EP0817149B1 - Schaltung zur Übertragung eines Messstroms von einem eigensicheren Sensor in einen nicht-eigensicheren Bereich - Google Patents

Schaltung zur Übertragung eines Messstroms von einem eigensicheren Sensor in einen nicht-eigensicheren Bereich Download PDF

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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for Transmission of a measuring current from an intrinsically safe Sensor arrangement in a non-intrinsically safe area by means of a current measuring resistor located therein.
  • sensors electrical signals that the sensors due to a generate physical or chemical law, in a measuring current corresponding to the measuring range of a sensor formed from 4 mA to 20 mA.
  • the sensor is through one provided for this purpose and structurally combined with the sensor Forming stage expands and forms a sensor arrangement.
  • DE-A 35 26 997 is a circuit arrangement described for the transmission of a in a first Circuit generated measuring current from 0 mA to 20 mA in one second circuit by means of a transformer, which to one of the energy supply of the first circuit used and lying on its side DC converter belongs, with the transformer on the side of the second circuit two in series has switched partial windings on the Connection point a first pole of an energy source and on their connections facing away from the connection point second pole of the energy source.
  • DE-A 38 12 861 Circuit arrangement for the intrinsically safe power supply of a non-intrinsically safe area using an in DC converter located in this area to which a push-pull transformer belongs the one facing the non-intrinsically safe area Primary winding with two of the same, in opposite directions in series switched partial windings and one intrinsically safe Area facing secondary winding with two identical, has partial windings connected in opposite directions in series.
  • FIG. 1 In the block diagram of the figure is a circuit arrangement for transmitting one from a sensor arrangement 1 with a Sensor 11 emitted measuring current I via a transformer 2 shown.
  • the conditions for an intrinsically safe Range are e.g. in the European standards EN 50014 to EN 50039 defined.
  • the offset setting level 6 receives a corresponding one Setting signal 61 supplied and mainly serves Correction or compensation of idle losses of the Transformer 2, the current measuring resistor 5 as Idle current along with one from the secondary side of the Transformer 2 ago transmitted, the measuring current I flow through proportional current. So this is the most Measuring resistor 5 falling voltage not proportional to Measuring current I.
  • the offset setting stage 6 is preferred realized by means of an operational amplifier, the Degree of gain adjustable by means of a potentiometer is made.
  • the secondary side of the transformer 2 feeds one Rectifier and smoothing stage 8 and this in turn an intrinsic safety conditioning level 9.
  • an intrinsic safety conditioning level 9 contains those components that correspond to the mentioned standards the prescribed voltage and Allow maximum current values to be observed. These components are in particular longitudinal resistances in each of the feed lines Sensor arrangement 1 and connected in parallel to this Protective diodes, e.g. Zener diodes.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines Meßstroms von einer eigensicheren Sensoranordnung in einen nicht-eigensicheren Bereich mittels eines in diesem liegenden Strom-Meßwiderstands.
Nach einem seit langem bestehenden Standard der industriellen Meßtechnik werden von Sensoren abgegebene elektrische Signale, die die Sensoren aufgrund einer physikalischen oder chemischen Gesetzmäßigkeit erzeugen, in einen dem Meßbereich eines Sensors entsprechenden Meßstrom von 4 mA bis 20 mA umgeformt. Oft ist der Sensor durch eine hierfür vorgesehene und mit dem Sensor baulich vereinigte Umformstufe erweitert und bildet eine Sensoranordnung.
Der Meßstrom kann einerseits über eine Übertragungsleitung, z.B über eine Zweidrahtleitung, zu einem geeigneten Anzeigeort, z.B. zu einer Meßzentrale, geleitet werden. Über die Übertragungsleitung erfolgt andererseits die Energieversorgung der Sensoranordnung.
In letzterem Zusammenhang ist in der DE-A 27 01 184 eine Schaltungsanordnung beschrieben, die zur Übertragung eines von einer Sensoranordnung an einer Meßstelle abgegebenen Meßstroms zu einem davon entfernt liegenden Strom-Meßwiderstand bei gleichzeitiger Energieversorgung der Sensoranordnung über den in Serie zu einer Energiequelle liegenden Strom-Meßwiderstand mittels einer Zweidrahtleitung dient.
