DE2941466C2

DE2941466C2 - Instrumentenanlage mit einem Verfahrenszustandsmeßelement

Info

Publication number: DE2941466C2
Application number: DE2941466A
Authority: DE
Inventors: Davic A. Sheldonville Mass. Richardson
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1979-10-12
Publication date: 1985-12-12
Also published as: NL7907407A; JPS6246916B2; JPS5553798A; GB2034038A; IT1128750B; DE2941466A1; GB2034038B; CA1126049A; IT7950525A0; FR2438828A1; FR2438828B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Instrumentenanlage mit einem Verfahrenszustandsmeßelement das auf den Wert einer variablen Verfahrensgröße anspricht, mit einem an das Verfahrenszustandsmeßelement ge-

koppelten Signalgenerator zur Erzeugung eines Übertragungssignals mit einer von der variablen Verfahrensgröße abhängigen Charakteristik, mit Signalverarbeitungseinrichtungen, die einen Umwandler enthalten, zur Erzeugung eines analogen Meßsignals entsprechend der genannten Charakteristik und mit einer zweiadrigen Übertragungsleitung, die an einem Ende mit dem Signalgenerator und am anderen Ende mit den Signalverarbeitungseinrichtungen verbunden ist und die das Übertragungssignal zum Umwandler liefert.

Eine derartige Instrumentenanlage ist aus der US-PS 18 977 bekannt.

Die Verwendung eines Schwingdraht- bzw. Saiten-Meßfühlers als Teil einer modernen Instrumentenanlage setzt voraus, daß ein elektrischer Signalgeber oder -übertrager für den Meßfühler vorgesehen ist, um ein der auf die Saite einwirkenden Kraft entsprechendes, geeignetes Signal zu erzeugen. Bei dem Übertrager nach der US-PS 41 18 977 umfaßt die elektronische

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Schaltung für den Saiten-Meßfühler einen Oszillator, der mit der Saite verbunden ist und mit dieser zur Erder über eine zweiadrige Leitung mit der Saite verbun- zeugung eines Oszillatorsignals mit der Saitenresonanzden ist und Schwingungen auf der Resonanzfrequenz frequenz zusammenwirkt, daß der Umwandler ein Freder Saite induziert, sowie Frequenz/Analog-Wandler- quenz/Analog-Wandler ist und das analoge Meßsignal einrichtungen zur Umsetzung der Oszillatorfrequenz in s durch die Oszillatorfrequenz bestimmt ist und daß die ein entsprechendes Gleichstromsignal, z. B. in der Grö- auf die Größe des Gleichstromsignals ansprechende ßenordnung von 4—20 mA, das sich für die Obertra- Einrichtung derart ausgebildet ist, daß sie eine optische gung zu einer Zentrale über eine zweite zweiadrige Lei- Anzeige der Größe des über die Übertragungsleitung tung signet Bei dieser Anordnung befindet sich die übertragenen Gleichstromsignals liefert elektronische Schaltung üblicherweise unmittelbar ne- io Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform ben dem Meßfühler, doch kann sie auch in einer nicht zu der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es großen Entfernung, die durch die Eigenschaften der mit zeigt

der Saite verbundenen Doppelleitung begrenzt wird, Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Instru-

vom Meßfühler angeordnet sein. mentenanlage,

Die Geber- oder Übertragerschaltung nach der US- 15 F i g. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung PS 41 18 977 enthält auch zusätzliche Signalverarbei- der grundsätzlichen Teile der Anlage nach F i g. 1, tungseinrichtungen zur Maßstabsanpassung bzw. Ska- F i g. 3 ein Schaltbild des Geber- bzw. Übertragerteils

lierung des Gleichstromsignals an einen vorbestimmten der Anlage nach F i g. 2 und

Meßbereich und zur Charakterisierung (Kennzeich- Fig.4 ein detailliertes Schaltbild des Kontrollraum-

nung) des Signals zwecks Gewährleistung einer linearen 20 teils der Anlage nach F i g. 2.

