DE1071545B - Empfangsanordnung für Fernmeßimpulse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfangsanordnung für Fernmeßimpulse, die zur Übertragung von Meßwerten über größere Entfernungen nach dem Impulsfrequenzverfahren dienen. Hierbei ist die Frequenz der Impulse (z. B. von 5 bis 15 Hz) ein Maß für die Intensität des zu übertragenden Meßwertes. Die Impulse können einem als Träger dienenden tonfrequenten oder 50periodigen Wechselstrom auf moduliert sein oder auch in Form von Gleichstrom- öder Doppelstromtastung vorliegen. Am Empfangsort muß ein zur Impulsfrequenz proportionaler Gleichstrom erzeugt werden, der auf ein Anzeige- oder Registriergerät gegeben wird.

Es ist eine derartige Empfangsanordnung bekannt, bei der das Anzeigegerät in Reihe mit einer Gleich-Spannungsquelle an zwei hintereinandergeschaltete,' im Takt der Empfangsfrequenz abwechselnd überbrückte Kondensatoren angeschlossen ist. Die ab- \vechselnde Überbrückung wird durch den Ümschaltekontakt eines mit den Impulsen beaufschlagten Relais besorgt. Der Strom, der über das Anzeigeinstrument fließt, ist ein Maß für die Impulsfrequenz und. damit für die Größe des Meßwertes. Um die empfindlichen Kontakte nicht allzusehr zu belasten, sind in den Überbrückungsleitungen Schutzwiderstände angeordnet.

Häufig ist eine laufende Aufzeichnung der Meßgrößen erforderlich. Der Leistungsbedarf eines Tintenschreibers ist aber zu groß, als daß er von der beschriebenen Schaltung ohne Überlastung gedeckt werden könnte. Deshalb ist eine Verstärkung, des Kondensatormeßstromes in einem Gleichstrom-Kompensationsverstärker notwendig. Derartige. Kompensationsverstärker sind kompliziert und teuer. Außerdem ist das erforderliche Empfangsrelais auch bei sorgfältigster Ausführung nicht unbedingt zuverlässig und benötigt eine laufende Wartung, um einen Ausfall im vielleicht entscheidenden Augenblick vorzubeugen.

Bei Frequenzmeßeinrichtungen nach dem Konclensatorumladeverfahren ist es bekannt, den Relaiskontakt durch zwei mit den beiden galvanisch getrennten Sekundärwicklungen eines Transformators verbundene Transistoren zu ersetzen, die im Takt der zu messenden Frequenz abwechselnd stromdurchlassend und stromsperrend sind. Auch hier ist aber zum Anschluß eines Registriergerätes ein Kompensationsverstärker erforderlich. Ferner muß normalerweise ein Gegentaktvorverstärker vorhanden sein.

Die Einführung von Transistoren statt des Relais im Impulsfrequenzverfahren stößt wegen der steilen Impulsflanken insbesondere am Ende der Impulse (Hiiitcrflanko) auf Schwierigkeiten. Man hat: verschiedene Lösungen ausprobiert, ist aber bisher nur Empfangsanordnung für Fernmeßimpulse

Anmelder:

Horst Kerner, München 55, Konrad-Dreher-Str. 28

Horst Kerner, München, ist als Erfinder genannt worden

mit mehr oder weniger komplizierteren Schaltungen zu brauchbaren Resultaten gelangt.

Die Erfindung gestattet die Überwindung dieser Schwierigkeiten. Die erfindungsgemäße Empfangsänordnung für Fernmeßimpulse ■; zum ■ direkten Anschluß eines Tintenschreibers, der in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle an zwei hintereinandergeschalteten, im Takt der Empfangsfrequenz durch an die Sekundärwicklungen eines Übertragers angeschlossene Transistoren abwechselnd überbrückten Kondensatoren liegt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit' den umzuformenden Impulsen beaufschlagte Primärwicklung des Übertragers durch ein i?C-Glied überbrückt ist, das so bemessen ist, daß es Überspannungen an der Impulshinterflanke unterdrückt und daß die Zeitkonstante der Übertragerwicklung in der Größenordnung der Pulsperiode liegt.

