DE825225C

DE825225C - Verfahren zur Mehrfachuebertragung von Messwerten

Info

Publication number: DE825225C
Application number: DED2712A
Authority: DE
Inventors: Jean Rene Henri Dutilh
Original assignee: JEAN RENE HENRI DUTILH
Current assignee: JEAN RENE HENRI DUTILH
Priority date: 1949-05-10
Filing date: 1950-05-07
Publication date: 1951-12-17
Also published as: NL82304C; FR1011849A; GB668453A; BE494965A; NL152770C; CH285783A; US2597088A; GB711266A; CH287731A

Description

(WIGBLS. 175)

AUSGEGEBEN AM 17. DEZEMBER 1951

D 2712VIIIb174b

Die Erfindung bezieht sich auf ein System der Fernmessung, welches mehrere Geberstationen und eine einzige zentrale Empfängerstation umfaßt, die durch ein Zweileiterkabel beliebiger Länge an jede der Geberstationen angeschlossen werden kann und wobei der zu übertragende veränderliche Meßwert bei jeder Geberstation durch den Wert eines bestimmten Widerstandes dargestellt wird.

Es sind Systeme dieser Art bekannt, bei welchen der zu übertragende veränderliche Wert bei einer Geberstation durch das Verhältnis zweier Widerstände dargestellt wird und wobei jede Halbwelle eines Wechselstromes einen anderen Weg zu durchlaufen hat, und zwar die eine Halbwelle durch den einen Widerstand und die andere Halbwelle durch den anderen Widerstand. Diese Systeme werden mit konstanter Wechselspannung gespeist, und der zu übertragende veränderliche Wert wird an der Empfangsstation entweder durch das Verhältnis der Wechselströme jeder Halbwelle oder durch die Differenz dieser Ströme dargestellt.

Bei diesen Systemen hängt die Stromstärke jeder Halbwelle nicht nur von den Widerständen ab, die sie auf der Geberstation durchquert, sondern gleichfalls von dem Widerstand der Leitung, welche den Geber mit dem Empfänger verbindet. Jeder Strom einer gegebenen Halbwelle ist umgekehrt proportional der Summe des von ihm durchlaufenen Meß-

Widerstandes und des Widerstandes der Leitung. Der bei der Messung erhaltene Wert, ob er sich nun aus dem Verhältnis oder der Differenz von zwei Strömen entgegengesetzter Polarität ergibt, ist eine Funktion des Widerstandes der Leitung. Es geht also daraus hervor, daß der Widerstand der Leitung eine Rolle bei'der Eichung des Systems spielt und daß sich solche Systeme nicht zur aufeinanderfolgenden Anschaltung mehrerer Geber an einen ίο zentralen Empfänger eignen.

Ziel und Gegenstand der Erfindung ist es, ein System der Fernmessung der beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem die Messung unabhängig von dem Widerstand der Leitung ist.

¹S Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine zentrale Empfängerstation für die Fernmessung zu schaffen, die nacheinander und ohne Regelung auf verschiedene Geberstationen geschaltet werden kann, die von der Empfängerstation verschieden entfernt sind.

Das Verfahren zur Mehrfachübertragung von Meßwerten gemäß der Erfindung besteht darin, daß von der Empfangsstation zu der jeweils angeschlossenen Geberstation aufeinanderfolgende Impulse

as von Strömen geschickt werden, die gleiche Stromstärke, aber entgegengesetzte Polarität aufweisen und von einem Generator für konstante Stromstärke geliefert werden; an jeder Geberstation ist eine Anordnung vorgesehen, die durch die Ströme verschiedener Richtung so beeinflußt wird, daß nur der Strom einer bestimmten Polarität den Widerstand, welcher den zu übertragenden veränderlichen Meßwert darstellt, durchfließt und daß der Strom entgegengesetzter Polarität durch einen Kurzschluß dieses Widerstandes geht; durch ein Meßgerät in der Art eines Voltmeters an den Klemmen des Empfängers wird der Unterschied der Spannungen für jeden der Ströme entgegengesetzter Polarität gemessen.

Das Voltmeter kann unmittelbar hinter dem Polaritätswandler oder zwischen Generator und Wandler angeordnet werden.

In dem ersten Falle haben die beiden von den Strömen entgegengesetzter Polarität entwickelten Spannungen entgegengesetzten Sinn. Wenn die Dauer der positiven Stromimpulse die gleiche ist wie die Dauer der negativen Impulse, dann mißt das Voltmeter den mittleren Wert dieser beiden Spannungen, der proportional dem zu übertragenden Widerstand ist.

