DE2837377C3

DE2837377C3 - Verfahren und Anordnung zur Messung, Fernübertragung und Rückgewinnung von Meßgrößen

Info

Publication number: DE2837377C3
Application number: DE19782837377
Authority: DE
Inventors: Guenter 7620 Wolfach Kech
Original assignee: VEGA VERTRIEB und FERTIGUNG ELEKTRONISCHER GERAETE und APPARATE GRIESHABER KG 7620 WOLFACH DE; Vega Vertrieb und Fertigung Elektronischer Geraete und Apparate Grieshaber Kg 7620 Wolfach
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 1978-08-26
Filing date: 1978-08-26
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE2837377A1; DE2837377B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung, Fernübertragung und Rückgewinnung von Meßgrößen, die von einer aktiven Meßanordnung in Verbindung mit einem zugeordneten Meßfühler erzeugt und in eine Zweidrahtleitung eingespeist worden, die nicht nur für die Übertragung der Meßsignale, sondern auch für die Übertragung der von der aktiven Meßanordnung benötigten Energie bestimmt ist

Eine entsprechende Lehre ist der DE-AS 12 08 896 zu entnehmen. Mit Hilfe der der DE-AS 12 08 896 zu entnehmenden Schaltung soll ein Verhalten erzielt werden, daß analog dem eines mechanischen Kontakts ist, der eine offene und eine geschlossene Stellung hat Die Möglichkeit kontinuierlich sich ändernde Meßgrößen zu ermitteln und fern zu übertragen, sind nicht gegeben. Der Grund liegt in dem Vorhandensein eines Amplitudendiskriminators der nur feststellen kann, ob der Strom auf der Zweidrahtleitung eine vorgegebene Schwelle über- oder unterschreitet

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine genaue Ermittlung von kontinuierlich sich ändernden Meßgrößen auf der Empfangsseite ohne große Anforderungen an die Einhaltung bestimmter Betriebsströme und -spannungen für die aktive Meßanordnung erforderlich wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:

a) in einer Meßphase wird die einen Oszillator und einen Schalter umfassende aktive Meßanordnung mit dem Meßfühler verbunden;

b) in einer der Meßphase entweder vorausgehenden oder nachfolgenden Eigenverbrauchsphase wird die aktive Meßanordnung von dem Meßfühler abgetrennt;

c) über die Zweidrahtleitung wird die bzw. der in der Eigenverbrauchsphase auftretende Speisespannung bzw. 'Strom einem ersten Speicher zugeführt;

d) über die Zweidrahtleitung wird die bzw. der in der Meßphase auftretende Spannung bzw. Strom einem zweiten Speicher zugeführt, und

e) aus den den Speichern zu entnehmenden Werten wird die Differenz in einer Anordnung gebildet und ausgewertet.

Die absolute Größe der in den Eigenverbrauchsphasen und den Meßphasrn fließenden Ströme bzw. Spannungen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfah

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55 ren den Erfordernissen der aktiven Meßanordnung angepaßt sein, da die Größe auf die Messung keinen Einfluß hat Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß die Ströme bzw. Spannungen über mehr als zwei aufeinanderfolgende Phasen der Meßanordnung konstant ist Der Betriebsstrom bzw. die Betriebsspannung kann somit über einen längeren Zeitraum hinweg veränderlich sein. Damit lassen sich z, B. aufwendige Maßnahmen zur Temperaturstabilisierung der Verbrauchsströme oder -spannungen vermeiden. Auch eingekoppelte Störspannungen, deren Dauer die Zeit von zwei Feststellungen der Ströme oder Spannungen mit und ohne Stromdurchfluß in der Meßanordnung überschreiten, wirken sich nicht auf die Meßgrößen aus. Komplizierte Schaltungen zur Analog-Digitalumsetzung, sowie die Umwandlung der digitalen Signale in eine für die Übertragung auf der Zweidrahtleitung geeignete Form können entfallen.

Vorzugsweise sind die Meßphasen und die Eigenverbrauchsphasen gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der Meßwechselspanivcng. Durch die Meßwechselspannungen angekoppelte, periodische Störspannungen wirken sich hierdurch nicht auf die Erfassung der Meßgrößen aus.