In der erfindungsgemäßen Anordnung wird jeder Transistor abwechselnd zur Ladung des einen und zur Entladung des anderen Kondensators verwendet. Man kann so eine erheblich höhere Leistung ohne Überlastung der Transistoren erzielen.

Die störenden Impulsverzerrungen, die bisher eine Anwendung dieser Schaltung unmöglich machten, werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen unterdrückt. Es empfiehlt sich, in an sich bekannter Weise den Ruhestrom des Anzeigeinstrumentes bei derjenigen Impulsfrequenz, welche dem Meßwert Null entspricht, durch eine Kompensationsschaltung zu unterdrücken.

Stehen die Impulse in Gleichstrom- oder Doppelstromtastung zur Verfügung, so reicht ihre Intensität meist aus, um unmittelbar an den Eingang des Übertragers gelegt zu werden. Handelt es sich dagegen um Wechselstromimpulse, so müssen sie vorher demodu^L Ii(Tt und verstärkt werden. Letzteres geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die durch das RC-GVicd

überbrückte Primärwicklung des Übertragers in Reihe mit einem durch die Impulse abwechselnd geöffneten und gesperrten elektronischen Schalter an eine konstante Gleichspannung angeschlossen ist. Vorzugsweise ist der elektronische Schalter als Transistor in Emitterschaltung ausgebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. ■ Die ankommenden Wechselstromimpulse werden über die Klemmen 1 und 2 dem Anpassungsübertrager Ül zugeführt. Nach Gleichrichtung durch die Dioden D1 und D 2 und Glättung mittels des Kondensators Cl beaufschlagen sie die Basis eines Transistors Tl, dessen Emitter mit der Klemme 3 verbunden ist, während der Kollektor an die Primärwicklung eines Übertragers Ü2 angeschlossen ist. Die andere Seite der Primärwicklung ist mit der Klemme 4 verbunden. An den Klemmen 3 und 4 liegt eine Gleichspannung U von z. B. 24 Volt.

Die Betriebswerte sind so gewählt, daß die demodulierten Impulse den Transistor T1 öffnen, während er in der Impulspause gesperrt ist. Um den Transistor genügend durchzusteuern und andererseits seine Überlastung zu vermeiden, sollte der Pegel der an 1 und 2 liegenden Impulsspannung bei Tonfrequenz zwischen — IN und +3 N liegen. Bei 50-Hz-Tastung ist die untere Grenze 0 N.

Der Transistor T1 wird also beaufschlagt, daß er nicht als Verstärker, sondern als Schalter wirkt. Hierdurch kann er bei einer zulässigen Verlustleistung von 50 mW eine Leistung von etwa 350 mW steuern, ohne überlastet z,u werden. Die Größe der Steuerspannung hat, wenn sie in den angegebenen Grenzen bleibt, keinen Einfluß auf den Ausgangsstrom. Dagegen soll die Welligkeit der Hilfsspannung U nicht mehr als etwa 0,5% betragen.

Stehen die Impulse in. Gleichstrom- oder Doppelstromtastung zur Verfügung, so ist eine Verstärkung im allgemeinen unnötig, und die Impulse können über die Klemmen 4 und 5 unmittelbar an die Primärwicklung des Übertragers Ü2 gelegt werden.

In der Primärwicklung hat die im Takt der Impulse entstehende und verschwindende Spannung ein An- und Abschwellen des Stromes zur Folge. Die wechselnde Erregung des Übertragers verursacht Induktionsspannungen in den Sekundärwicklungen. Um Spannungsspitzen am Ende der Impulse infolge der steilen Impulsflanke zu verhindern, ist die Primärwicklung durch ein i?C-Glied aus dem Kondensator C 4 und dem Widerstand Rl überbrückt.

Die in den Sekundärwicklungen induzierten Spannungen werden so an die Transistoren T 2 und T 3 geführt, daß wechselnd mit den Impulsen je ein Transistor geöffnet und einer gesperrt wird. Sind z. B. die Induktionsspannungen so gepolt, daß T 2 geöffnet und T 3 gesperrt ist, so lädt sich C 3 über T 2 und das Meßinstrument / auf die Speisespannung U_M auf. Es fließt ein Stromstoß durch /, dessen Ladung nur durch die Größen Um und C 3 bestimmt ist, wenn die Öffnungszeit von T 2 genügend groß gegen die Zeitkonstante des Ladevorgangs ist. Hierzu hat es sich als wesentlich erwiesen, daß die Zeitkonstante der Übertragerwicklung in der Größenordnung der Pulsperiode liegt. Bei einer Pulsfrequenz zwischen 5 und 15 Hz soll die Zeitkonstante z. B. etwa 0,10 bis 0,15 Sekunden betragen.