Im zweiten Falle haben die beiden Spannungen gleiches Vorzeichen, und das Voltmeter muß die Differenz der erwähnten Spannungen messen. Zu diesem Zweck wird die eine der Spannungen in einem Kondensator gespeichert, während die andere gemessen wird, indem man den erwähnten Kondensator mit den Klemmen des Voltmeters in Reihe schaltet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, und zwar erfolgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin

Abb. ι eine Gesamtanordnung der Fernmeßeinrichtung darstellt, bei welcher die Mittel zum Kurzschluß des Meßwiderstandes auf der Geberstation aus einem polarisierten Relais bestehen;

Abb. 2 gibt ein Beispiel für einen Generator, der einen konstanten Strom liefert;

Abb. 3 ist eine Gesamtanordnung der Fernmeßeinrichtung, bei welcher die Mittel für den Kurzschluß des Meßwiderstandes auf der Geberstation aus Gleichrichtern bestehen;

Abb. 4 ist eine Variante der Abb. 1, bei welcher das Voltmeter zwischen dem Generator für konstanten Strom und dem Polaritätswandler angeordnet wird;

Abb. 5 zeigt schematisch den Einbau des Voltmeters in die Variante der Abb. 4.

In der Abb. 1 ist 1 die zentrale Empfangsstation, 2 eine der Geberstationen.

Der zu messende Widerstand 3, welcher ein Eichwiderstand sein kann, ist mit der Wicklung für den Antrieb eines polarisierten Relais 4 in Reihe geschaltet und an die Enden 5 und 6 der Leitung 18 angeschlossen, welche Station 2 mit Station 1 verbindet.

Jede Geberstation ist mit der zentralen Empfangsstation ι durch ein Zweileiterkabel verbunden. In der Abbildung sind drei Geberstationen 2,2' und 2" dargestellt, welche durch die Leitungen i8, _go 18'und 18" bedient werden.-Diese Leitungen münden an den Kontakten 19 bis 20, 19' bis 20' und 19" bis 20" eines Drehschalters, dessen bewegliche Arme 37 von Hand mit Hilfe des Rändelknopfes 38 bewegt werden können. In jeder ihrer Stellungen verbinden die beweglichen Arme die Eingangsklemmen 11 bis 12 der zentralen Empfangsstation 1 mit einer der Leitungen 18, 18' oder 18".

An der Empfangsstation ist durch 8 ein Generator für die Lieferung eines konstanten Stromes J₀ dargestellt und durch 9 ein Drehwandler, der durch einen Motor 10 mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Der Motor 10 treibt den Wandler 9 über ein Ritzel 39 und die Schnecke 40. Die Aufgabe dieses Wandlers ist, die Richtung des Stromes /₀, der zwischen den Punkten 11 und 12 in die Leitung geschickt wird, in regelmäßiger Weise umzukehren. Ein zwischen 11 und 12 geschaltetes Voltmeter 14 zeigt den Mittelwert der zwischen diesen beiden Punkten herrschenden Spannung an.

Generatoren zur Lieferung von konstantem Strom sind in der Technik wohlbekannt. Zur Vervollständigung ist ein derartiger Generator in der Abb. 2 dargestellt. Er besteht aus einer Pentodenröhre 31, deren Steuergitter 32 durch den Kathodenwiderstand 33 von der Größenordnung von 3000 Ohm polarisiert wird. Die Anode wird durch die Batterie 34 auf ein Potential von 250 Volt gebracht, und zwar über den zwischen 11 und 12 geschalteten Ladewiderstand von der Größenordnung von einigen tausend Ohm, gebildet durch die Leitung 18 und die Empfangsstation 2. Das Schirmgitter 36 wird durch die Batterie 35 auf ein Potential von 100 Volt gebracht. Unter diesen Verhältnissen erhält man zwischen 11 und 12 einen Strom von etwa 4 Milliampere.

Es sei ± I₀ der konstante in der Leitung

fließende Strom: Wenn /₀ negativ ist, dann schließt das Relais den Kontakt 7, welcher den Widerstand 3 kurzschließt; wenn /₀ positiv ist, wird der Kontakt geöffnet.

R_L soll der Widerstand der Leitung, R_R der Widerstand des Relais 4 und R_x der Wert des Widerstandes 3 sein.