Zweckmäßigerweise sind die Meßphasen und die Eigenverbrauchsphasen gleich lang. Mit dieser Maßnahme lassen sich auf stochastische Störungen beruhende Beeinflussungen der Übertragung reduzieren, da die Wahrscheinlichkeit für stochastische Störungen in beiden Übertragungsphasen gleich groß ist

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des zuvor erläuterten Verfahrens ist vorgesehen, daß eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn die Differenzbildung den Wert Null oder einen wahlweise im Bereich oberhalb bzw. unterhalb von Null liegenden Wert ergibt Hierdurch lassen sich sowohl Fehler der aktiven Meßanordnung, als auch des Übertragungswegs auf einfache Weise feststellen. Die Gefahr, daß bei derartigen Störungen in dem Auswertgerät faische Meßgrößen erfaßt und weiter verarbeitet werden, läßt sich daher vermeiden.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch die Vereinigung folgender Merkmale aus:

a) in der Eigenverbrauchsphase ist der Meßfühler über einen in der aktiven Meßanordnung vorhandenen Schalter kurzgeschlossen;

b) in der Meßphase ist der Schalter geöffnet und der Meßfühler über einen Transistor mit dem Oszillator verbunden;

c) in der Eigenveftrauchsphase ist die Speisespannung oder der Speisestrom über die Zweidrahtleitung einem ersten Speicher zuführbar;

d) die bzw. der in der Meßphase auftretende Spannung bzw. Strom ist über die Zweidrahtleitung einem zweiten Speicher zuführbar;

e) die den Speicher zu entnehmenden Werte sind über einen Operationsverstärker einer Anzeige- und Auswerteinrieb'.ung zuführbar.

In Ausgestaltung ist im Auswertgerät ein Impulsgeber an die Zweidrahtleitung angekoppelt, wobei durch die vom Impulsgeber erzeugten Impulse der Schalter abwechselnd in die offene und geschlossene Schalterstellung versetzbar is', und wobei im Auswertgerät mit dem Ende der Zweidrahtleitung die Speicher über je einen Schalter verbunden sind, die synchron mit den Impulsen des Impulsgebers mit zueinander entgegenge-

setzten Öffnungs- und SchlieDzeiten betätigbar sind.

Eine günstige Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus. daß

a) als Impulsgeber ein in der Zuleitung der Netzversorgungseinrichtung zur Zweidrahtleitung angeordneter erster Schalter vorgesehen ist, über den die Energiezufuhr durch periodische, kurzzeitige Betätigung unterbrechbar ist,

b) der der aktiven Meßanordnung angeordnete zweite Schalter durch die Unterbrechungen der Energiezufuhr umschaltbar ist und

c) die vor den Speichern angeordneten dritten und vierten Schalter jeweils um die Dauer der Unterbrechung der Energiezufuhr zur Zweidrahtleitung gegeneinander versetzte End· und Anfangszeitpunkte für die SchlieOzeiten aufweisen.

Vorzugsweise ist der zweite Schalter kontaktlos Al iinr4 nraral

von einem Flipflop betätigbar, das durch die periodischen Unterbrechungen der Energiezufuhr und der Zweidrahtleitung anstoßbar und einem Kondensator mit Energie versorgbar ist, der über die Zweidrahtleitung aufhidbar ist.

Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß ein Ende der Zweidrahtleitung im Auswertgerät über einen Meßwiderstand und einen Verstärker an den dritten und vierten Schalter angeschlossen ist.

Vorzugsweise ist das Ende einer Leitung der Zweidrahtleitung an einen Pol eines Netzgleichrichters und das Ende der anderen Leitung über den Meßwiderstand an den anderen Pol gelegt, wobei zu den Polen unter Einbeziehung eines Widerstands eine Zenerdiode zur Stabilisierung der Spannung auf der Zweidrahtleitung geschaltet ist.

Eine andere günstige Ausführungsform besteht darin, daß dem Operationsverstärker sowohl eine Schwellwertsuife. die eine Leuchtanzeige speist, als auch eine Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet ist, die durch einen Spannungsteiler und eine einstellbare Spannungsquelle bei bestimmten Meßgrößen auf den Beginn der Anzcigeskala einstellbar ist.

Auch kann dem Operationsverstärker sowohl eine erste Schwellwertstufe, die eine Leuchtanzeige speist, als auch eine zweite Schwellwertstufe nachgeschaltet sein, deren Schwelle einstellbar ist und ihr Relais und/oder eine Leuchtanzeige speist.

Vorzugsweise ist der Ausgang der jeweiligen Schwcllwertstufe mit einem Steuerwerk verbunden, durch das der erste, der dritte und der vierte Schalter betätigbar sind, und das Steuerwerk ist bei einem bestimmten Ausgangssignal der Schwellv/eristufen umschaltbar.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung wird mit einfachen Mitteln die Strom- bzw. Spannungseinspeisung in die Meßanordnung von dem Auswertgerät aus gesteuert, das auch die synchrone Umschaltung des Ausgangs der Zweidrahtleitung und der Speicher durchführt. Die Zweidrahtleitung wird zusätzlich für die Übertragung von Steuersignalen ausgenutzt die jedoch die Meßgröße nicht beeinflussen. Demzufolge ist eine genaue Übertragung der Meßwerte dann noch gewährleistet, wenn sich die Betriebsströme der aktiven Meßanordnung im Laufe der Zeit. z. B. infolge Erwärmung oder Komponentenhalterung verändern. Die Größe des Bctricbsstrorns bzw. der Betriebsspannung muß nicht mit Rücksicht auf die zu erwartenden Meßwerte auf bestimmte Größen oder Bereiche beschränkt sein. Die Betriebsspannungs- bzw. Betriebsstromgröße kann sich an den Bedingungen der aktiven Meßanordnung orientieren, da die Meßwerte durch eine Differenzbildung ermittelt werden. Eingekoppelte Störspannungen bzw. -ströme, deren Dauer größer als eine Meßphase und eine Eigenverbrauchsphase ist, wirkt sich nicht auf die rückgewonnenen Meßwerte aus. Auch ist hervorzuheben, daß der schaltungstechnische Aufwand bei der erfindungsgemäßen Anordnung nur gering ist, wodurch die Störanfälligkeit verringert wird.