Kehrt nun die Induktionsspannung ihre Richtung um, so wird T 3 geöffnet und T 2 gesperrt. C 3 entlädt sich über TZ, und C 2 wird über Γ 3 und I aufgeladen, Fs fließt somit nach Beginn und Ende jedes Impulses ein genau definierter Stromstoß durch das Instrument /, wobei Konstanz von U_M, C 2 und C 3 und genügend große Öffnungszeit der Transistoren vorausgesetzt ist. Der arithmetische Mittelwert des Stromes in dem Anzeigeinstrument / ist dann genau der Impulsfrequenz proportional.

Der am inneren Widerstand Ri des Anzeigeinstruments entstehende Spannungsabfall (geglättet durch den Kondensator C 5) führt allerdings zu einer gewissen Verfälschung der an den Klemmen 6 und 7 wirksamen Spannung. Die dadurch entstehende Nichtlinearität zwischen der Impulsfrequenz und dem Meßstrom ist aber praktisch vernachlässigbar, wenn der Widerstand R₁ bei der Eichung des Gerätes berücksichtigt wird.

Die konstante Spannung U_k und der Widerstand R_k haben die Aufgabe, in bekannter Weise dem durch das Instrument / fließenden Strom einen konstanten Gleichstrom gegenzuschalten, um bei einer bestimmten Impulsfrequenz, welche z. B. dem Nullwert einer fernübertragenen Meßgröße entspricht, den Ausgangsstrom Null zu erhalten.

Die Verwendung von Transistoren an Stelle des bisher benutzten Wechselkontaktes eines Relais erspart jegliche Wartungsarbeit. Durch Einsatz handelsüblicher Siliziumtransistoren mit einer maximal zulässigen Kollektorspannung von 75 Volt und einer Verlustleistung von 660 mW ist es möglich, das Gerät mit einem Ausgangsstrom bis 1OmA bei einer Frequenz von 15 Hz (Nullpunkt 5 Hz) auszulegen. . Hierdurch kann ohne Zwischenschaltung eines Gleichstromverstärkers ein Tintenschreiber (registrierendes Drehspulinstrument) angeschlossen werden. Bei geringeren Ansprüchen an die Linearität des Meßstromes können auch zwei oder drei Tintenschreiber angeschlossen werden. Die Abweichung von der Linearität beträgt bei einer Eichung von 0 bis 10 mA (Vollausschlag) für Frequenzen von 5 bis 15 Hz, Spannungen U_M = 70 Volt und U_k — 40 Volt und einem Innenwiderstand Ri = 500 Ohm (was etwa zwei Tintenschreibern entspricht) erst ±0,75%.

Die Schaltung ist im Gegensatz zu den bekannten Transistorschaltungen zur Frequenzmessung bemerkenswert temperaturunempfindlich. Im Bereich von 0° bis 100° C hat die Temperatur keinen merklichen Einfluß auf den Meßstrom. Der auf ± 10° C bezogene Temperaturfehler beträgt nur etwa 0,025 Promille. Die Temperaturabhängigkeit der eingangs geschilderten bekannten Transistorschaltung ist wesentlich größer.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Empfangsanordnung für Fernmeßimpulse zum direkten Anschluß eines Tintenschreibers,

der in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle an zwei hintereinandergeschalteten, im Takt der Empfangsfrequenz durch an die Sekundärwicklungen eines Übertragers angeschlossene Transistoren abwechselnd überbrückten Kondensatoren .·■: Hegt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den

umzuformenden Impulsen beaufschlagte Primärwicklung des Übertragers (Ü2) durch ein RC-Glied (Rl, C4) überbrückt ist, das so bemessen ist, daß es Überspannungen an der Impulshinterflanke unterdrückt und daß die Zeitkonstante der Übertragerwicklung in der Größenordnung der Pulsperiode liegt.

2. Empfangsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrom im