-
Schaltungsanordnung zum Übertragen von Meßwerten
-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Übertragen der
Meßwerte von mehreren Meßstellen auf eine gemeinsame Übertragungsleitung über je
einer Meßstelle zugeordnete, aus einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle gespeiste
Meßwertumformer, die den Meßwert in einen Meßstrom umformen, und über eine elektronische
Schalteranordnung, wobei je ein Eingang der Schalteranordnung über eine Leitung
mit je einem Meßwertumformer verbunden ist und zyklisch diese Eingänge mit der gemeinsamen
Übertragungsleitung verbindet.
-
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art ist die elektronische
Schalteranordnung aus einzelnen Transistoren und Widerständen ausgebildet. Will
man eine Schalteranordnung mit Schaltkreisen in Form einer integrierten Schaltung
verwenden, dann steht dem entgegen, daß es schwierig ist, Meßströme unmittelbar
über eine integrierte Schalteranordnung zu übertragen, und zwar wegen ihres verhältnismäßig
hohen Durchlaßwiderstandes. Gegen die übertragung einer Meßspannung über eine integrierte
Schalteranordnung spricht deren Empfindlichkeit gegen überspannungen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine Schalteranordnung mit Schaltkreisen
in Form einer integrierten Schaltung verwendet werden kann.
-
Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in den
von den Meßwertumformern zur Schalteranordnung führenden Verbindungsleitungen fließenden
Meßströme in einer Eingangsschaltung der Schalteranordnung je in eine Meßspannung
umformbar und die Neßspannungen den Eingängen der Schalteranordnung zur Übertragung
zuführbar sind und daß an die Eingangsschaltung ein in der gemeinsamen Stromversorgungsleitung
liegender Strombegrenzer angeschlossen ist, der anspricht, wenn eine Meßspannung
einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
-
Wenn bei dieser Schaltungsanordnung in einer der Verbindungsleitungen
zwischen einem Meßwertumformer und der Schalteranordnung ein zu hoher Strom fließt,
sei es aufgrund eines Kurzschlusses zwischen der gemeinsamen Stromversorgungsleitung
der Meßwertumformer und dieser Verbindungsleitung oder weil eine der Meßgrößen einen
normalen Bereich überschreitet, dann spricht der Strombegrenzer an und begrenzt
den Versorgungsstrom aller Meßwertumformer auf einen Wert, bei dem sich eine zulässige
Meßspannung auf der betreffenden Verbindungsleitung einstellt. Es ist daher möglich,
eine Schalteranordnung mit Schaltkreisen in Form einer integrierten Schaltung zu
verwenden, ohne daß diese eingangsseitig überlastet wird.
-
Gleichzeitig ist die gemeinsame Gleichspannungsquelle der Meßwertumformer
und gegebenenfalls der Schalteranordnung gegen überlastung durch Kurzschlüsse geschützt.
Die Eingangsschaltung erfüllt eine Mehrfachfunktion. Sie formt die Meßströme in
eine zur Übertragung durch integrierte Schaltkreise geeignete Spannung um, erfaßt
zu hohe Ströme und steuert den Strombegrenzer entsprechend. Die Eingangsschaltung
bildet somit gleichzeitig einen Teil einer den Strombegrenzer aufweisenden Uberwachungsschaltung.
-
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Strombegrenzer eingangsseitig
eine Schwellwertstufe aufweist, deren Eingang über je eine bei den Grenzwert überschreitender
Neßspannung
in Richtung auf diesen Eingang leitende Diode mit je
einem Eingang der Schalteranordnung verbunden ist. Auf diese Weise kommt man mit
einer einzigen Schwellwertstufe zur Überwachung aller Eingänge der Schalteranordnung
aus.
-
Gleichzeitig sorgen die Dioden dafür, daß die Eingänge der Schalteranordnung
nicht durch die Vorspannung der Schwellwertstufe belastet werden und eine an einem
Eingang der Schalteranordnung auftretende zu hohe Spannung von den anderen Eingängen
der Schalteranordnung ferngehalten wird.