Weitere Einzelheiten. Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Schaltbild einer Anordnung zum Übertragen von analogen Meßgrößen zwischen einer aktiven Meßanordnung und einem entfernt von der Meßanordnung angeordneten Auswertgerät, das eine kontinuierlirhp An7pigp iinH rinn Fphlprmrldiing ermöglicht.

Fig. 2 ein Schaltbild eines an eine Zweidrahtleitung angeschlossenen Auswertgeräts für eine Fehlermeldung und eine Grenzwertüberwachung und

F i g. 3 ein Diagramm der öffnungs- und Schließzeiten von Schaltern der in F i g. I gezeigten Schaltungsan-Ordnung.

Eine aktive Meßanordnung 10 ist über eine Zweidrahtleitung 12. die aus den beiden Leitungsadern 14, 16 be-'eht, mit einem Auswertgerät 18 verbunden. Die ohmschen Widerstände der beiden Leitungsadern 14,16 sind durch Widerstandssymbole 20,22 dargestellt.

Die aktive Meßanordnung 10 ist über eine Eingangsklemme 24 mit einem Meßfühler V· verbunden, bei dem es sich um einen kapazitiven Geber handelt. Als kapazitiver Geber 26 dient beispielsweise eine Meß elektrode in einem Behälter, dessen Wand die zweite Elektrode eines Kondensators bildet. Die Kapazität zwischen der Meßelektrode und der Behälterwand ändert sich mit der Füllstandshöhe des Materials im Behälter. Diese Eigenschaft wird ausgenutzt um ein der Füllstandshöhc entsprechendes Signal zu erzeugen. Hierzu dient die aktive Meßanordnung 10.

Füllstände sind in industriellen Anlagen häufig an weit voneinander entternten Meiien zu messen. Die rvieöwerte sollen jedoch an einer zentralen Stelle festgestellt werden können. Zwischen dieser Zentrale, in der sich die Auswertgeräte 18 befinden, und den Behälter müssen Kabel verlegt werden, die zur Übertragung der Meßgrößen und der Energie der aktiven Meßanordnung 10 dienen. Da die Kosten für ein vieladriges Kabel und dessen Verlegung hoch sind, wird bei der in F i g. I dargestellten Anordnung zur Übertragung der Me^jroße zwischen der aktiven Meßanordnung 10 und dem Auswertgerät 18 nur eine Zweidrahtleitung 12 eingesetzt.

Die aktive Meßanordnung 10 enthält einen Oszillator 28. der eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt. Während der eine Ausgang des Oszillators 28 an Masse gelegt ist. liegt der andere Ausgang an der Versorgungsader 14. Der Emitter des Transistors 30 ist einerseits an die Eingangsklemme 24 und andererseits an einen Schalter 32 angeschlossen dessen anderer Anschluß an Massepotential gelegt ist. Die Basis des Transistors 30 ist auf Massepotential gelegt. Der Basis-Emitterstrecke des Transistors 30 ist eine Diode 31 antiparallel geschaltet. Der Oszillator 28 stellt für den Meßfühler 26 die erforderliche Wechselspannung bereit. Je nach Größe der Kapazität des Meßfühlers 26 ändert sich der Emitter-Strom des Transistors 30. Die veränderliche