Ferner ist in der DE-A 35 26 997 eine Schaltungsanordnung beschrieben, die zur Übertragung eines in einem ersten Stromkreis erzeugten Meßstroms von 0 mA bis 20 mA in einen zweiten Stromkreis mittels eines Transformators dient, der zu einem der Energieversorgung des ersten Stromkreises benutzten und auf dessen Seite liegenden Gleichspannungswandler gehört, wobei der Transformator auf der Seite des zweiten Stromkreises zwei in Serie geschaltete Teilwicklungen aufweist, an deren Verbindungspunkt ein erster Pol einer Energiequelle und an deren vom Verbindungspunkt abgewandten Anschlüssen ein zweiter Pol der Energiequelle liegt.
Schließlich ist in der DE-A 38 12 861 eine Schaltungsanordnung zur eigensicheren Energieversorgung von einem nicht-eigensicheren Bereich aus mittels eines in diesem Bereich liegenden Gleichspannungswandlers beschrieben, zu dem ein Gegentakt-Transformator gehört, der eine dem nicht-eigensicheren Bereich zugewandte Primärwicklung mit zwei gleichen, gegensinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen und eine dem eigensicheren Bereich zugewandte Sekundärwicklung mit zwei gleichen, gegensinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen aufweist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines von einer Sensoranordnung an einer in einem eigensicheren Bereich liegenden Meßstelle abgegebenen Meßstroms zu einem nichteigensicheren Bereich mittels eines in diesem liegenden Strom-Meßwiderstands bei gleichzeitiger Energieversorgung der Sensoranordnung vom nicht-eigensicheren Bereich aus mittels eines Gleichspannungswandlers zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in einer Schaltungsanordnung zur Übertragung eines von einer Sensoranordnung an einer in einem eigensicheren Bereich liegenden Meßstelle abgegebenen Meßstroms über einen Transformator zu einem nicht-eigensicheren Bereich mittels eines in diesem liegenden Strom-Meßwiderstands bei gleichzeitiger Energieversorgung der Sensoranordnung mittels eines Gleichspannungswandlers, zu dem der Transformator gehört, der eine dem nicht-eigensicheren Bereich zugewandte Primärwicklung mit zwei gleichen, gleichsinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen und eine einzige dem eigensicheren Bereich zugewandte Sekundärwicklung aufweist, bei welcher Schaltungsanordnung
  • ein erstes Ende des Strom-Meßwiderstands an einem Schaltungsnullpunkt und ein zweites Ende des Strom-Meßwiderstands an einem Mittenabgriff einer Ausgangsstufe des Gleichspannungswandlers liegt, die mit den Teilwicklungen der Primärwicklung verbunden ist,
  • der Mittenabgriff am Eingang einer Offset-Einstellstufe angeschlossen ist,
  • der Ausgang der Offset-Einstellstufe mit dem Eingang eines Spannungs-Strom-Wandlers verbunden ist und
  • ein erster Pol einer Energiequelle am Verbindungspunkt der Teilwicklungen und ein zweiter Pol der Energiequelle am Schaltungsnullpunkt liegt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mittels der Offset-Einstellstufe die Wirkung der Leerlaufverluste auf die Proportionalität des übertragenen Meßstroms minimiert werden kann.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Figur der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
Im Blockschaltbild der Figur ist eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines von einer Sensoranordnung 1 mit einem Sensor 11 abgegebenen Meßstroms I über einen Transformator 2 gezeigt. Die Sensoranordnung 1 mit dem Sensor 11, also eine Meßstelle, liegt dabei in einem eigensicheren Bereich 10, wie durch die beiden nach links weisenden Pfeile angedeutet ist. Die Bedingungen für einen eigensicheren Bereich sind z.B. in den europäischen Normen EN 50014 bis EN 50039 definiert.
Der Sensor 11 wandelt eine physikalische Meßgröße, wie z.B. einen Druck, eine Temperatur, einen Durchfluß, einen Füllstand, einen pH-Wert, ein Redox-Potential, eine Gaskonzentration, eine Feuchtekonzentration etc., in eine entsprechende elektrische Größe um, wie z.B. einen Strom oder eine Spannung. Die Sensoranordnung 1 erzeugt dann aus diesem Strom oder aus dieser Spannung den dazu proportionalen Meßstrom I, der den eingangs erwähnten Standard-Bereich von 4 mA bis 20 mA umfassen kann.
Der Transformator 2 liegt zusammen mit weiteren, noch zu beschreibenden Komponenten und Teilschaltungen in einem nicht-eigensicheren Bereich 20, wie durch die nach rechts weisenden Pfeile angedeutet ist. Der Transformator 2 gehört zu einem Gleichspannungswandler 3, der eine dem nichteigensicheren Bereich 20 zugewandte Primärwicklung mit zwei gleichen, gleichsinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen 21, 22 und eine einzige dem eigensicheren Bereich 10 zugewandte Sekundärwicklung 23 aufweist.