-
Im Normalbetrieb bewirkt die Schwellwertstufe keine Verfälschung der
Meßwerte, da sie völlig gegenüber den Meßkreisen entkoppelt ist.
-
Ein sehr einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Schwellwertstufe eine
den Schwellwert bestimmende Zener-Diode aufweist.
-
Sodann ist es günstig, wenn der Strombegrenzer eine den Versorgungsstrom
unmittelbar steuernde Stufe mit Transistoren in Darlington-Schaltung aufweist. Auf
diese Weise ergibt sich bei einem Meßwertumformer-Kurzschluß ein geschlossener Stromregelkreis,
der den Kurzschlußstrom auf einen koutanten zulässigen Wert herunterregelt, der
dem Grenzwert der Meßspannung entspricht. Eine Darlington-Schaltung hat darüber
hinaus einen geringen Ausgangswiderstand mit entsprechend geringen Verlusten, bei
hohem, eine geringe Belastung darstellendem Eingangswiderstand. Sie läßt sich ferner
leicht als integrierte Schaltung ausbilden.
-
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn in den Verbindungsleitungen je ein
Widerstand liegt und unmittelbar zwischen jedem Bingang der Schalteranordnung un
d der Bezugspotential führenden Leitung je eine bei oberhalb des Bezugspotentials
liegender Meßspannung gesperrte Diode liegt.
-
Auf diese Weise werden Stbrspannungen der einen Polarität zwischen
zwei der Verbindungsleitungen, die die Meßwertumformer mit der Schalteranordnung
verbinden, über diese normalerweise gesperrten Dioden kurzgeschlossen. Dies gilt
auch für Störspannungen aufgrund eines Kurzschlusses, der zwischen einer zur gegensinnigen
symmetrischen Aussteuerung der Schalteranordnung gegebenenfalls erforderlichen zweiten
Versorgungsgleichspannung mit gegenüber Bezugspotential negativer Polarität und
einer der Verbindungsleitungen auftritt. Hierbei begrenzen die in den Verbindungsleitungen
liegenden Widerstände nicht nur die Eingangs ströme der Schalteranordnung, sondern
auch die über die zuletzt genannten Dioden abgeleiteten Kurzschlußsströme gegensinniger
Polarität. Am Eingang der Schalteranordnung kann dann im zuletzt genannten Fall
maximal eine Spannung auftreten, die dem Durchlaß-Spannungsabfall einer der zuletzt
genannten Dioden entspricht.
-
Die Zeichnung stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel schematisch
dar.
-
Jeder Meßstelle einer Vielzahl von Meßstellen ist jeweils ein Meßwertumformer
M zugeordnet. Der Meßwertumformer M formt den Meßwert in einen elektrischen Strom
um, der dem Meßwert starr proportnial ist. Dementsprechend wird der Meßwertumformer
auch als Stromgenerator bezeichnet. Jeder Meßstrom wird jeweils über eine Verbindungsleitung
L und einen ohmschen Widerstand R1 zur Bezugspotentialleitung 0 bzw.
-
nach Masse oder Erde geleitet. Der Spannungsabfall am Widerstand R1
wird über einen Widerstand R2 einem von mehreren Eingängen E einer elektronischen
Schalteranordnung S (auch Multiplexschaltung genannt) zugeführt, deren Schaltkreise
als integrierte Schaltung ausgebildet sind und zyklisch die Eingänge E über einen
Spannung/Strom-Umformer mit einem Ausgang A verbinden, an den eine übertragungsleitung
T angeschlossen ist. Diese führt zu einer entfernt angeordneten,
nicht
dargestellten Empfangsstelle, bei der die übertragenen Meßwerte wieder im Takt der
Umschaltung der Schalteranordnung S auf getrennte Auswertestellen verteilt werden,
die jeweils einer der Meßstellen zugeordnet sind. Die Umformung der Meßströme in
entsprechende Spannungen an den Widerständen R1 ist bedingt durch die Schätteranordnung
S, die nur Spannungen durchschalten kann.