Beziehung zur einwirkenden Kraft Das endgültige F i g. 1 veranschaulicht an der linken Seite einen an

Gleichstrom-Meßsignal kann daher kompatibel mit den der Meßstelle montierten Meßfühler 10 in Form eines Vorrichtungen bestehender Instrumentenanlagen ver- Differentialdruck- bzw. Druckdifferenzmeßgeräts vom wendet werden, die ähnliche Gleichstrom-Meßfühlersi- Schwingdraht· bzw. Saitentyp, wie es häufig für die gnale, Steuer- oder Regelsignale und dergleichen verar- 25 Messung von Strömungsmengen oder Durchsatzmenbeiten. gen von Strömungsmitteln eingesetzt wird. Kurz gesagt.

Obgleich sich die beschriebene bisherige Übertrager- weist dieses Gerät einen straff eingespannten Draht auf, vorrichtung als zufriedenstellend arbeitend erwiesen der entsprechend dem gemessenen Differentiaidruck hat sind dennoch Verbesserungen in bestimmten, wich- unter Zugspannung gesetzt wird, so daß seine Resotigen Punkten wünschenswert Beispielsweise hat es 30 nanzfrequenz eine Funktion des Differentialdrucks bzw. sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Aufwand an der Druckdifferenz ist Dieser Schwingdraht bzw. die Elektronik am Ort des Übertragers zu verkleinern. Saite ist mit einer Oszillatorschaltung gekoppelt die Ebenso hat es sich als ziemlich erstrebenswert erwiesen, einen Teil einer Übertragereinheit 12 bildet und vorgezusätzliche informationen auf demselben Übertra- sehen ist, um körperliche Schwingungen in der Saite auf gungskanal zwischen der Feldstation und der Zentrale 3s deren Resonanzfrequenz zu induzieren, oder Zentralstation übertragen zu können. Weiterhin Der Übertrager 12 ist Ober eine zweiadrige Übertra-

hat die Erfahrung die Notwendigkeit dafür aufgezeigt, gungsleitung 14 mit einer Signalempfangsausrüstung in am Übertrager eine einfache und kostensparende Ein- einer entfernt gelegenen Zentralstation bzw. Zentrale richtung vorzusehen, welche dem Meßstellen-Bedie- verbunden, beispielsweise in einem Kontrollraum, der nungspersonal die Istgröße des Meßwerts anzeigt, wie 40 sich in einer Entfernung von bis zu etwa 1525 m von der sie im entfernt gelegenen Schalt- oder Kontrollraum Feld- bzw. Meßstelle befinden kann. Bei der dargestellcrscheint Die Erfindung bezieht sich nun auf Verbesse- ten Ausführungsform (F i g. 1) enthält die Kontrollraumrungen in dieser und anderer Hinsicht ausrüstung eine Leiterplatte 16, auf welcher Schaltkrei-Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- se zur Durchführung der Signalverarbeitung und andesteht somit darin, eine Instrumentenanlage mit einer 45 rer noch zu beschreibender Funktionen vorgesehen Meßstation und einer Zentralstation der anfangs ge- sind. Die Doppelleitung überträgt zum Kontrollraum nannten Art zu schaffen, die es mit möglichst geringem ein schnelles variierendes Signal, das als Übertrager-Os-Aufwand gestattet, die gleichzeitige Übertragung eines zillatorausgangssignal abgenommen wird, so daß die Meßsignals von der Meßstation zur Zentralstation und Frequenz dieses Wechselsignals der Zugspannung des eines vom Meßsignal abhängigen Signals von der Zen- 50 Schwingdrahts bzw. der Saite entspricht, wobei diese tralstation zur Meßstation vorzunehmen. Zugspannung ihrerseits der einwirkenden und zu mes-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, senden Kraft entspricht Eine Schaltung auf der Leiterdaß eine Gleichstromsignaleinrichtung vorgesehen ist, platte 16 wandelt dieses »unaufbereitete« Wechselsidie auf der Übertragungsleitung ein dem analogen Meß- gnal in ein analoges Meßsignal in der Größenordnung signal entsprechendes Gleichstromsignal erzeugt, und 55 vonO—10 V um, das entsprechend verarbeitet wird, um daß eine Einrichtung mit der zweiadrigen Übertra- eine genaue Messung der Druckdifferenz zu liefern, gungsleitung verbunden ist, die auf die Größe des Dieses Analogsignal wird einem weiteren Ausrüstungs-Gleichstromsignals anspricht wodurch Informationen teil der Gesamtanlage gemäß Fig. 1 zugeführt, welcher bezüglich des analogen Meßsignals gleichzeitig mit dem zur Vereinfachung als an sich bekannte Anzeigevorrich-Übertragungssignal über die Übertragungsleitung βο tung 18 veranschaulicht ist