Kapazität des Meßfühlers 26 ist durch ein entsprechendes Kondensator-Symbol mit einem Pfeil in der Zeichnung dargestellt. Der Strom bildet demnach ein analoges Meßgröß'.nsignal. Bei größeren Entfernungen zwischen dem Auswertgerät 18 und dem MeQfühler 26 ·. ist es aus meßtechnischen Gründen nicht mehr zweckmäßig, die hochfrequente Versorgungsspannung für den Meßfühler 26 im Auswertgerät 18 zu erzeugen. Durch die von den Widerständen 20,22 hervorgerufene Dämpfung der Signale wäre z. B. bei größeren Entfernungen eine hochfrequente Spannunj mit hoher Amplitude notwendig, um eine ausreichende Meßgenauigkeit zu erhalten. Dies würde aber einen unwirtschaftlichen Aufwand für die Erzeugung einer solchen Wechselspannung verursachen. Es ist deshalb günstiger, ι ί den Oszillator 28 möglichst nahe am Meßfühler 26 anzuordnen. Der Oszillator 28 muß dann allerdings mit Energie vom Auswertgerät 18 aus versorgt werden. Auch hier nicht dargestellte Verstärktingselemcnte werden zusammen mit dem Oszillator 28 mit Energie .ή aus dem Auswertgerät 18 versorgt. Diese Energie wird bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ebenso wie das Meßgrößensignal auf der Zweidrahtleitung 12 übertragen. Die Energie und das Meßgrößensignal haben verschiedene Transportrichtungen auf der r> Zweidrahtleitung 12. Das Meßgrößensignal wird in umgekehrter Richtung wie die Energie der aktiven Meßanordnung 10 zum Auswertgerät 18 übertragen.

Um das Meßgrößensignal, den durch den Meßfühler 26 fließenden und gegebenenfalls verstärkten Strom, s» von drn anderen Strömen bzw. Spannungen auf der Zweidrahtleitung unterscheiden zu können, wird folgendes Verfahren benutzt:

Die aktive Meßanordnung 10 wird in einem ersten Zeitraum mit Energie versorgt. Der in diesem Zeitraum r> über die Zweidrahtleitung 12 fließende Strom bzw. die Spannung auf der Zweidrahtleitung werden festgestellt. Dies kann durch eine Speicherung erfolgen. Die Auswahl des Stroms oder der Spannung hängt davon ab, ob die Meßgröße durch einen Strom oder eine Spannung repräsentiert wird.

Danach wird in einem zweiten Zeitraum die aktive rvicöanordnung iö mil Energie versorgt. Zusaiziich gibt der gegebenenfalls verstärkte Meßstrom (-spannung) des Meßfühlers 26 während dieses Zeitraums ein 4i Meßgrößensignal ab. Der während des zweiten Zeitraums von der Leitung 12 übertragene Strom bzw. die Spannung wird gleichfalls festgestellt, z. B. durch eine Speicherung. Anschließend wird die Meßgröße durch Differenzbildung aus den während der beiden ί" Zeiträume ermittelten Strom- bzw. Spannungswerten bestimmt. Die beiden Zeiträume wechseln fortlaufend miteinander ab.

Der erste und der zweite Zeitraum — auch als Eigenverbrauchs- und Meßphase zu bezeichnen — sind vorzugsweise gleich lang. Dadurch wird der Einfluß stochastischer Störungen auf die Übertragung der Meßgröße vermindert, da die Wahrscheinlichkeit solcher Störungen für beide Zeiträume gleich ist Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die beiden Zeiträume jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Netzwechselspannung sind. In diesem Falle wirken sich vom Versorgungsnetz her auf die Zweidrahtleitung 12 und die Geräte 10,18 bzw. auf die Leitungen zum Meßfühler 26 eingekoppelte Störspannungen nicht auf die im Auswertgerät 18 zurückgewonnene Meßgröße aus.

Durch eine weitere Auswertung des durch die

Differenzbildung erhaltenen Signals kann der Zustand des Übertragungsweges und der Meßanordnung 10 sowie des Meßfühlers 26 überwacht werden. Dieses Signal nimmt den Wert Null an, wenn eine oder beide Leitungsadern 14, 16 unterbrochen sind. Liefert die aktive Meßanordnung 10 kein Meßgrößensignal, dann ist das Differenzsignal ebenfalls Null. Das Meßgrößensignal fällt aus, wenn der Oszillator 28 nicht schwingt oder die Meßelektrode des Fühlers 26 zerstört ist. Bei ausgefallener Versorgungsspannung tritt ebenfalls ein Differenzsignal mit dem Wert Null auf. Deshalb wird das Differenzsignal auf den Wert Null hin überwacht und eine Fehlermeldung und/oder eine Abschaltung der Meßeinrichtung ausgelöst, wenn der Wert Null festgestellt wird. Wenn das Meßgrößensignal nur positive oder nur negative Werte annehmen kann, zeigt auch eine Überschreitung des normalerweise vorliegenden Bereichs, der positiv oder negativ sein kann, einen Fehler an. Daher ist es /weckmäßig, auch das Überoder Unterschreiten der Schwelle zu überwachen.

Der Schalter 32 in der aktiven Meßanordnung 10 ist während des ersten Zeitraums geschlossen und während des zweiten Zeitraums geöffnet. Der Meßfühler 26 wird daher im ersten Zeitraum (Eigenverbrauchsphase) kurzgeschlossen. Durch den Kurzschlußkreis treibt der Oszillator 28 keinen Strom. Daher ist der im ersten Zeitraum fließende Strom kleiner als der Strom im zweiten Zeitraum. Dieses Kennzeichen eines ordnungsgemäßen Betriebs ist nicht mehr erfüllt, wenn das Differenzsignal, wie oben erläutert, negativ wird.