Während der positiven Halbwelle hat man, wenn mit E die Spannung zwischen 11 und 12 bezeichnet wird:

E₁ = I₀(R^R_x +R_x), während die negative Halbwelle

ergibt.

Wenn die Zeitkonstante des Voltmeters im Verhältnis zur Periode der Impulse groß ist, dann zeigt das Voltmeter den Durchschnitt dieser beiden Werte an, nämlich

E = '/2I₀ R_x.

Die Anzeige des Voltmeters ist also proportional dem Wert des zu messenden Widerstandes und hängt weder von dem Widerstand des Relais, noch von dem Widerstand der Leitung ab.

In der Ausführungsform der Abb. 3 besteht die Meßstation ganz einfach aus einem Trockengleichrichter 13 und dem zu messenden Widerstand 3, die zwischen den Klemmen 5 und 6 der ankommenden Leitung parallel geschaltet sind. Man nimmt von dem Gleichrichter an, daß bei ihm die Impedanz mit Bezug auf R_x für die negativen Halbwellen vernachlässigt werden kann, während für die positiven Halbwellen die Impedanz mit Bezug auf R_x sehr groß ist.

Unter diesen Verhältnissen ist der zwischen 5 und 6 gemessene Widerstand praktisch gleich Null, wenn /₀ negativ ist, dagegen praktisch gleich R_x, wenn I₀ positiv ist.
Man sieht, daß

E₁ = I₀(R^R_x), wenn I₀ positiv ist und

2 Λ>

wenn I₀ negativ ist, und daraus ergibt sich wie im vorhergehenden Fall schließlich

Die vorhergehende Rechnung vernachlässigt die gegenelektromotorische Kraft des Trockengleichrichters 13. Man könnte die Fehlerquellen, die auf diese elektromotorische Gegenkraft zurückzuführen sind, dadurch eliminieren, daß man zwischen die Punkte 15 und 16 eirren mit dem Gleichrichter 13 identischen Gleichrichter 17, jedoch im umgekehrten Sinne schaltet. Dieser Gleichrichter 17 ist in der Abb. 3 gestrichelt angedeutet.

Bei den in den Abb. 1 und 3 dargestellten Systemen hängt die Genauigkeit der Messungen augenscheinlich von der Genauigkeit ab, mit welcher die Gleichheit der Stromstärken und der Dauer der positiven und negativen Stromimpulse durchgeführt werden kann und dazu ist im allgemeinen eine Präzisionseiurichtung erforderlich.

Bei den nachstehend beschriebenen Systemen wird die Genauigkeit der Messungen nicht von der ungleichen Dauer der Impulse konstanten Stroms beeinflußt.

In der Abb. 4 ist wie vorher die Empfangsstation mit i, die Meßstelle mit 2 bezeichnet. Diese ist ähnlich derjenigen der Abb. 1. In der Empfangsstation befindet sich das Voltmeter vor dem Polaritätswandler des Stroms und nicht hinter ihm wie bei den vorhergehenden Schaltungen.

In der Empfangsstation hat man bei 8 den Generator für konstanten Strom und in 23_%einen Wandler, der durch einen Schalter 24 für zwei Stellungen betätigt werden kann. Die Aufgabe dieses Wandlers ist es, durch die Betätigung des Schalters 24, die Richtung des zwischen den Punkten 11 und 12 in die Leitung gesandten Stroms umzukehren. In der Ruhelage des Schalters fließt der Strom im negativen Sinn.

Das Voltmeter 28, das im Vergleich zu /„ einen zu vernachlässigenden Stromverbrauch besitzt, ist zwischen die Ableitungsklemmen 21 und 22 des Generators 8 geschaltet.

Die Spannung zwischen den Punkten 21 und 22 ist gleich

wenn der Schalter in der Ruhelage ist (negativer Strom), und

E₁ = I₀(Rl +Rr +Rx),

wenn der Schalter in der Betriebslage ist (positiver Strom).

Die Änderung AE = E₂ — E₁ der Spannung ist also gleich I₀ R_x; daraus ist dann leicht abzuleiten

R_x =

Um die Messung des E zu erleichtern, wird die Eichung des Voltmeters 28 von Hand oder automatisch so geregelt, daß seine Anzeige auf Null zurückgebracht wird, wenn der Schalter 24 sich in der Ruhelage, entsprechend dem geschlossenen Kontakt 7, befindet. Die Ablesung auf der Skala 28, wenn der Schalter 24 in der Betriebslage ist, ergibt dann einen Meßwert proportional zu R_x.