übertragbar sind. Gemäß einem Merkmal der Erfindung führt die zwei-

Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Anlage be- adrige bzw. Doppelleitung 14 eine Gleichstromkomposteht darin, daß das Verfahrenszustandsmeßelement ein nente eines endlichen Mittelwerts, und die Übertrager-Kraftmeßfühler mit einer schwingfähigen Saite ist, die in schaltung an der Meßstelle enthält Einrichtungen, wel-Abhängigkeit von einer Eingangskraft unter Zugspan- 65 ehe diese Mittelwert-Gleichstromkomponente zur Lienung setzbar ist, so daß die Resonanzfrequenz der Saite ferung des gesamten elektrischen Arbeitsstroms für den ein Maß für die einwirkende Kraft darstellt, daß der Oszillator ausnutzen und gleichzeitig an die Doppellei-Signalgenerator durch einen Oszillator dargestellt ist, tung das schnell variierende Spannungssignal entspre-

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chend der Frequenz der Saitenschwingung anlegen. neten Schaltungselemente am Übertrager 12 dient

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Die schnell variierende bzw. hochfrequente Wechsel-Größe der durchschnittlichen bzw. Mittelwertkompo- spannung vom ersten Reihenkreis 40 wird über die nente des Gleichstroms auf der Doppelleitung 14 mit Doppelleitung 14 und einen Doppelkondensalor 62 zu vergleichsweise niedriger Frequenz (z.B. zwischen 0 5 einer allgemein mit 64 bezeichneten Signalverarbei- und 5 Hz) steuerbar, so daß auf diese Weise zusätzliche tungsschaltung geliefert. Diese Schaltung führt verInformationen zwischen den beiden Stationen übertra- schiedene, getrennte Funktionen zur Umwandlung des gen werden können. In bevorzugter Ausführungsform unverarbeiteten Wechselsignals vom Übertrager 12 in vermag die im Kontrollraum vorgesehene Schaltung die ein entsprechend bzw. einwandfrei aufgearbeitetes ana-Mittelwert-Gleichstromkomponente entsprechend der io loges Meßsignal durch, das mit den anderen, in der geGröße des endgültigen, analogen Meßsignals zu variie- samten Instrumentenanlage verwendeten Informationsren, nämlich des geeichten und linearisierten Signals, das und Steuersignalen kompatibel bzw. vereinbar ist
aus dem unaufbereiteten Meßsignal vom Übertrager 12 Die Signalverarbeitungsschaltung 64 umfaßt, genauer abgeleitet worden ist. Diese modifizierte Analogsignal- gesagt, einen Frequenz/Analog-Wandler 70 zur Liefeinformation steht auf diese Weise an der entfernt gele- 15 rung eines Analogsignals, das der Frequenz des auf der genen Meßstelle zur Verfügung und kann beispielswei- Doppelleitung i4 eingehenden Wechselsignais properse zur Ansteuerung eines Sichtanzeigegeräts benutzt tional ist Weiterhin enthält die Signalverarbeitungswerden, beispielsweise des bei 20 angedeuteten Strom- schaltung eine Signalcharakterisiereinrichtung 72, welmeßgeräts. Die Lieferung dieser Information zur Meß- ehe die vom Übertrager 12 gelieferten Signaldaten zur stelle kann das Bedienungspersonal bei der Sicherstel- 20 Gewährleistung einer linearen Beziehung zwischen der lung einer einwandfreien Arbeitsweise der Anlage un- Größe des endgültigen Meßsignals und der Größe der terstützen. auf die Saite einwirkenden Kraft behandelt Weiterhin Gemäß F i g. 2, in welcher die Meßanlage näher ver- enthält die Signalverarbeitungsschaltung eine Skalieranschaulicht ist, ist der Meßfühler 10 symbolisch durch einrichtung 74, welche die Null- und Bereichskennlinien den Schwingdraht bzw. die Saite 30 veranschaulicht, die 25 des endgültigen Meßsignals einstellt, um bei der dargezwischen Haltern 32 und 34 verspannt und über einen stellten Ausführungsform, genauer gesagt ein Span-Transformator 36 elektrisch an einen Oszillator 38 an- nungssignal in der Größenordnung von 0—10 V zu ergekoppelt ist Dieser Oszillator liefert in an sich bekann- zeugen.

ter Weise Energie zur Saite 30, um diese auf ihrer Reso- Das endgültige analoge Meßsignal vom Signalverarnanzfrequenz schwingen zu lassen, welche ihrer Zug- 30 beitungsausgang 76 wird einer Differentialsummiervorspannung entspricht richtung 80 zusammen mit einem Gleichspannungssi-An den Oszillator 38 sind zwei Schaltungen 40 und 42 gnal eingegeben, das vom Emitter-Widerstand 52 über angeschlossen, die ihrerseits in Reihe miteinander und in ein Filter 82 geleitet worden ist
Reihe mit der Doppelleitung 14 geschaltet sind. Am an- Der Differentialausgang der Summiervorrichtung ist deren Ende der Doppelleitung ist die eine Ader 14Λ 35 mit einem Verstärker 84 verbunden, welcher die Basis über einen Widerstand 44 an eine positive Spannungs- des Konstantstromquellen-Transistors 50 ansteuert quelle angeschlossen. Die andere Leitungsader 14ß ist Diese Schaltung gewährleistet eine Rückkopplungsüber eine Konstantstromquelle 48 mit einem Transistor steuerung, durch welche der Strom über den Transistor 50 und einem Emitter-Widerstand 52 zur Minusklemme 50 kontinuierlich auf eine Größe eingestellt wird, weider Spannungsquelle zurückgeführt Bei dieser Anord- « ehe unmittelbar der Größe des skalierten Meßsignals nung fließt durch die Doppelleitung ein konstanter am Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung 64 entStrom I,y, dessen Größe zum Teil durch den Emitter- spricht bzw. proportional ist

Widerstand 52 bestimmt wird und der durch die an der Da der über den Transistor 50 fließende Strom dersel-Basis des Transistors 50 anliegende Spannung regelbar be ist wie der Strom I,_v auf der Doppelleitung 14, liefert ist 45 dieser Strom am Übertrager 12 eine genaue Informa-Der erste Reihenkreis 40 enthält eine Zenerdiode 54, tion für die tatsächliche Größe des endgültigen Meßsidie mit einem Transistor 56 parallel geschaltet ist, des- gnals, das aus dem unverarbeiteten Wechselmeßsignal sen Basis an die Ausgangsklemme 58 des Oszillators 38 vom Oszillator 38 entwickelt worden ist Dieser Gleichangeschlossen ist Das Oszillator-Ausgangssignal schal- strom fließt über das Meßgerät 20, ym dem Meßstellentet den Transistor 56 mit vergleichsweise hoher Fre- 50 personal eine leicht ablesbare Anzeige für den tatsächliquenz, z. B. im Bereich von 1700—3000 Hz, entspre- chen bzw. Ist-Meßsignalpegel zu liefern, der durch die chend der Schwingfrequenz der Saite 30 abwechselnd Instrumentenaniage im Kontroiiraum eingestellt wurde, zwischen seinem Durchschalt- und Sperrzustand. Wenn Gemäß F i g. 3, welche den Schaltungsaufbau des der Transistor sperrt, fließt der Strom /,„ über die Ze- Übertragers 12 veranschaulicht, ist die Sekundärwicknerdiode 54, die eine Durchbruchspannung von etwa 55 lung des Schwingdraht- bzw. Saiten-Transformator 36 3 V besitzt Wenn der Transistor 56 dagegen durchge- mit einem Oszillatorkreis 38 verbunden, welcher im weschaltet ist, fließt der Strom I,_v über den Transistor, der sentlichen demjenigen nach der eingangs genannten eine Sättigungsspannung von etwa 0,25 V besitzt Die US-PS entspricht Dieser Oszillator enthält einen Diffe-Schaltung 40 legt somit an die Doppelleitungen 14 eine rentialverstärker 90 zur Ansteuerung eines zweiten schnell variierende Wechselspannung mit einer Ampli- 60 Verstärkers 92, dessen Ausgang über geteilte positive tude von etwa 2,75 V. Rückkopplungsstrecken an die Eingänge des Differenti-Ein Teil des an der Doppelleitung liegenden Stroms alverstärkers 90 angekoppelt ist Im Betrieb liefert die- I,v fließt über den zweiten Reihenkreis 42, der eine wei- ser Oszillator an seiner Ausgangsklemme 58 ein Rechttere Zenerdiode 60 enthält Dieser Reihenkreis bzw. die- eck-Wechselsignal mit der Resonanzfrequenz der Saite se Schaltung erzeugt eine Gleichspannung, die aufgrund 65 im Meßfühler 10.

