DE3111107A1 - Circuit arrangement for measurement transmission of DC voltages - Google Patents
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Meßwertübertragung von Gleich-Circuit arrangement for the transmission of measured values from direct
spannungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Meßwertübertragung von Gleichspannungen und/ oder Gleichströmen, von wenigstens einer gegenüber Bezugspotential Spannung führenden Meßspannungsquelle zu einem Meßgerät, insbesondere für Meßeinrichtungen in Einrichtungen zur Fernstromversorgung von Zwischenverstärkern oder Regeneratoren von Nachrichtenübertragungsstrecken.voltages The invention relates to a circuit arrangement for the transmission of measured values of direct voltages and / or direct currents, of at least a measuring voltage source leading to a voltage with respect to the reference potential to a measuring device, especially for measuring devices in devices for the remote power supply of intermediate amplifiers or regenerators of communication links.
Bei derartigen Schaltungsanordnungn kann es aus Personenschutzgründen und/oder im Hinblick auf den konstruktiven Aufbau zweckmäßig sein, Meßgerät und Meßgröße potentialmäßig zu trennen.With such circuit arrangements it can be for personal protection reasons and / or be expedient in terms of the structural design, measuring device and To separate the measured variable in terms of potential.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der vorstehend näher bezeichneten Art derart auszubilden, daß Meßspannungsgeber und Meßgerät potentialmäßig voneinander getrennt sind.The object of the invention is to provide a circuit arrangement of the above to be designed in such a way that the measuring voltage transmitter and the measuring device are potential-wise are separated from each other.
Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß zwischen der Meßspannungsquelle und dem an Bezugspotential liegenden Meßgerät Jeweils eine einen Spannungs-Frequenzumsetzer, eine Potentialtrennvorrichtung und einen Frequenz-Spannungsumsetzer enthaltende Ubertragungseinrichtung angeordnet ist.According to the invention, the circuit arrangement for solving this Task designed in such a way that between the measuring voltage source and the reference potential lying measuring device Each one a voltage-frequency converter, a potential separation device and a transmission device containing a frequency-voltage converter is arranged is.
Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß sich bei potentialmäßiger Trennung des Meßgerätes vom Meßspannungsgeber mit geringem Schaltungsaufwand eine hohe Meßgenauigkeit erzielen läßt.Through these measures there is the advantage that with potential more Separation of the measuring device from the measuring voltage transmitter with little circuit complexity can achieve a high measurement accuracy.
Zweckmäßigerweise ist die Potentialtrennvorrichtung der Meßspannungsquelle räumlich zugeordnet, so daß sich die Übertragungsleitung auf niedrigem Potential befindet.The potential separation device is expediently the measurement voltage source spatially assigned so that the transmission line is at low potential is located.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung für den Fall, daß für mehrere Meßspannungsquellen ein gemeinsames Meßgerät vorgesehen ist, derart ausgebildet, daß eine dem Meßgerät vorgeschaltete Umschalteeinrichtung zwischen der Potentialtrennvorrichtung und dem Meßgerät angeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich mehrere Meßwerte, die hohes Potential gegen Erde bzw. Bezugspotential führen und/oder zwischen deren Potentialen hohe Spannungen liegen, von ein und demselben Meßgerät in einfacher Weise durch Umschaltung messen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im Ausgangskreis eines Fernspeisegerätes sowohl der Strom, als auch die auf die Symmetriemitte der Ausgangsspannung bezogenen Teilspannungen gemessen werden sollen, zwischen denen dann eine Potentialdifferenz vom halben Wert der Ausgangsspannung - bei fehlerfreier Strecke - ansteht. Die Umschalteeinrichtung braucht dabei in vorteilhafter Weise nicht für die hohen Spannungen, sondern nur für die geringen Spannungen der Meßwerte ausgelegt zu sein.In a further embodiment of the invention, the circuit arrangement in the event that a common measuring device is provided for several measuring voltage sources is designed in such a way that a switching device connected upstream of the measuring device is arranged between the potential separation device and the measuring device. To this Several measured values, which have a high potential to earth or reference potential, can be recorded lead and / or high voltages lie between their potentials, of one and the same Measure the measuring device in a simple manner by switching. This is especially true advantageous if both the current and the partial voltages related to the center of symmetry of the output voltage are also measured should be, between which then a potential difference of half the value of the output voltage - in the case of a fault-free route - is pending. The switching device needs in advantageously not for the high voltages, but only for the low ones Voltages of the measured values to be designed.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Umschalteeinrichtung zwischen den Potentialtrennvorrichtungen und einem gemeinsamen Frequenz-Spannungsumsetzer angeordnet, wobei in vorteilhafter Weise nur ein einziger Frequenz-Spannungsumsetzer benötigt wird.In a further development of the invention, the switching device is between the potential separation devices and a common frequency-voltage converter arranged, with only a single frequency-voltage converter in an advantageous manner is needed.