Der Schalter 32, der vorzugsweise kontaktlos ausgebildet ist, wird von einem Flipflop 34 aus betätigt, das sich ebenfalls in der aktiven Meßanordnung 10 befindet und nur wenig Energie verbraucht. Der Steuereingang des Flipflop 34 ist über einen nicht näher bezeichneten Widerstand mit der Leitungsader 14 verbunden. Bei dem Flipflop 34 handelt es sich um ein sogenanntes T-Flipflop, dessen Ausgangssignale bei jedem Impuls ihren binären Wert umkehren. Über die Leitungsader 14 wird auch ein Kondensator 36 der aktiven Meßanordnung 10 aufgeladen, der das Flipflop 34 mit Betriebsstrom versorgt. Eine zwischen der Leiiungsdauer i4 und dem Kondensator 56 angeordnete Diode 38 verhindert eine Entladung des Kondensators 36 zur Leitungsader 14 hin.

Die Elemente 28, 30, 32, 34, 36, 38 sind zweckmäßigerweise auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet, die in einem Elektronik-Einsatz befestigt wird. Dieser Einsatz, der die nicht näher bezeichneten Anschlüsse für die Zweidrahtleitung 12 und den Anschluß 24 sowie nicht dargestellten Masseanschlüsse aufweist, wird nahe am Meßfühler 26 montiert

Am Auswertgerät 18 sind die Adern 14, 16 an Klemmen 40, 42 angeschlossen. Die Klemme 40 steht mit dem negativen Po! eines Netzgleichrichters 44 in Verbindung. Der positive Pol des Netzgleichrichters 44 ist über einen Schalter 46 mit einem Widerstand 48 verbunden. Die Ader 16 ist über einen mit der Klemme 42 verbundenen Meßwiderstand 50 an den anderen Anschluß des Widerstands 48 gelegt Die Adern 14, 16 werden somit jeweils an negatives bzw. positives Potential gelegt In der aktiven Meßanordnung steht die Ader 16 mit Massepotential in Verbindung.

Der Meßwiderstand 50, dessen Widerstandswert weitgehend unabhängig von Temperaturschwankungen ist, speist einen Verstärker 52. Zwischen der Klemme 40 und dem Verstärker 52 ist eine Zenerdiode 54 angeordnet, die für eine konstante Betriebsspannung

auf der Zweidrahtleitung 12 sorgt. An den Ausgang des Verstärkers 52, der auch Tür eine Impedanzwandlung maßgeblich ist, sind zwei Schalter 56,58 angeschlossen. Die Schalter 46, 56 und 58, bei denen es sich um kontaktlose Schalter handeln kann, werden von einem Steuerwerk 60 aus betätigt. Die Schalter 46, 32, 56 und 58 sind im folgenden als erster, zweiter und dritter und vierter Schalter bezeichnet (in der Fig. I sind die durchgezogenen Linien einer geöffneten Schalterstellung, die gestrichelten Linien einer geschlossenen Schalterstellung zuzuordnen. Die in Klammer gesetzten Bezugszeichen entsprechen den Angaben in der Fig. 3, auf die nachstehend eingegangen wird).

Dem dritten und vierten Schalter 56 bzw. 58 ist je ein Widerstand 62, 64 nachgeschallet. An die Widerstände 62 und 64 sind Speicher 66, 68 angeschlossen, bei denen es sich um Kondensatoren handelt. Die Ausgänge der Speicher 66, 68 stehen je mit einem Eingang eines Differentialverstärkers 70 in Verbindung. Dem Ausgang des Differentiaiverstarkers 70 ist ein hmgang eines weiteren Differentialverstärkers 72 und ein Spannungsteiler 74 nachgeschaltet. Der zweite Eingang des Differentialverstärkers 72 wird von einem weiteren Spannungsteiler 76 gespeist, dessen Ausgangsspannung so eingestellt ist, daß der Differentialverstärker 72 bei e^;nem Ausgangssignal von Null Volt am Differentialverstärker 70 seine Ausgangsspannung sprunghaft ändert. Em derartiges Kippverhalten läßt sich durch eine Rückkopplung am Differentialverstärker erreichen. Eine nähere Erläuterung hierüber erübrigt sich, da Differentialverstärker enthaltende Kippschaltungen bekannt sind. Der Differentialverstärker 72 bildet somit eine Schwellwertstufe mit Kippverhalten.