der Charakteristik oder Kennlinie der Zenerdiode auf Das an der Ausgangsklemme 58 erscheinende Rechteine konstante Größe geregelt ist und als Speise- eck-Oszillatorsignal wird über einen Verstärker 96 zu Gleichspannung für den Oszillator 38 und alle zugeord- einem in Darlington-Schaltung angeordneten Transi-

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storschaltkreis 98 mit Transistoren 55 und 56 geleitet. Eingangssignal einem zweiten Kondensator-Schalter-Wie erwähnt ist der Transistor 56 mit einer in Reihe zur kreis 134 eingespeist, welcher dem zuerst beschriebenen Iv Doppelleitung 14 angeordneten Zenerdiode 54 parallel- Schalterkreis ähnlich ist und zwei durch die Schalter- p geschaltet, wobei er an diese Leitung ein Rechteck- Steuersignale A bzw. B angesteuerte Schalter 53 bzw. ?« Wechselspannungssignal mit einer Amplitude von etwa 5 54 aufweist Dieser Kondensator-Schalterkreis erfüllt '?$ 2,75 V anlegt Zur Doppelleitung ist außerdem eine eine Multiplizierfunktion zur Erzeugung eines Strom- φ zweite Zenerdiode 60 in Reihe geschaltet, die aus dem flusses, welcher dem Produkt aus erstens der Ausgangs- & Gleichstrom auf der Doppelleitung eine einseitig ge- spannung des vorgeschalteten Verstärkers und zweitens ψ richtete Spannung entwickelt die als Speisespannung der Frequenz der Schalterbetätigung proportional ist. '^: · für den Oszillator 38 und für alle mit Strom zu versor- io Da das Ausgangssignal des vorgeschalteten Verstärkers |; genden Schaltkreiselemente am Übertrager dient somit der Null-korrigierten Saiten-Resonanzfrequenz fe Gemäß F i g. 4, die in einem Schaltbild die Anordnung (f—h) proportional ist enthält der vom Schalterkreis i§ der Kontrollraumelektronik für die Meßanlage zeigt, 134 erzeugte Strom eine dem Quadrat der Resonanzfrewird das über die Doppelleitung 14 eingehende Recht- quenz proportionale Komponente. eckwellen-Wechselspannungssignal über einen Kon- is Diese vom Kondensator-Schalterkreis 134 erzeugte densator 62 an eine Signalimpuls-Konditionierschaltung Quadratübertragungsfunktion dient zur Charakterisieangelegt die einen Vorverstärker 102 enthält Das Aus- rung des gelieferten Stromsignals zur Ermöglichung eigangssignal dieses Vorverstärkers wird über eine Rei- ner Linearisierung der Beziehung zwischen dem Strom henschaltung aus NOR-Gliedern 104,106,108,110 ge- und dem anliegenden Differentialdruck. Dieser Strom leitet die im wesentlichen der betreffenden Anordnung 20 wird an die eine Eingangsklemme eines zweiten Operagemäß der eingangs genannten US-PS entspricht Die tionsverstärkers 136 angelegt, und er fließt sodann über : Ausgänge der beiden letzten NOR-Glieder 108 und HO einen Gegenkopplungs-Widerstand 138 zu einem an ;' liefern scharfe Rechteckwellen-Schaltersteuersignale Λ den Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Be- | und B, die — wie in F i g. 4 graphisch eingezeichnet — reichseinstellnetz 140. Letzteres enthält ein Einstellpo- - ' zueinander um 180° außer Phase sind. Diese Schalter- 25 tentiometer 142 sowie in Reihe geschaltete Widerstände \\ Steuersignale dienen zur Betätigung bzw. Ansteuerung 144 und 146. ; des Frequenz/Analog-Wandlers zur Entwicklung eines Dem Eingang des zweiten Operationsverstärkers 136 f, analogen Meßsignals aus dem unverarbeiteten Wech- wird außerdem über einen mit dem Kondensator-Schal- f: selsignal auf der Doppelleitung 14. terkreis 134 parallelgeschalteten Widerstand 150 ein ,\ Die Rechteckwellen-Schaltersteuersignale A und B 30 Strom eingespeist welcher der Ausgangsspannung des ■, werden zu Schaltern 5i bzw. & geleitet, die über in Rei- ersten Operationsverstärkers 130, d. h. der Null-korri- ijj henschaltung angeordnete Kondensatoren 112,114 ge- gierten Resonanzfrequenz (f— /0) der Saite proportional |i schaltet sind und diese Kondensatoren bei der Frequenz ist Dieser Strom dient zur weiteren Charakterisierung ig des Wechselsignals auf der Leitung 14 abwechselnd bzw. Kennzeichnung des dem zweiten Operationsver- g kurzschließen. Die obere Klemme des oberen Konden- 35 stärkers 136 zugeführten Gesamtstromsignals zur Ge- jg sators 112 wird über einen Widerstand 116, der mit einer währleistung einer Verfeinerung der Linearisierung der Si geregelten Bezugsspannungsquelle Vr verbunden ist, Beziehung zwischen dem Signal und dem anliegenden % mit Strom gespeist Ein parallelgeschaltetes Potentio- Differentialdruck. i| meter 118 und ein Trennwiderstand 120 sorgen für eine Die Ausgangsspannung dieses Operationsverstärkers $ Ableitung eines einstellbaren, kleinen Anteil dieses 40 136 beträgt Null, wenn am Meßfühler 12 ein Differenti- gj Stroms zur Ermöglichung eines »Null-Abgleichs« der aldruck bzw. eine Druckdifferenz gleich Null anliegt Bei β Instrumentenanlage auf noch zu beschreibende Weise. Eingangssignalen einer endlichen Größe enthält das <| Wie in der US-PS 41 88 977 beschrieben, wird durch Verstärker-Ausgangssignal zwei frequenzabhängige =| Betätigung der Schalter 5₁ und 5j der vom Widerstand Komponenten, von denen die eine dem Quadrat der ^ 116 aufgenommene Strom mit einer Frequenz absor- 45 Saiten-Resonanzfrequenz und die andere der ersten Po- ψ; biert welche der Resonanzfrequenz der Schalterbetäti- tenz dieser Resonanzfrequenz proportional ist Diese _¥? gung proportional ist Der vom Widerstand 116 aufge- beiden Komponenten gewährleisten eine sehr enge ji nommene Überschußstrom, d. h. der Strom, der nicht oder genaue Charakterisierungsanpassung an die nicht jj vom Kondensator-Schalterkreis absorbiert oder über lineare Beziehung zwischen der anliegenden oder ein- |ä das Nullabgleichpotentiometer 118 abgezweigt wird, 50 wirkenden Kraft und der Resonanzfrequenz der Saite, £i wird zu einer Klemme eines Operationsverstärkers 130 so daß an Ausgangsklemmen 160 eine Ausgangsspan- ψ geleitet und fließt dann über einen negativen bzw. Ge- nung erscheint, die sich im wesentlichen in bezug auf j?5 genkopplungswiderstand 132, der um diesen Verstärker den auf den Meßfühler 10 einwirkenden Differentialherum geschaltet ist Bei der Einstellung der Vorrich- druck linear ändert

tung für den Betrieb wird das Nullabgleichpotentiome- 55 Die Ausgangsspannung an den Klemmen 160 steuert

ter 118 so eingestellt daß eine Strommenge abgezweigt außerdem einen Gegenkopplungskreis 162 zur Steue-

wird, bei welcher eine Verstärker-Ausgangsspannung rung oder Einstellung des in der Doppelleitung 14 flie-

gleich Null geliefert wird, wenn am Meßfühler 10 eine ßenden Gleichstroms an. Zu diesem Zweck wird die

Null betragende Druckdifferenz anliegt Unter diesen Ausgangsspannung zu einem allgemein mit 164 bezeich-

Bedingungen besaß der Schwingdraht bzw. die Saite 30 60 neten Widerstandsnetz geleitet, das außerdem an die

bei einem (bereits gebauten) Meßfühler bei einer Ein- Bezugsspannung Vr und an eine —15 V-Sammelschiene

gangskraft gleich Null eine Resonanzfrequenz von etwa angeschlossen ist, um eine Umsetzung des Ausgangssi-

1700Hz. gnals von 0—10 V auf einen Bereich durchzuführen,

Bei dieser Anordnung ist das Ausgangssignal des Ver- welcher dem Bereich des Leitungsstroms von 4—20 mA

stärkers 130 eine Gleichspannung, welche der Differenz 65 angepaßt ist Die resultierende umgesetzte bzw. umge-

zwischen der tatsächlichen Resonanzfrequenz der Saite wandelte Spannung wird über eine Leitung 166 dem

und ihrer Nulleingang-Resonanzfrequenz (f—k) unmit- einen Eingang eines Spannungs/Strom-Wandlers 168

telbar proportional ist Diese Gleichspannung wird als aufgeprägt der als Differentialsummiervorrichtung (vgl.

80 in F i g. 2) dient Der andere Eingang des Wandlers wird mit einer Spannung gespeist, die über ein Verhältnis(einstell)-Netz 170 mit geeigneten, nicht dargestellten Filterelementen vom oberen Ende des Emitter-Widerstands 52 der Konstantstromquelle 48 geliefert wird. Das Ausgangssignal des Wandlers 168 steuert ein in Darlingtonschaltung angeordnetes Transistorpaar SO, 51 zur Steuerung oder Regelung des Leitungsstroms über den Widerstand 52 an, so daß dieser Strom der Ausgangsspannung an den Klemmen 160 folgt Das Meßgerät 20 am Übertrager 12 liefert somit eine unmittelbare Meßstellenanzeige für die tatsächliche bzw. Ist-Größe des an der Ausgangsklemme 160 entwickelten endgültigen Analog-Meßsignals.

Bezüglich der spezifischen Schaltungseinzelheiten der Signalverarbeitungsvorrichtung im Kontrollraum ist darauf hinzuweisen, daß die Bezugsspannung Vr durch eine Zenerdiode 170 geliefert wird, die von der —15 V-Sammelschiene aus gespeist wird und zur Erzeugung einer Bezugsspannung von etwa 9 V dient. Diese Zenerdiode ist durch zwei in Reihe geschaltete Dioden 172 und 174 überbrückt deren Verbindungspunkt bzw. Verzweigung 176 mit dem (gemäß F i g. 4) rechten Ende eines an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers 130 angeschlossenen Widerstands verbunden ist um zu verhindern, daß die Spannung an diesem Punkt im nachgeschalteten Kondensator-Schalterkreis 134 den sicheren Bereich für die Schalter 53 und S 4 übersteigt An beiden Kondensator-Schalterkreisen sind Kondensatoren 178 und 180 zur Ausfilterung der von der Schalterbetätigung herrührenden Hochfrequenz-Komponenten vorgesehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Instrumentenanlage mit einem Verfahrenszustandsmeßelement, das auf den Wert einer variablen Verfahrensgröße anspricht, mit einem an das Verfahrenszustandsmeßelement gekoppelten Signalgenerator zur Erzeugung eines Übertragungssignals mit einer von der variablen Verfahrensgröße abhängigen Charakteristik, mit Signalverarbeitungseinrichtungen (64, 72, 74; 102,104, 106,108,110), die einen Umwandler (70; 134,136,130,150, Si, S* 108) enthalten, zur Erzeugung eines analogen Meßsignals entsprechend der genannten Charakteristik und mit einer zweiadrigen Übertragungsleitung (14), die an einem Ende mit dem Signalgenerator und am anderen Ende mit den Signalverarbeitungseinrichtungen verbunden ist und die das Übertragungssignal zum Umwandler liefert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromsignaleinrichtung (168, 50,51,52,48, 80,82, 84) vorgesehen ist, die auf der Übertragungsleitung (14) ein dem analogen Meßsignal entsprechendes Gleichstromsignal erzeugt, und daß eine Einrichtung (20) mit der zweiadrigen Übertragungsleitung (14) verbunden ist, die auf die Größe des Gleichstromsignals anspricht, wodurch Informationen bezüglich des analogen Meßsignals gleichzeitig mit dem Übertragungssignal über die Übertragungsleitung (14) übertragbar sind.

2. Instrumentenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahrenszustandsmeßelement (10) ein Kraftmeßfühler mit einer schwingfähigen Saite (30) ist, die in Abhängigkeit von einer Eingangskraft unter Zugspannung setzbar ist, so daß die Resonanzfrequenz der Saite (30) ein Maß für die einwirkende Kraft darstellt, daß der Signalgenerator durch einen Oszillator (38) dargestellt ist, der mit der Saite (30) verbunden isi und mit dieser zur Erzeugung eines Oszillatorsignals mit der Saitenresonanzfrequenz zusammenwirkt, daß der Umwandler ein Frequenz/Analog-Wandler (70,134,136,130,150, Si, S2, 178) ist und das analoge Meßsignal durch die Oszillatorfrequenz bestimmt ist und daß die auf die Größe des Gleichstromsignals ansprechende Einrichtung (20) derart ausgebildet ist, daß sie eine optische Anzeige der Größe des über die Übertragungsleitung (14) übertragenen Gleichstromsignals liefert

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmeßfühler (10) in einer Feld- bzw. Meßstation und die Signalverarbeitungseinrichtung (64, 72, 74; 102,104,106,108,110) in einer Zentralstation bzw. Zentrale angeordnet sind, daß das Gleichstromsignal ein live-zero-Signal ist, bei dem die zweiadrige Übertragungsleitung (14) ständig von einem Strom mit einem nicht unter einer vorbestimmten Größe liegenden Pegel durchflossen wird, und daß an einem Übertrager (12) eine Stromversorgung vorgesehen ist, die im Zusammenwirken mit dem Gleichstromsignal eine einseitig gerichtete Speisespannung zur Versorgung aller mit Strom zu speisenden Elemente am Übertrager (12) liefert.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen (64, 72, 74) weiterhin eine Skaliereinrichtung (74) zur Lieferung eines analogen Meßsignals mit vorbestimmter Null- und Bereichs-Charakteristik aufweisen.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich-

net, daß die Skaliereinrichtung (74) das analoge Signal mit einer Nullgröße liefert, welche einer Null betragenden, auf den Kraftmeßfühler (10) einwirkenden Kraft entspricht

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen (64, 72, 74) weiterhin eine Linearisierungseinrichtung (72) zur Gewährleistung einer linearen Beziehung zwischen dem Analogsignal und der einwirkenden Kraft aufweisen.

7. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gleichstromsignal liefernde Einrichtung eine regelbare Konstantstromquelle (48) umfaßt

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromquelle (48) einen mit der zweiadrigen Übertragungsleitung (14) in Reihe geschalteten und einen Emitter-Widerstand (52) aufweisenden Transistor (50) umfaßt und daß die das Gleichstromsignal liefernde Einrichtung zusätzlich Mittel (80, 82, 84) zum Vergleichen des Pegels der Spannung über den Widerstand mit der Größe des analogen Meßsignals sowie zur kontinuierlichen Einstellung des Potentialunterschieds zwischen der Basis des Transistors (50) und dem abgewandten Ende des Emitter-Widerstands (52) aufweist, um ein Nachfolgen des Gleichstroms gegenüber dem analogen Meßsignal zu gewährleisten.

9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (12) eine Einrichtung (54,56) aufweist, die an die zweiadrige Übertragungsleitung (14) ein Wechselspannungssignal anlegt, ohne die Größe des über die Konstantstromquelle (48) fließenden Stroms zu beeinträchtigen.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das Spannungssignal anlegende Einrichtung eine mit der Übertragungsleitung (14) in Reihe geschaltete Zenerdiode (54) und einen mit dieser parallel geschalteten und durch den Oszillator (38) betätigten bzw. angesteuerten Schalter (56) umfaßt