Ist die Umschalteeirrichtung andererseits zwischen den Frequenz/Spannungsumsetzern und dem Meßgerät angeordnet, so ist immer ein U/F-Umsetzer einem bestimmten F/U-Umsetzer zugeordnet, wodurch beide gegebenenfalls aufeinander abgeglichen werden können.On the other hand, the switching device is between the frequency / voltage converters and the measuring device, there is always a U / F converter for a specific F / U converter assigned, so that both can be compared with each other if necessary.
Zweckmäßigerweise sind die Ausgangskreise der Potentialtrennvorrichtung und/oder der Frequenz/Spannungsumsetzer einpolig an das Bezugspotential geführt. Auf diese Weise können die umgesetzten Meßgrößen, die sich auf der potentialfreien Seite des Optokopplers befinden, einpolig zusammengefaßt werden.The output circuits are expediently the potential separation device and / or the frequency / voltage converter is single-pole connected to the reference potential. In this way, the converted measurands, which are on the potential-free Side of the optocoupler are to be combined with one pole.
Als Potentialtrennvorrichtung bzw. Potentialtrennstufen können magnetische Ubertrager oder dergleichen dienen. Als besonders vorteilhaft kann es sich erweisen, daß die Potentialtrennvorrichtung durch einen insbesondere als Emitterfolger geschalteten Optokoppler gebildet ist. Da der Opto-Koppler keine genauen analogen Werte zu übertragen hat, werden an ihn keine besonderen Anforderungen hinsichtlich VerstErkung, zeitliche Konstanz oder Temperaturgang gestellt.Magnetic Serve transmitter or the like. It can prove to be particularly advantageous that the potential separation device is connected in particular as an emitter follower Optocoupler is formed. Because the opto-coupler does not transmit exact analog values there are no special requirements with regard to reinforcement, temporal Constancy or temperature curve set.
Die Spannungs/Frequenzumsetzer und die Frequenz/Spannungsumsetzer werden vorzugsweise so ausgewählt, daß sie in einem Frequenzbereich unter 100 kHz arbeiten, wodurch sichergestellt ist, daß bei Verwendung eines obertragers oder Optokopplers als Potentialtrennvorrichtung die zu übertragenden Frequenzen ausreichend weit unter der Grenzfrequenz der Potentialtrennvorrichtung liegen.The voltage / frequency converters and the frequency / voltage converters are preferably selected to be in a frequency range below 100 kHz work, which ensures that when using a transformer or Optocoupler as a potential separation device, the frequencies to be transmitted are sufficient are far below the cut-off frequency of the potential separation device.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is based on the exemplary embodiments shown in the figures explained in more detail.