-
Die Stromversorgung der Meßwertumformer M erfolgt über eine Leitung
1 aus einer Gleichspannungsquelle +U1, die auch die Schalteranordnung speist. Um
nicht nur positive, die Meßwerte darstellende Signale, sondern auch negative Synchronisierungsimpulse
über die Leitung T, vorzugsweise eine Telefonleitung, übertragen zu können, ist
eine Gleichspannungsquelle mit einer gegenüber Bezugspotential negativen Spannung
-U1 vorgesehen, die nach jeder Übertragung eines Meßwertes mit der Leitung T verbunden
wird.
-
Um zu vermeiden, daß ein Kurzschluß eines Meßwertumformers M zwischen
der Leitung 1 und einer Leitung L zu einer Überlastung der Gleichspannungsquelle
+U1 und/oder der Schalteranordnung S führt, letzteres aufgrund eines zu hohen Spannungsabfalls
am betreffenden Widerstand R1, und um die Widerstände R1 und Meßwertumformer zu
schützen, ist eine überwachungsschaltung vorgesehen, die Dioden D1, D2, Widerstände
R3 - R5, Transistoren T1 - T3 und eine Zener-Diode »'aufweist. Die Dioden D1 liegen
in Sperrichtung gepolt zwischen je einem Eingang E der Schalteranordnung S und einer
Gleichspannungsquelle +U2, wobei sie mit dem Widerstand R4 gemeinsam in Reihe liegen.
Die Dioden D2 liegen jeweils zwischen einem der Eingänge E und der Bezugspotentialleitung
0 (Masse). Am Verbindungspunkt P zwischen den Kathoden der Dioden D1 und dem Widerstand
R4 ist die Kathode der Zener-Diode Z angeschlossen, die über den Widerstand R3 an
Masse liegt.
-
Zwischen der Z-Diode Z und dem Widerstand R3 ist die Basis des Transistors
T1 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt
und dessen Kollektor
direkt mit der Basis des Transistors T2 und über den Widerstand R5 mit der Gleichspannungsquelle
+U1 verbunden ist. Die Transistoren T2 und T3 bilden eine Ausgangsstufe in Darlington-Schaltung,
wobei der zweite Transistor T3, der vom ersten Transistor T2 gesteuert wird, in
der Stromversorgungsleitung 1 liegt.
-
Die Widerstände R3 und R4 und die Zener-Diode Z bilden mit dem Transistor
T1 eine Schwellwertstufe mit dem Verbindungspunkt P als Eingang und sind so bemessen,
daß izn Normalbetrieb die Dioden D1 gesperrt, dagegen die Zener-Diode Z und der
Transistor T1 nahezu gesperrt und mithin die Transistoren T2 und T3 leitend sind.
-
Wenn ein Kurzschlußstrom zwischen einer Leitung L und der Leitung
1 auftritt, steigt der Spannungsabfall am betreffenden Widerstand R1 und damit das
Potential dieser Leitung L soweit an, daß es das Kathodenpotential der Zener-Diode
Z überschreitet. Dann wird die betreffende Diode D1 leitend, während die Zener-Diode
Z, weil der Widerstandswert von R2 sehr viel kleiner als der von R4 ist, und der
Transistor T1 stärker leitend werden. Entsprechend wird die Darlington-Schaltung
T2, T3 weniger leitend und der Kurzschlußstrom begrenzt.
-
Der Grenzstromwert wird durch den Regler T1, , T2, T3 solange aufrechterhalten,
bis der Kurzschluß beseitigt oder verschwunden ist. Der Stromgrenzwert ist daher
so gewählt, daß die Widerstände R1 bei diesem Grenzstrom nicht überlastet werden
und die am Eingang E zulässige Spannung nicht überschritten wird.
-
Tritt dagegen ein Kurzschluß zwischen -U1 und einer Leitung L auf,
dann fließt ein Strom über die betreffende Diode D2 und den betreffenden Widerstand
R2, so daß am betreffenden Eingang E nur der geringe Durchlaß-Spannungsabfall der
Diode D2 anliegt. Der Widerstand R2\wirkt darüber hinaus eine Begrenzung 2 dieses
Stroms.