Stromtransformators von den Dioden 116 bis 119 in einer Vollweggleichrichtung gleichgerichtet, so daß sich ein durch die Spule 121 fliessender Gleichstrom ergibt. Die Größe dieses Gleichstroms reicht aus, den Reed-Schalter zu schließen. Der Kondensator 122 glättet den gleichgerichteten Strom und er verhindert ein Prellen des Schalters 53. Wenn die in Fig.4 nicht dargestellte Wechselstromversorgungsquelle 10 abgeschaltet wird, dann tritt an der Sekundärwicklung des Stromtransformators 33 keine Ausgangsspannung auf, so daß durch die Spule 121 kein Strom fließt. Da der Reed-rchalter 53 nicht mit einem Permanentmagnet versehen ist, der ihn in der geschlossenen Stellung hält, wenn er diese Stellung einmal erreicht hat, öffnet der Schalter 53, wenn die Wechselstromversorgungsquelle abgeschaltet wird. Daraus ergibt sich, daß beim Abschalten der Versorgungsenergie des Motor- und Pumpenaggregats 18 die Fühler-Baugruppe 22 automatisch davon abgetrennt wird.

Die AusfUhrungsform von Fig.4 hat den Vorteil,

daßdas Haltemerkmal und die Abwurfspule sowie die zugehörige Schaltung eliminiert sind. Sie läßt jedoch keine Messung von interessierenden Parametern zu,

8098U/0984

■ ⁴² " 27U870

wenn das mit Wechselstrom gespeiste Gerät,(beispielsweise der Motor) nicht in Betrieb ist. Dieser Nachteil kann jedoch dadurch überwunden werden, daß eine einphasige, auf der Erdoberfläche befindliche Hilfsenergiequelle mit geeigneter Größe über das Energieversorgungskabel 12 an die Phase der im Bohrloch befindlichen Motorwicklungen 30 angeschlossen wird, mit der die Primärwicklung des Stromtransformators 33 verbunden ist. Die Energie aus einer solchen Hilfsquelle würde die Spule 121 erregen, so deßder Schalter 53 in der geschlossenen Stellung gehalten wird, wenn der Motor nicht in Betrieb ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit Fig.5 beschrieben. Diese Ausführungsform stimmt mit der Ausführungsform von Fig.3 überein, mit der Ausnahme, daß anstelle des Ein/ Ausschalters 53 der Ausführungsformen nach den Figuren 2 bis h ein einpoliger Umschalter 53', vorzugsweise ein Reed-Fchalter verwendet wird, und daß entweder eine zweite Fühlerschaltung oder eine Steuerschaltung 128 eingefügt und in auswählbarer V.'eise auf Grund der Stellung des Schalters 53' an den Stromkreis anschließbar ist. Diese Aujsführungsform ermöglicht es, zusätzliche Fühler und/oder eine Steuermöglichkeit von Betriebsfunktionen zusätzlich zur Möglichkeit der Abtastung von Parametern mittels der Fühler 69 und 70 einzufügen und auszuwählen.

8098U/0984

27U870

In der AusfUhrungsform von Fig.5 ist die dargestellte zusätzliche Schaltung 128 eine Steuerschaltung. Es sei bemerkt, daß der Betrieb einer in einem Bohrloch angebrachten Steuerschaltung eine Abänderung der Steuer- und Anzeigeeinheit 25 erfordern kann, damit entsprechende Spannungen und/oder Ströme in auswählbarer Weise für diese Schaltung geliefert werden können. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Steuerschaltung 128 werden nun beschrieben.

Wie in Fig.5 dargestellt ist, enthält die Steuerschaltung 128 ein elektromechanisches Gerät 134a, das von einem konstanten Strom (beispielsweise +1 ) aktiviert wird, der von der Diode 130 durch das Gerät geleitet wird; ferner enthält die Steuerschaltung 128 ein elektromechanisches Gerät 134b, das von einem konstanten Strom (beispielsweise -I₂) aktiviert wird, der von der Diode durch das Gerät geleitet wird. Die Dioden 130 und 132 sind mit einem Pol des Schalters 53' verbunden, und sie sind in Durchlaßrichtung bzw. in Sperrichtung geschaltet. Auf diese Weise blockiert die Diode 132 einen Strom +1 durch das elektromechanische Gerät 134b, während die Diode 130 einen Strom -I durch das elektromechanische Gerät 134a blockiert.

Das elektromechanische Gerät 134a kann ein zur Betätigung eines Ventils 136 benutzter Elektromagnet sein, während das Gerät 134b ein zur Betätigung einer Sperrvorrichtung 138 benutzter Elektromagnet sein kann. Für den Fachmann sind ohne weiteres zahlreiche andere Steuerfunkticnen erkennbar, die mit Hilfe der elektro-

809814/0984

mechanischen Geräte 134a und 134b ausgeführt werden können. Solche .Steuerfunktionen können beispielsweise das Zu- und Abschalten eines oder mehrerer Widerstände zur Begrenzung des Einschaltstroms eines Motors oder die Aktivierung einer Haltevorrichtung sein, die so ausgebildet ist, daß sie eine Pumpe an ihrer Stelle hält, wenn diese in einem Bohrloch angebracht und nicht an einer Rohrleitung wie in der hier vorliegenden Beschreibung befestigt ist.

Es ist hier eine Meß- und Steueranordnung für den Ferneinsatz zusammen mit wechselstromgespeisten Geräten, beispielsweise mit einem in einem Bohrloch angebrachten Unterwasser-Motor-und Pumpenaggregat oder einem Tauchkolbenrelais, beschrieben worden. Das Abtasten erfolgt über das Energieversorgungskabel, das dem Wechselstromgerät Energie zuführt, ohne daß zusätzliche Messleitungen verwendet werden.Die Fühler können in auswählbarer Weise an das Wechselstromgerät angeschlossen und von diesem abgetrennt werden. Das zuletzt genannte Merkmal ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung bei Unterwasserpumpen, bei denen periodisch Hochspannungsprüfungen des Motors und des Energie-Versorgungskabels durchgeführt werden. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe zwischen mehreren am entfernten Ort angebrachten Fühlern und/oder Steuerschaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung umgeschaltet werden kann. Die gesamte Anordnung kann unter Verwendung im Handel erhältlicher Bauelemente hergestellt werden. Für den Fachmann 1st erkennbar, daß die konstanten Ströme +

809814/0984

und + Ip durch konstante Spannungen mit geeigneten Werten ersetzt werden können, und daß die Impedanzen der Stromkreise durch eine entsprechende Messung des Stroms bestimmt werden Können.

Die Erfindung ist hier im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen zur Verwendung bei Unterwasserpumpen beschrieben worden, doch kann der Fachmann erkennen, daß im Rahmen der Erfindung zahlreiche Änderungen durchgeführt werden können; insbesondere sind andere Anwendungsgebiete möglich.

809814/0984

L e e r s e i t

Claims

Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. Q. Hauser - Q. Leiser Ernsbetgerstrasse 19 8 München 60 Unser Zeichen; T 2283 29. September 1977 TRW INC. One Space Park Redondo Beach. California 90278 / V.St.A. Patentansprüche

1. Fernüberwachungsanordnung zur Überwachung wenigstens eines interessierenden physikalischen Parameters in der Umgebung eines von einem örtlichen Steuerplatz entfernt angebrachten, mit Wechselstrom betriebenen Geräts, das Über ein Kabel aus einer am Steuerplatz befindlichen Energiequelle mit Energie versorgt wird, gekennzeichnet durch

(a) wenigstens eine in der Nähe des am entfernten Ort befindlichen Geräts angebrachte Fühlerschaltung mit wenigstens einer auf einen physikalischen Parameter ansprechenden FUhlervorrichtung und ersten und zweiten elektrisch leitenden Verbindungswegen, wobei der erste Verbindungsweg, der nur ein Signal mit einer ersten Polarität leiten kann, die Fühlervorrichtung umgeht, während der zweite Verbindungsweg, der nur ein Signal mit einer entgegengesetzten Polarität leiten kann, die FUhlervorrichtung enthält,

Schw/Ba

8Q98U/0984

274A87Ü

(b) eine erste Schaltvorrichtung mit wenigstens einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zwischen dem Energieversorgungskabel und der Fühlerschaltung, wobei die Fühlerschaltung und das Energieversorgungskabel im ersten Zustand der ersten Schaltvorrichtung verbunden sind, während sie im zweiten Zustand der Schaltervorrichtung voneinander getrennt sind,

(c) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Anzeigesignals mit auswählbaren ersten und zweiten entgegengesetzten Polaritäten an dem örtlichen Steuerplatz in elektrischer Verbindung mit dem Energieversorgungskabel und

(d) eine elektrisch an die Anzeigesignal-Erzeugungseinrichtung angeschlossene Einrichtung zur Bestimmung des physikalischen Parameters aus dem Anzeigesignal, wobei die Anzeigesignale mit der ersten und der zweiten Polarität im ersten Zustand der ersten Schaltvorrichtung nacheinander durch die ersten und zweiten Verbindungswege der Fühlerschaltung geleitet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesignal ein konstanter Strom ist, und daß die FfJbJferschaltung mehrere Dioden enthält, die so geschaltet sind, daß sie einen Strom mit der ersten Polarität durch den ersten Verbindungsweg leiten und einen Strom mit der entgegengesetzten Polarität sperren, während sie einen Strom mit der entgegengesetzten Polarität durch den zweiten Verbindungsweg leiten und einen Strom mit der ersten Polarität durch diesen Verbindungsweg sperren.

8098U/0984

-3- 27U870

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Anzeigesignals wenigstens eine Konstantstromquelle und eine Polaritätsumschaltvorrichtung enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die FUhlervorrichtung eine von dem physikalischen Parameter abhängige Impedanz hat und daß die Einrichtung zur Bestimmung des Parameters eine auf die Impedanz der FUhlervorrichtung ansprechende Vorrichtung enthält.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Impedanz der FUhlervorrichtung ansprechende Vorrichtung einen Komparator enthält, mit dessen Hilfe die Differenz zwischen der Impedanz des Anzeigestromweg8 unter Einschluß des ersten Verbindungswegs der Fühlerschaltung und der Impedanz des Anzeigestromwegs unter Einschluß des zweiten Verbindungswegs der FUhlerschaltung erhalten werden kann, wobei die Impedanzdifferenz auf die Impedanz der FUhlervorrichtung zurückzuführen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltvorrichtung eine Haltevorrichtung und eine Abwurfvorrichtung enthält, daß die Haltevorrichtung Über eine erste Kopplungsvorrichtung mit dem Energieversorgungskabel elektrisch verbunden ist, daß die Abwurfvorrichtung mit Hilfe einer zweiten Kopplungsvorrichtung mit der ersten Schaltvorrichtung elektrisch verbunden ist, daß die Haltevorrichtung in erregtem Zustand die erste Schaltvorrichtung in ihren ersten Zustand versetzt und daß die Abwurfvorrichtung im erregten Zustand bei Fehlen einer Energiezufuhr zu der Halte-

809814/0984

27U87U

vorrichtung die Schaltvorrichtung in ihren zweiten Zustand versetzt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kopplungsvorrichtung einen Ftromtransformator und eine Gleichrichtervorrichtung zur Zufuhr eines in einer Richtung fliessenden Stroms zu der Haltevorrichtung enthält, wodurch die Haltevorrichtung erregt wird, wenn über das Energieversorgungskabel ein Wechselstrom fließt.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die erste Schaltvorrichtung ferner einen Nagnet enthält, dessen Feldstärke ausreicht, die erste Schaltvorrichtung im ersten Zustand zu halten, nachdem die Haltevorrichtung erregt worden ist, während sie nicht ausreicht, eine Änderung der ersten Schaltvorrichtung vom zweiten Zustand in den ersten Zustand zu verursachen.

9. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Abwurfspannung, die an dem örtlichen Steuerplatz angebracht ist und über einen Weg mit der Abwurfvorrichtung verbunden ist, der über das Energieversorgungskabel, die in ihrem ersten Zustand befindliche erste Schaltvorrichtung und über die zweite Kopplungsvorrichtung führt , wobei die Abwurfvorrichtung von der Abwurfspannung erregbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen mit der Abwurfvorrichtung verbundenen Kondensator, der während der Anwesenheit der Abwurfspannung elektrische Energie speichert und diese Energie über die Abwurfvor-

8098U/0984

richtung entlädt, nachdem die Abwurfspannung die erste Schaltvorrichtung zur Änderung in ihren zweiten Zustand veranlaßt hat, wodurch ein Prellen der ersten Schaltvorrichtung verhindert wird.