Es zeigen Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Meßwertübertragung von zwei Gleichspannungen mit einem Frequenz-Spannungsumsetzer Je Meßwert, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Meßwertübertragung von zwei Gleichspannungen mit nur einem Frequenz-Spannungsumsetzer und Fig. 3 eine Einrichtung zur Fernstromversorgung mit mehreren auf relativ hohem Potential liegenden Meßspannungsquellen.1 shows a circuit arrangement for the transmission of measured values two DC voltages with a frequency-voltage converter for each measured value, FIG. 2 one Circuit arrangement for the transmission of measured values of two direct voltages with only one Frequency-voltage converter and FIG. 3 shows a device for remote power supply several measuring voltage sources lying at a relatively high potential.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist eine Anordnung A, die mehrere Meßspannungsquellen 70 und 80 enthält, über die Verbindungsleitung C an eine Anordnung geführt, die als Meßgerät das Meßinstrument 93 mit Vorwiderstand 92 enthält. Die Meßspannungsquellen 70 und 80 sind Jeweils durch einen Widerstand gebildet, an dem eine Gleichspannung abfällt. Die Widerstände liegen insbesondere - was in der Figur nicht näher dargestellt ist - auf einem so hohen Potential, daß ein direkter Anschluß des Meßgerätes 93 aus Personenschutzgründen nicht zulässig ist.In the circuit arrangement according to FIG. 1, an arrangement A is the contains a plurality of measurement voltage sources 70 and 80, via the connecting line C. out an arrangement, the measuring instrument 93 with a series resistor as a measuring device 92 contains. The measuring voltage sources 70 and 80 are each through a resistor formed at which a DC voltage drops. The resistances are in particular - which is not shown in detail in the figure - at such a high potential that A direct connection of the measuring device 93 is not permitted for reasons of personal protection is.
An die Meßspannungsquelle 70 bzw. 80, die bei Messung eines Gleichstromes eine Borde sein kann, ist Jeweils ein mit einer eigenen Hilfsspannung UH1 bzw. UH2 versorgter Spannungs/Frequenzumsetzer 71 bzw. 81 angeschlossen. Der Spannungs/Frequenzumsetzer 71, 81 gibt an seinem Ausgang Jeweils eine Rechteckimpulsfolge ab.To the measuring voltage source 70 or 80, which is used when measuring a direct current can be a shelf, is one with its own auxiliary voltage UH1 or UH2 supplied voltage / frequency converter 71 or 81 connected. The voltage / frequency converter 71, 81 each emits a rectangular pulse train at its output.
Die Impulsfolgefrequenz hängt von dem an den Eingang angelegten Gleichspannungsmeßwert ab. Derartige Spannungs/Frequenzumsetzer, ausgebildet als integrierte Schaltungen, sind handelstiblich und werden als Voltage wo Frequency Converter bzw. V/F-Converter oder U/F-Umsetzer bezeichnet. Ein derartiger Spannungs/Frequenzumsetzer erzeugt an seinem Ausgang eine der Eingangsspannung proportionale Frequenz. Geeignet sind insbesondere Spannungs/Frequenzumsetzer, die mit Eingangsspannungen von etwa 0 bis ca. 5 V arbeiten, am Ausgang TTL-Pegel haben und deren Ausgangsfrequenzen im Bereich von 0 bis ca. 100 kHz liegen.The pulse repetition frequency depends on the measured DC voltage value applied to the input away. Such voltage / frequency converters, designed as integrated circuits, are commercially available and are called Voltage wo Frequency Converters or V / F converters or U / F converter. One of those Voltage / frequency converter generates a frequency proportional to the input voltage at its output. Suitable are in particular voltage / frequency converters with input voltages of about 0 to approx. 5 V work, have TTL level at the output and their output frequencies lie in the range from 0 to approx. 100 kHz.
An den Ausgang des Spannungs/Frequenzumsetzers ist Jeweils ein Optokoppler 72 bzw. 82 angeschlossen. Der im Optokoppler 72, 82 enthaltene Transistor ist Jeweils als Emitterfolger geschaltet und der Meßspannungsquelle räumlich zugeordnet.There is an optocoupler at the output of the voltage / frequency converter 72 or 82 connected. The transistor contained in the optocoupler 72, 82 is each connected as an emitter follower and spatially assigned to the measurement voltage source.
Der im Emitterkreis liegende Widerstand 73 bzw. 83 ist Jeweils über die Verbindungsleitung C an den Eingang des Frequenz/Spannungsumsetzers 74 bzw. 84 geführt.The resistor 73 or 83 located in the emitter circuit is in each case over the connection line C to the input of the frequency / voltage converter 74 or 84 led.