Der Gleichspannungswandler 3 umfaßt ferner eine Ausgangsstufe 31, die im Ausführungsbeispiel der Figur eine Gegentaktendstufe mit zwei mit ihren gesteuerten Strompfaden in Serie liegenden MOS-Leistungstransistoren ist, und eine Oszillatorstufe 32, die bevorzugt Rechteckimpulse zur Ansteuerung der Ausgangsstufe 31 erzeugt.
Die Versorgung der Ausgangsstufe 31 erfolgt durch eine Energiequelle 4, von der ein erster Pol am Verbindungspunkt der beiden Teilwicklungen 21, 22 und ein zweiter Pol an einem Schaltungsnullpunkt SN angeschlossen ist, der zum nicht-eigensicheren Bereich 20 gehört.
Ein erstes Ende eines Strom-Meßwiderstands 5 liegt am Schaltungsnullpunkt SN und ein zweites Ende des Strom-Meßwiderstands an einem Mittenabgriff der Ausgangsstufe 31. An diesem Mittenabgriff und somit auch am vom Schaltungsnullpunkt SN abgewandten zweiten Ende des Strom-Meßwiderstands 5 liegt der Eingang einer Offset-Einstellstufe 6. Deren Ausgang ist mit dem Eingang eines Spannungs-Strom-Wandlers 7 verbunden, an dessen Ausgang der Meßstrom I abgenommen werden kann.
Die Offset-Einstellstufe 6 erhält ein entsprechendes Einstellsignal 61 zugeführt und dient hauptsächlich der Korrektur bzw. der Kompensation von Leerlaufverlusten des Transformators 2, die den Strom-Meßwiderstand 5 als Leerlaufstrom zusammen mit einem von der Sekundärseite des Transformators 2 her übertragenen, dem Meßstrom I proportionalen Strom durchfließen. Somit ist aber die am Meßwiderstand 5 abfallende Spannung nicht proportional zum Meßstrom I. Die Offset-Einstellstufe 6 ist bevorzugt mittels eines Operationsverstärkers realisiert, dessen Verstärkungsgrad mittels eines Potentiometers einstellbar gemacht ist.
Die Sekundärseite des Transformators 2 speist eine Gleichrichter- und Glättungsstufe 8 und diese ihrerseits eine Eigensicherheit-Konditionierungsstufe 9. In dieser sind diejenigen Komponenten enthalten, die entsprechend den erwähnten Normen die darin vorgeschriebenen Spannungs- und Strom-Maximalwerte einzuhalten gestatten. Diese Komponenten sind insb. Längs-Widerstände in jeder der Zuleitungen zur Sensoranordung 1 und zu diesen parallelgeschaltete Schutzdioden, z.B. Z-Dioden.

Claims (1)

  1. Schaltungsanordnung zur Übertragung eines von einer Sensoranordnung (1) an einer in einem eigensicheren Bereich (10) liegenden Meßstelle abgegebenen Meßstroms (I) über einen Transformator (2) zu einem nicht-eigensicheren Bereich (20) mittels eines in diesem liegenden Strom-Meßwiderstands (5) bei gleichzeitiger Energieversorgung der Sensoranordnung mittels eines Gleichspannungswandlers (3), zu dem der Transformator gehört, der eine dem nichteigensicheren Bereich zugewandte Primärwicklung mit zwei gleichen, gleichsinnig in Serie geschalteten Teilwicklungen (21, 22) und eine einzige, dem eigensicheren Bereich zugewandte Sekundärwicklung (23) aufweist, bei welcher Schaltungsanordnung
    ein erstes Ende des Strom-Meßwiderstands (5) an einem Schaltungsnullpunkt (SN) und ein zweites Ende des Strom-Meßwiderstands an einem Mittenabgriff einer Ausgangsstufe (31) des Gleichspannungswandlers (3) liegt, die mit den Teilwicklungen (21,22) der Primärwicklung verbunden ist,
    der Mittenabgriff am Eingang einer Offset-Einstellstufe (6) angeschlossen ist,
    der Ausgang der Offset-Einstellstufe mit dem Eingang eines Spannungs-Strom-Wandlers (7) verbunden ist und
    ein erster Pol einer Energiequelle (4) am Verbindungspunkt der Teilwicklungen (21, 22) und ein zweiter Pol der Energiequelle am Schaltungsnullpunkt liegt.
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