11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kopplungsvorrichtung eine Schwellenwertvorrichtung ist, die bei einer vorbestimmten Spannung leitet, wodurch die Abwurfvorrichtung nur erregt wird, wenn am Energieversorgungskabel eine Spannung erscheint, die größer als die vorbestimmte Spannung ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwertvorrichtung eine Zenerdiode ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltvorrichtung eine elektrisch mit dem Energieversorgungskabel über eine erste Kopplungsvorrichtung verbundene Spule ist, wobei die erste Schaltvorrichtung ihren ersten Zustand haben kann, wenn die Spule erregt ist, und ihren zweiten Zustand haben kann, wenn die Spule nicht erregt ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kopplungsvorrichtung eine Vollweggleichrichtervorrichtung enthält.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zwischen dem Energieversorgungskabel und der Fühlerschaltung eine Wechselstromfiltervorrichtung liegt, die die übertragung von Wechselstromstörungen und Energie zu der FUhlerschaltung reduziert.

80981 A/0984

-6- 27U87Ü

16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da/3 die Fühlerschaltun^ erste und zweite Fühlervorrichtungen und zweite Schaltvorrichtungen mit ersten und zweiten Zuständen enthält, daß der erste Verbindungsweg durch die Fühlerschaltung über die zweite Schaltvorrichtung und den zweiten Verbindungsweg mit der ersten Fühlervorrichtung im zweiten Zustand der zweiten Schaltvorrichtung und mit der zweiten Fühlervorrichtung im zweiten Zustand der zweiten Schaltvorrichtung verläuft.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der zweiten Schaltvorrichtung von einer vorbestimmten Spannung abhängt, daß an dem örtlichen Steuerplatz eine Einrichtung zur Erzeugung der vorbestimmten Spannung angebracht ist und daß diese Spannungserzeugungseinrichtung mit der zweiten Schaltvorrichtung elektrisch über einen Weg verbunden ist, der das Energieversorgungskabel und die erste Schaltvorrichtung im ersten Zustand enthält.

18. Anordnung zur überwachung wenigstens eines interessierenden physikalischen Parameters in der Umgebung eines Geräts und zur Steuerung wenigstens einer Bedienungsfunktion dieses Geräts, das ein mit Wechselstrom gespeistes Gerät ist, das an einem von einem örtlichen Steuerplatz entfernten Ort angebracht ist und über ein Kabel von einer örtlich angebrachten Energiequelle aus mit Energie versorgt wird, gekennzeichnet durch

(a) wenigstens eine in der Nähe des am entfernten Ort befindlichen Geras angebrachte Fühlerschaltung mit wenigstens einer auf einen physikalischen Parameter ansprechenden Fühlervorrichtung und ersten und zweiten elektrisch leitenden Verbindungswegen, wobei der 809SU/0984

27U870

erste Verbindungsweg, der nur ein Signal mit einer ersten Polarität leiten kann, die Fühlervorrichtung umgeht, während der zweite Verbindungsweg, der nur ein Signal mit einer entgegengesetzten Polarität leiten kann, die Fühlervorrichtung enthält,

(b) wenigstens eine auf ein Signal ansprechende Steuervorrichtung,

(c) eine erste Schaltvorrichtung mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Zustand, die das Energieversorgungskabel mit der Fühlerschaltung und der Steuervorrichtung verbindet, wobei im ersten Zustand der ersten Schaltvorrichtung die Fühlerschaltung mit dem Energieversorgungskabel verbunden ist, während im zweiten Zustand die Steuervorrichtung mit dem Energieversorgungskabel verbunden ist,

(d) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals mit auswählbaren ersten und zweiten entgegengesetzten Polaritäten, an dem örtlichen Steuerplatz in elektrischer Verbindung mit dem Energieversorgungskabel,

(e) eine Einrichtung zur Bestimmung des physikalischen Parameters aus dem Signal, wobei die Parameterbestimmungseinrichtung elektrisch mit der Signalerzeugungseinrichtung verbunden ist, wodurch im ersten Zustand der ersten Schaltvorrichtung das Signal mit den ersten und zweiten Polaritäten nacheinander durch den ersten und zweiten Verbindungsweg der Fühlerschaltung geleitet wird, wobei das Signal im ersten

8Q9814/0984

Zustand der ersten Schaltvorrichtung die Steuervorrichtung aktiviert.

27U87U

8098U/0984