Die Frequenz/Spannungsumsetzer geben an ihrem Ausgang eine der Frequenz proportionale Ausgangs spannung ab und sind als integrierte Schaltungen handelsüblich, insbesondere als sogenannte Frequency to Voltage Converter.The frequency / voltage converters give a frequency at their output proportional output voltage and are commercially available as integrated circuits, especially as a so-called frequency to voltage converter.
Die Frequenz/Spannungsumsetzer 74 und 84 sind dem Meßgerät 93 räumlich zugeordnet bzw. zusammen mit diesem in ein und derselben Baueinheit, der Anordnung B, untergebracht. Mit Hilfe des Umschalters 91 läßt sich das durch ein Meßinstrument gebildete Meßgerät wahlweise an den Frequenz/Spannungsumsetzer 74 oder an den Frequenz/Spannungsumsetzer 84 anschließen. Die Widerstände 73 und 83, die Frequenz/Spannungsumsetzer 74 und 84 und das Meßgerät 93 liegen einpolig an Bezugspotential. In der Anordnung B liegen die Frequenz/ Spannungsumsetzer 74 und 84 an der Versorgungsspannung + UH.Auch die Kollektoren der in den Optokopp- lern 72, 82 enthaltenen Transistoren sind Jeweils an die Versorgungsspannung +UH3 der Anordnung B geführt.The frequency / voltage converters 74 and 84 are spatial to the measuring device 93 assigned or together with this in one and the same structural unit, the arrangement B, housed. With the help of the switch 91 this can be done by a measuring instrument formed measuring device either to the frequency / voltage converter 74 or to the frequency / voltage converter 84 connect. The resistors 73 and 83, the frequency / voltage converters 74 and 84 and the measuring device 93 are unipolar at reference potential. Lie in arrangement B. the frequency / voltage converters 74 and 84 on the supply voltage + UH. Also the Collectors of the optocoupling learn 72, 82 contained transistors are each led to the supply voltage + UH3 of arrangement B.
Gegebenenfalls können verschiedene oder getrennte Versorgungsspanungen Verwendung iinden.If necessary, different or separate supply voltages can be used Use.
Die zu messende Gleichspannungsgröße wird an den Eingang des Spannungs/Frequenzumsetzers gegeben. Seine Ausgangsfrequenz wird über den Optokoppler an den Frequenz/Spannungsumsetzer übertragen. Der Ausgang des Frequenz/Spannungsumsetzers liefert nun eine der Gleich8pannungsgröße proportionale Spannung. Beide Spannungen sind über den Optokoppler potentialmäßig voneinander getrennt.The DC voltage to be measured is sent to the input of the voltage / frequency converter given. Its output frequency is transmitted to the frequency / voltage converter via the optocoupler transfer. The output of the frequency / voltage converter now supplies one of the DC voltage values proportional voltage. Both voltages are in terms of potential via the optocoupler separated from each other.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung eignet sich für Anwendungen, bei denen Gleichspanxrungen oder Gleichströme, die auf hohem Potential liegen, gemessen werden sollen. Das Meßgerät nimmt nicht das hohe Potential an, da es nicht direkt an die zu-messende Größe angeschlossen wird.The arrangement shown in Fig. 1 is suitable for applications in where DC voltages or DC currents that are at high potential are measured should be. The meter does not accept the high potential as it is not direct is connected to the quantity to be measured.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 stimmt hinsichtlich der Anordnung A und der Verbindungsleitung C mit der nach Fig. 1 überein. Abweichend ist in der Anordnung B' nur ein einziger Frequenz/Spannungsumsetzer vorgesehen. Der Umschalter 91' legt den Eingang des Frequenz/Spannungsumsetzers 94 wahlweise an die vom Optokoppler 72 oder an die vom Optokoppler 82 kommende Ader der Verbindungsleitung C. Das Meßgerät 93 ist über den Vorwiderstand 92 unmittelbar an. den Frequenz/Spannungsumsetzer 94 angeschlossen.The circuit arrangement according to FIG. 2 is correct with regard to the arrangement A and the connecting line C correspond to that of FIG. It differs in the Arrangement B 'only a single frequency / voltage converter is provided. The switch 91 'applies the input of the frequency / voltage converter 94 optionally to that of the optocoupler 72 or to the wire of the connecting line C coming from the optocoupler 82. The measuring device 93 is directly on via the series resistor 92. the frequency / voltage converter 94 connected.