Der Differentialverstärker 72 speist über einen nicht näher bezeichneten Widerstand eine Lumineszenzdiode 78 sowie das Steuerwerk 60. Mit dem Ausgang des Spannungsteilers 74 ist ein Eingang eines zusätzlichen Differentialverstärkers 80 verbunden, dessen zweiter Eingang an einen Spannungsteiler 82 angeschlossen ist. Der Spannungsteiler 82 steht mit einer abgleichbaren stufenweise veränderbaren Spannungsquelle 84 in Verbindung. Dem Differentialverstärker 80 ist ein

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Das Steuerwerk 60 enthält einen nicht dargestellten Taktgeber, durch den der erste Schalter 46 periodisch geöffnet und geschlossen wird. Die Öffnungszeit ist jedoch sehr viel kürzer als die SchließzeiL Beispielsweise kann die Öffnungszeit 5% der Schließzeit betragen.

In F i g. 3 ist die Öffnungszeit des ersten Schalters 46 mit 83 und die Schließzeit mit 90 bezeichnet Während der Schließzeit steht auf der Ader 16 eine positive Spannung zur Verfügung, die den Betriebsstrom für den Oszillator 28, den Transistor 30 und das Flipflop 34 liefert Es sei angenommen, daB das Flipflop 34 auf abfallende Signalflanken anspricht. Mit dem öffnen des ersten Schalters 46 werden daher die Ausgänge des Flipflop 34 umgeschaltet. Jedem binären Wert an dem mit dem zweiten Schalter 32 verbundenen Flipflopausgang ist eine Stellung des Schalters 32 zugeordnet Daher wird der zweite Schalter 32 von den durch die Betätigung des ersten Schalters 46 erzeugten impulsen abwechselnd geöffnet und geschlossen. Damit ergeben sich die beiden unterschiedlichen Zeiträume, in denen die aktive Meßanordnung 10 jeweils ein Meßgrößensigna] abgibt oder nicht Die Schaltzustände des zweiten Schalters 32 sind in F i g. 3 mit 92 und 94 bezeichnet Der Schaltzustand 92 entspricht der Öffnungs£l2llung, während der Schaltzustand 94 die Schließstellung darstellt.

Das Steuerwerk 60 schaltet auch den dritten und vierten Schalter 56 und 58 abwechselnd ein und aus. Die Zuordnung ist so getroffen, daß der dritte Schalter 56

-, geöffnet ist, wenn der vierte Schalter 58 geschlossen ist und umgekehrt. Die Schließstellung wird bei beiden Schaltern 56, 58 jeweils mit einer in positiver Richtung verlaufenden Flanke des durch den ersten Schalter 46 erzeugten Impulses eingeleitet. Die Öffnungsstellung

ίο beginnt jedoch mit der in negativer Richtung verlaufenden Flanke des vom ersten Schalter 46 hervorgerufenen kurzzeitigen Impulses. Auf diese Weise tritt immer zwischen dem öffnen des dritten Schalters 56 und dem Schließen des vierten Schalters 58 ein kurzer Zeitverzug

r, ein. Das gleiche gilt für das öffnen des vierten und das Schließen des dritten Schalters.

Die Ströme auf der Zweidrahtleitung 12 rufen am Meßwiderstand 50 Spannungsabfälle hervor. Durch die Schließung des dritten Schalters 56 während des

.'(i Zeitraums in dem der Meßfühler 26 kurzgeschlossen ist, wird eine dem Betriebsstrom der aktiven Meßanordnung 10 proportionale Spannung, die am Meßwiderstand 50 abfällt, dem Speicher 66 zugeführt. Die öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 56 sind in

r, F i g. 3 mit 96 und 98 bezeichnet. Während der Schließstellung des Schalters 58 wird der Meßstrom des Meßfühlers 26 in die Zweidrahtleitung eingespeist. Der aus dem Betriebsstrom und dem Meßgrößenstrom zusammengesetzte Strom ruft am Meßwiderstand 50

hi einen proportionalen Spannungsabfall hervor, der durch das Schließen des Schalters 58 zum Speicher 68 gelangt. Die öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 58 sind in F i g. 3 mit 100 und 102 bezeichnet.

Der über die Schalter 56 und 58 während der

Ii Schließzeiten 98 bzw. 102 fließende Strom ist in Fig. 3 ebenfalls dargestellt. Wenn der Meßfühler 26 keine Meßgrößensignale abgibt, fließt ein kleiner Strom, der mit 104 bezeichnet ist. Im Betrieb des Meßfühlers 26 wird gegebenenfalls nach Verstärkung des über den

4n Meßfühlet 26 fließenden Stroms vom Transistor 30 auf die Leitungsader 14 ein Strom übertragen, so daß auch der Gesamtstrom auf der Zweidrahtleitung 12 zunimmt.

Strom 106 eine Welligkeit auf, so wird diese durch die

Widerstände 64 in Verbindung mit dem Kondensator 68 zwangsläufig geglättet.

Am Ausgang des Differentialverstärkers 70 steht ein der Differenz der in den Kondensatoren 66, 68 gespeicherten Signale entsprechendes Signal zur Verfügung. Ein diesem Ausgangssignal entsprechender Meßwert wird vom Gerät 86 angezeigt Die Spannungsteiler 74 und 82 sowie die veränderliche Spannungsquelle 84 dienen dem Abgleich des Anzeigegeräts 86. Falls mit dem Meßfühler 26 der Füllstand eines Behälters überwacht wird, tritt auch bei leerem Behälter noch ein kapazitiver Wert auf, der jedoch durch das Gerät 86 nicht angezeigt werden soll. Daher wird durch den Spannungsteiler 82 und durch die Spannungsquelle 84 die Anzeige auf Null abgeglichen. Das Gerät 86 zeigt damit nur einen Relativwert an.

Wenn der Differentialverstärker 70 die Ausgangsspannung Null hat, spricht die den Schwellwert Null Volt Oberwachende Schwellwertstufe 72 an. Dadurch steigt die Ausgangsspannung der Schwellwertstufe 72 auf einen so hohen Wert an, daB die Lumineszenzdiode iy leuchtet und das Steuerwerk 60 die Phasenfolge des Steuertaktes ändert
Durch die Schwellwertstufe 72 wird auch das

Steuerwerk 60 insofern überwach!, als bei einem Fehler in der Synchronisation der Schalter 46, 56 und 58, durch den z. B. die Schalter 56, 58 gleichzeitig öffnen und jchließen, eine Fehlermeldung erzeugt wird.

In F i g. 2 ist eine andere Auswertschaltung dargestellt. Von dem in Fig. 1 gezeigten Auswertgerät 18 unterscheidet sich die Schaltung gemäß F i g. 2 durch die dem Differentialverstärker nachgeschalteten Teile. Die übrigen Teile, z. B. die Speicher 66,68, die Widerstände 62, 64, die Schalter 56, 58, der Verstärker 52 und das Steuerwerk 60, sind gleich ausgebildet.

Der Verstärker 70 speist je einen Eingang zweier Differentialverstärker 108, 110 mit Sprungverhalten, deren zweite Eingänge an einen Spannungsteiler 112 gelegt sind. Den zweiten Eingängen können von verschiedenen Abgriffen unterschiedliche Potentiale vorgegeben werden. Der Differentialverstärker 103 versorgt bei entsprechenden Eingangsspannungen eine Lumineszenzdiode 114 mit Strom. Weiterhin signalisiert

der Differentialverstärker, der Kippverhalten aufweist, dem Steuerwerk 60 auftretende Fehler, das in einem solchen Falle die Phasenfolge des Steuertaktes ändert.
Der Differentialverstärker 110 speist zwei Relais S14,

'-> 116, die jeweils angezogen sind, wenn die Eingangsspannungen eine am Spannungsteiler 112 einstellbare Grenze über- oder unterschreiten. In Reihe mit einem der Relais 114, das ein Signal bei Erreichen der kritischen Grenze abgibt, kann noch eine Lumineszenzdiode 188 angelegt sein.

Ein besonderer Vorteil der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ist darin zu sehen, daß der schaltungstechnische Aufwand in der aktiven Meßanordnung für die Übertragung der analogen Meßgröße

π sehr gering ist. Es reicht ein Schaller 32 für die Steuerung des Stromflusses im Meßfühler 26 aus. Für die Betätigung des Schalters 32 sind nur wenige Bauteile erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung, Fernübertragung und Rückgewinnung von Meßgrößen, die von einer aktiven Meßanordnung in Verbindung mit einem zugeordneten Meßfühler erzeugt und in eine Zweidrahtleitung eingespeist werden, die nicht nur für die Übertragung von Meßsignalen, sondern auch für die Übertragung der von der aktiven Meßanordnung benötigten Energie bestimmt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) in einer Meßphase wird die einen Oszillator (28) und einen Schalter (32) umfassende aktive Meßanordnung (10) mit dem Meßfühler (26) verbunden;

b) in einer der Meßphase entweder vorausgehenden oder nachfolgenden Eigenverbrauchsphase wird die aktive Meßanordnung (10) von dem Meßfühler (20) abgetrennt;

c) über die 2weidrahtleitung (12) wird die bzw. der in der Eigenverbrauchsphase auftretende Speisespannung bzw. -strom einem ersten Speicher (66) zugeführt;

d) über die Zweidrahtleitung (12) wird die bzw. der in der Meßphase auftretende Spannung bzw. Strom einem zweiten Speicher (68) zugeführt, und

e) aus den den Speichern (66, 68) zu entnehmenden Werten wird die Differenz in einer ^⁰ Anordnung (70—86, 108—118) gebildet und ausgewertet

2. Verfahren nach Anspruch /, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpi^asen und die Eigenverbrauchsphasen gleich einem ga· zzahligen Vielfa- ^J5 chen der Periode der Netzwechselspannung sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßphasen und die Eigenverbrauchsphasen gleich lang sind.

£. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der ·"> folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn die Differenzbildung den Wert Null oder einen wahlweise im Bereich oberhalb bzw. unterhalb von Null liegenden Wert ergibt

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest Anspruch 1 mit einem an eine einen Oszillator aufweisende aktive Meßanordnung angeschlossenen Meßfühler, die über eine Zweidrahtleitung mit einem ein Speisegerät aufweisendes ^M Auswertgerät verbunden ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) in der Eigenverbrauchsphase ist der Meßfühler (26) über einen in der aktiven Meßanordnung (10) vorhandenen Schalter (32) kurzgeschlossen;

b) in der Meßphase ist der Schalter (32) geöffnet und der Meßfühler über einen Transistor (30) mit dem Oszillator verbunden;

c) in der Eigenverbrauchsphase ist die Speisespan- *° nung ader der Speisestrom über die Zweidrahtleitung (12) einem ersten Speicher (66) zufUhrbar;

d) die bzw. der in der Meßphase auftretende Spannung bzw. Strom ist über die Zweidrahtlei- ^M tung (12) einem zweiten Speicher (68) zuführbar;

e) die den Speichern (66, 68) zu entnehmenden

Werte sind über einen Operationsverstärker (70) einer Anzeige- und Auswerteinrichtung (72-86,108-H8) zuführbar,

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Auswertgerät (18) ein Impulsgeber an die Zweidrahtleitung (12) angekoppelt ist, daß durch die vom Impulsgeber erzeugten Impulse der Schalter (32) abwechselnd in die offene und geschlossene Schalterstellung versetzbar ist

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) als Impulsgeber ein in der Zuleitung der Netzversorgungseinrichtung (44) zur Zweidrahtleitung (12) angeordneter erster Schalter (46) vorgesehen ist, über den die Energiezufuhr durch periodische, kurzzeitige Betätigung unterbrechbar ist;

b) der in der aktiven Meßanordnung (10) angeordnete zweite Schalter (32) durch die Unterbrechungen der Energiezufuhr umschaltbar ist, und

c) die vor den Speichern (66, 68) angeordneten dritten und vierten Schalter (56,58) jeweils um die Dauer der Unterbrechung der Energiezufuhr zur Zweidrahtleitung (12) gegeneinander versetzte End- und Anfangszeitpunkte für die Schließzeiten aufweisen

und daß im Auswertgerät (18) mit dem Ende der Zweidrahtleitung (12) die Speicher (66, 68) über je einen Schalter (56,58) verbunden sind, die synchron mit den Impulsen des Impulsgebers mit zueinander entgegengesetzten öffnungs- und Schließzeiten betätigbar sind

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Schalter (32) kontaktlos ausgebildet und parallel zum Meßfühler (26) gelegt sowie von einem Flipflop (34) betätigbar ist, das durch die periodischen Unterbrechungen der Energiezufuhr auf der Zweidrahtleitung (12) anstoßbar und von einem Kondensator (36) mit Energie versorgbar ist, der über die Zweidrahtleitung (12) aufladbar ist

9. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Zweidrahtleitung (12) im Auswertgerät (18) über einen Meßwiderstand (50) und einen Verstärker (52) an den dritten und vierten Schalter (56, 58) angeschlossen ist

10. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende einer Leitung (14) der Zweidrahtleitung (12) an einen Pol eines Netzgleichrichters (44) und das Ende der anderen Leitung (16) über den Meßwiderstand (50) an den anderen Pol gelegt ist, wobei zu dessen Polen unter Einbeziehung eines Widerstandes (48) eine Zenerdiode (54) parallel zur Stabilisierung der Spannung auf der Zweidrahtleitung geschaltet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Opera' tionsverstärker (70) sowohl eine Schwellwertstufe (72), die eine Leuchtanzeige (78) speist, als auch eine Anzeigeeinrichtung (86) nachgeschaltet ist, die durch einen Spannungsteiler (82) und eine einstellbare Spannungsquelle (84) bei bestimmten Meßgrößen auf den Beginn der Anzeigeskala einstellbar ist.

12. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Operationsverstärker (70) sowohl eine erste

Schwellwertstufe (108), die eine Leuchtanzeige (112) speist, als auch eine zweite Schwellwertstufe (HO) nachgeschaltet ist, deren Schwelle einstellbar ist und die Relais (114, 116) und/oder eine Leuchtanzeige speist,

13. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der jeweiligen Schwellwertstufen (72,108) mit einem Steuerwerk (60) verbunden ist, durch das der erste, der dritte und der vierte Schalter (46, 56, 58) betätigbar sind, und daß das Steuerwerk (60) bei einem bestimmten Ausgangssignal der Schwellwertstufen (72,108) umschaltbar ist