In der Abb. 5 sind außer den vorher angeführten Organen noch eine Kapazität 25 und in 26 und 27 zwei zusätzliche Kontakte dargestellt, die ebenfalls von dem Schalter 24, welcher den Wandler betätigt, gesteuert werden. Die Aufgabe dieser Kontakte ist es: In der Ruhelage des Schalters 24 (Kontakt 7 geschlossen) das Voltmeter 28 kurzzuschließen und die Kapazität 25 zwischen die Klemmen 21 und 22 des Generators 8 zu schalten; die Kapazität 25 lädt sich dann bei der Spannung E₁ in einer Zeit auf, welche als vernachlässigbar betrachtet werden kann, da der Ladestromkreis keinen anderen Widerstand als den der Stromquelle 8 umfaßt; ferner in der Betriebslage (Kontakt 7 geöffnet), das Voltmeter und die aufgeladene Kapazität in Reihe zwischen die Klemmen 21 und22 zu schalten.

Unter diesen Verhältnissen ist die Spannung an den Klemmen des Voltmeters:

Die vorliegende Erfindung ist im vorstehenden an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Claims

Patentansprüche:
5

i. Verfahren zur Mehrfachübertragung von Meßwerten, bei dem die Meßwerte durch die Größe eines Widerstandes dargestellt werden und die Empfangsstation und die verschiedenen

ίο Meßstellen durch Zweileiterkabel von beliebiger

Länge nacheinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung von der Empfangsstation aus aufeinanderfolgende Stromimpulse geschickt werden, die unter sich von gleicher Stromstärke, aber von wechselnder Polarität sind, daß der zu messende Widerstand bei einem Stromimpuls von der einen Polarität in Reihe in die Leitung geschaltet wird und bei einem Stromimpuls von der anderen Polarität dieser Widerstand kurzgeschlossen wird, und daß an der Empfangsstation die Differenz der entwickelten Spannungen gemessen wird, wobei diese Differenz proportional dem zu messenden Widerstand ist.
2. Fernmeßeinrichtung für die Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese an der Empfangsstation einen Stromgenerator für konstante Stromstärke, einen Strompolaritätswandler, zwei Anschlußklemmen mit einem Zweileiterkabel, ein Voltmeter für die Messung der Differenz der Spannungen, welche an den Klemmen der Empfangsstation durch die Stromimpulse entgegengesetzter Polarität entwickelt werden, und an der Geberstation einen Meßwiderstand, der mit der Verbindungsleitung in Reihe geschaltet ist, sowie eine Kurzschlußvorrichtung des Meßwiderstandes, gesteuert durch Mittel, welche auf die Stromrichtung ansprechen, aufweist.
3. Fernmeßeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kurzschließen aus einem polarisierten Relais bestehen, welches mit der Leitung und dem Meßwiderstand in Reihe geschaltet ist.
4. Fernmeßeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kurzschließen aus einem Gleichrichter bestehen, der mit dem Meßwiderstand parallel geschaltet ist.
5. Fernmeßeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Voltmeter zwischen dem Polaritätswandler und der Fernleitung angeordnet ist und den Mittelwert der beiden Spannungen entgegengesetzten Vorzeichens mißt, die an den Klemmen der Leitung durch die aufeinanderfolgenden Stromimpulse entgegengesetzter Polarität und von gleicher Dauer entwickelt werden.
6. Fernmeßeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Voltmeter zwischen dem Generator für konstanten Strom und dem Polaritätswandler angebracht ist und die Differenz der beiden Spannungen gleichen Vorzeichens mißt, die an den Klemmen des Generators· durch die aufeinanderfolgenden Stromimpulse entgegengesetzter Polarität entwickelt werden und von einer Dauer sind, die unter sich ungleich sein kann.
7. Fernmeßeinrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Differenz zweier Spannungen gleichen Vorzeichens gemessen wird, gekennzeichnet durch eine Kapazität, die an den Klemmen des Generators für konstanten Strom angeordnet ist und die sich während des Impulses einer gegebenen Polarität auflädt und während des Impulses der anderen Polarität mit dem Voltmeter' derart in Reihe geschaltet wird, daß das Voltmeter lediglich die Differenz zwischen der für die Kapazität verzeichneten Spannung und der Spannung mißt, welche durch den zweiten Stromimpuls an den Klemmen des Generators entwickelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2557 12.