Gegebenenfalls können dem Frequenz/Spannungsumsetzer 94 weitere Meßspannungsquellen zugeordnet sein.If necessary, the frequency / voltage converter 94 can have additional measurement voltage sources be assigned.
Die Schaltungsanordnung benötigt in vorteilhafter Weise in der Anordnung B' nur einen einzigen Frequenz/Spannungsumsetzer.The circuit arrangement is advantageously required in the arrangement B 'only a single frequency / voltage converter.
Fig. 3 zeigt eine Einrichtung:zur Fernspeisung bzw.Fig. 3 shows a device: for remote supply or
Fernstromversorgung von Zwischenverstärkern auf Kabelstrecken, bei der in der speisenden Stelle zwei oder mehrere Fernspeisegeräte eingesetzt sind und die von Jedem Gerät abgegebenen Strom- und Spannungswerte an einer zentralen Stelle gemessen werden sollen. Um zwischen dem das Potential der Kabel strecke führenden Ausgangskreis der Geräte und einer empfangenden zentralen Meßstelle eine hochspannungsfeste Trennung zu schaffen, kann die anhand Fig. 1 erläuterte Art der Meßwertübertragung besonders vorteilhaft Anwendung finden.Remote power supply of repeaters on cable runs, at which two or more remote feed devices are used in the feeding point and the current and voltage values given by each device to a central Place to be measured. To route between the potential of the cable leading Output circuit of the devices and a receiving central measuring point a high-voltage-proof The type of measured value transmission explained with reference to FIG. 1 can create separation find particularly advantageous application.
Die in den Fernspeisegeräten 1 und 2 enthaltenen Stromquellen 10 und 20 sind in Serie geschaltet. An den äußeren Anschlüssen der Serienschaltung liegen die Innenleiter a und b der Koaxialkabel 3 und 4. Die Innenleiter a und b sind am Ende der Fernspeisestrecke miteinander verbunden und bilden den Fernspeisekreis 5.The power sources 10 and contained in the remote feed devices 1 and 2 20 are connected in series. At the outer connections of the series circuit the inner conductors a and b of the coaxial cables 3 and 4. The inner conductors a and b are on Connected to each other at the end of the remote feed line and form the remote feed circuit 5.
Die Außenleiter 32, 42 der Koaxialkabel 3, 4 sind an der Verbindung c zusammengeführt.The outer conductors 32, 42 of the coaxial cables 3, 4 are at the connection c merged.
Die Fernspeisegeräte 1 und 2 enthalten Jeweils einen aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteiler 63, 64 bzw. 65, 66. Die beiden Spannungsteiler sind zueinander parallel geschaltet. Die Mittelanzapfungen liegen an der Verbindung c bzw. Symmetriemitte der Ausgangsspannungen, die geerdet sein kann. Die Wider-Ende 63 und 65 sind an den Innenleiter a, die Widerstände 64 und 66 an den Innenleiter b geführt.The remote feed devices 1 and 2 each contain one of two resistors existing voltage dividers 63, 64 and 65, 66. The two voltage dividers are connected in parallel to each other. The center taps are at connection c or center of symmetry of the output voltages, which can be grounded. The cons-end 63 and 65 are on the inner conductor a, the resistors 64 and 66 on the inner conductor b led.
An den Widerständen 63 und 65 liegt Jeweils die Spannung Ua, die der Innenleiter a gegen die Verbindung c führt. An den Widerständen 64 und 66 liegt jeweils die Spannung Ub, die der Innenleiter b gegenüber der Verbindung c bzw. Erde hat. Die vom Fernspeisegerät 1 abgegebene Gesamtspannung U1 liegt an der Quelle 10. Die Gesamtspannung U2, die das Fernspeisegerät 2 abgibt, liegt an der Quelle 20.The resistors 63 and 65 are each connected to tension Among other things, which the inner conductor a leads against the connection c. At resistors 64 and 66 is the voltage Ub that the inner conductor b with respect to the connection c or earth has. The total voltage U1 delivered by the remote power supply unit 1 is present the source 10. The total voltage U2, which the remote power supply unit 2 emits, is present the source 20.
Der Fernspeisestrom fließt von der Quelle 10 über die Fenispeiseschleife 5, den Strommeßwiderstand 62, die Stromquelle 20, den Strommeßwiderstand 61 zur Stromquelle 10 zurück. Am Wiederstand 61 liegt die Spannung U,7' am Widerstand 62 die Spannung UI2.The remote feed current flows from the source 10 via the Fenis feed loop 5, the current measuring resistor 62, the current source 20, the current measuring resistor 61 for Power source 10 back. The voltage U, 7 ′ across the resistor 62 is applied to the resistor 61 the voltage UI2.
Die Quellen 10 und 20 sowie die Widerstände 61 bis 66 führenJeweils eine Spannung, die zu Uberwachungszwecken angezeigt werden soll.Sources 10 and 20 and resistors 61 to 66 lead, respectively a voltage that is to be displayed for monitoring purposes.
Zwischen den Potentialen der Meßwerte liegen hohe Spannungen, z.B. zwischen Punkt C und UI2 etwa 600 V.There are high voltages between the potentials of the measured values, e.g. between point C and UI2 about 600 V.
Diese Meßwerte sollen zu einer zentralen Anzeigeeinrichtung, mit deren Hilfe sich alle Meßgrößen oder die Jeweils interessierende Meßgröße zur Anzeige bringen lassen, übertragen werden. Um dies ra erreichen, genügt es in vorteilhafter Weise, die Quellen 10, 20 und an die Widerstände 61 bis 66, in gleicher Weise wie die Widerstände 70 und 80 inF1g.1der 2 mit einem Spannungs/Frequenzumsetzer und den diesem nachgeschalteten Einrichtungen zu versehen. Die Anordnung B enhält dabei so viele Spannungs/Frequenzumsetzer, wie in den Fernspeisegeräten 1 und 2 Meßspannungsquellen vorhanden sind. Gegebenenfalls können noch weitere Fernspeisegeräte an die zentrale Anzeigeeinrichtung geführt sein.These measured values are to be sent to a central display device with which Help yourself to display all measured variables or the relevant measured variable let bring, be transmitted. To achieve this ra, it suffices in more advantageous Way, the sources 10, 20 and to the resistors 61 to 66, in the same way as the resistors 70 and 80 in Fig. 1 of 2 with a voltage / frequency converter and to be provided to the downstream facilities. The arrangement B contains as many voltage / frequency converters as in remote power supply units 1 and 2 measuring voltage sources available. If necessary, further remote feed devices can be connected to the central Display device be performed.
Anstelle des Umschalters 91, der es gestattet, für das Meßinstrument Jeweils eine gewünschte Meßgröße auszuwählen, können Bedienungselemente zur Auswahl der Meßspannungsquellen nach Fernspeisegerät und MeB-große treten. In diesem Fall enthffilt die Einrichtung B zusätlich zum Instrument zweckmäßigerweise eine erste Gruppe von Tasten mit einer Taste Je Fernspeisegerät und eine zweite Gruppe von Tasten mit einer Taste Je Meßspannungsquelle eines Fernspeisegerätes.Instead of the switch 91, which allows for the Measuring instrument Control elements can be used to select a desired measured variable in each case to select the measurement voltage sources after remote power supply and MeB-large. In In this case, the device B expediently contains in addition to the instrument a first group of buttons with one button per remote power supply and a second Group of keys with one key for each measuring voltage source of a remote power supply unit.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |