Anordnung zur Übertragung von Messwerten von einem Sender zu einem Empfänger, wovon der eine auf Hochspannungs-, der andere auf Erdpotential liegt
In der Starkstromtechnik ist eine wichtige Frage die Übertragung von Informationen aus Hochspannungskreisen nach Erdpotential, insbesondere die Messung von Leistung, Energie, Spannung und Strom, wobei vor allem die Überbrückung des Potentialsprungs das Hauptproblem bildet. Eine Möglichkeit besteht darin, für die Messung die üblichen Einrichtungen für Niederspannung auf Hochspannungspotential zu legen und die Anzeigegrösse nach Erdpotential zu übertragen. Die einfachste Lösung wäre demnach ein Messinstrument mit grosser Skala, die eine Ablesung aus sicherer Distanz erlaubt. Eine Fernanzeige, wie sie meistens in Hochspannungsanlagen gefordert wird, wäre aber auf diese Weise nicht möglich, ausser z.
B. unter Verwendung einer Fernsehanlage. Nach einem bekannten Vorschlag wird der Potentialsprung optisch überbrückt. Der Lichtstrahl einer Lampe wird von einem auf Hochspannung befindlichen Spiegel, der durch die Messgrösse beeinflusst wird, mehr oder weniger reflektiert und bewirkt über einen Empfänger mit Photozelle eine elektrische Ausgangsgrösse proportional zum Messwert. Bei diesem optischen Verfahren ist die Betriebssicherheit wegen der kurzen Lebensdauer der benötigten Lampen nicht gewährleistet. Auch ist die Störanfälligkeit, vor allem bei Verwendung im Freien, gross durch Verschmutzen von Linsen, Störung des Übertragungsweges durch Gegenstände usw. Die Übertragung ist überdies ohne zusätzlichen Aufwand auf eine Sichtverbindung beschränkt.
Ein bekanntes Verfahren zur Übertragung von Informationen, insbesondere Messwerten, von einem Sender zu einem Empfänger besteht darin, dass der eine auf Hochspannungs-, der andere auf Erdpotential liegt. Ferner werden zur Übertragung Schallschwingungen mit vorgegebener Ausbreitungsrichtung als Träger der Informationen verwendet. Eine vorgegebene Ausbreitungsrichtung kann z. B. durch die Form von Hohlkörpern erreicht werden, welche das als Schalleiter dienende, isolierende Medium enthalten. Auch sind feste Isolierkörper als Schalleiter möglich. Eine weitere Möglichkeit, eine vorgegebene Ausbreitungsrichtung zu erreichen, besteht darin, die Schallschwingungen gebündelt abzustrahlen.
Dieses bekannte Verfahren besitzt den Vorteil, dass es in festen, flüssigen und gasförmigen, isolierenden Medien anwendbar ist. Der Übertragung kann eine beliebige Richtung gegeben werden, vor allem bei Verwendung von Rohren, welche das zur Über- tragung dienende Medium enthalten. Es ist bekannt, auf der Senderseite Einrichtungen zu benützen, welche die zu übertragenden Informationen in eine elektrische Grösse umwandeln, z. B. in eine Spannung.
Diese elektrische Grösse moduliert in einem Modulator eine elektrische Hilfsschwingtmg nach einem der bekannten Verfahren (Frequenz-, Amplituden-, Impuls-, Phasenmodulation). Der Modulator speist einen ersten elektromechanischen Wandler. Die in diesem Wandler erzeugten Schallschwingungen werden zu einem zweiten elektromechanischen Wandler übertragen, wo sie wieder in elektrische Schwingungen umgewandelt werden. Die elektrische Ausgangsgrösse des zweiten Wandlers stellt also ein Mass für die Eingangsgrösse des ersten Wandlers dar. Nach Verstärkung und Demodulation der elektrischen Schwingung liegt eine der Information entsprechende elektrische Grösse zur Auswertung vor, z. B. in einer Anzeige- oder Zählschaltung.
Unter einem elektromechanischen Wandler soll ein solcher verstanden sein, der elektrische Schwingungen in Schallschwin gungen (hörbaren und unhörbaren Schall) oder umgekehrt Schallschwingungen in elektrische Schwingungen umwandelt.
Die Anordnung zur Übertragung von Messwerten gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Ferrariszähler und einen Oszillator, dessen Frequenz im Rhythmus der Umdrehungszahl der Ferrarisscheibe zwischen zwei Festwerten wechselt, so dass die Häufigkeit des Frequenzwechsels ein Mass für den zu übertragenden Messwert darstellt, wobei die Ausgangsspannung des Oszillators dem senderseitigen Wandler zugeführt wird.
Die Zeichnung zeigt schematisch die prinzipielle Gestaltung eines Anwendungsbeispiels der erfindungsgemässen Anordnung. Als Messwerte sind die aus einer Leistungs- und Energiemessung anfallenden Messwerte zu übertragen. Als Übertragungsmittel werden Schallschwingungen in geführten Medien benützt.
Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient zur Leistungs- und Energiemessung ein üblicher Ferrariszähler 1 mit Scheibe. Der Strompfad des Zählers wird von einem Stromwandler 2 und der Spannungspfad über den Vorwiderstand 3 gespiesen. Der Zähler ist mit dem Sender 4 verbunden; Zähler, Stromwandler und Sender befinden sich auf Hochspannungspotential. Die Wicklungen des Stromwandlers 2 brauchen daher nicht für Hochspannung isolierst zu sein. Der Oszillator 5 mit der Frequenz fl oder f2 im Tongebiet steuert den Endverstärker 6 aus. Die Ferrarisscheibe des Zählers bewirke je einmal pro Umdrehung eine kurzzeitige Umtastung der Oszillatorfrequenz von fl auf f2 und wieder auf fl zurück.
Die elektromechanischen Wandler 7 und 8 sind einander gleiche Telephonhörerkapseln, die durch das Rohr 9 miteinander verbunden sind. Das Rohr 9 besteht aus Isoliermaterial, z. B. aus Kunststoff oder Porzellan, und ist mit Luft von Atmosphärendruck gefüllt, die als schalleitendes Medium dient.
Mit zehn Meter Kunststoffrohr sind Übertragungsdämpfungen von 30 db bei 1 kHz zwischen den Wandleranschlüssen gemessen worden, wobei theoretisch auf die Leitung allein 3 db, auf die allerdings akustisch nicht angepassten Wandler 27 db entfallen.
Der Empfänger 10 umfasst einen Verstärker 11 mit Begrenzer 12 und Frequenzdiskriminator 13. Der Frequenzdiskriminator liefert eine Ausgangsspannung von mänuderförmiger Art gemäss seiner Kennlinie.
Eine Rechteck- oder Schaltstufe 14 mit Schalthysterese erzeugt daraus eine Rechteckwelle. Diese Stufe schaltet erst bei einem vorbestimmten Schwellwert ihrer Eingangsspannung um; zur Rückschaltung muss die Eingangsspannung aber unter einen wesentlich geringeren Pegel abfallen. Eine Impulsformerstufe 15 wandelt diese Rechteckwelle in für das Zählorgan geeignete Impulse um, deren Folgefrequenz der Anzahl Umdrehungen der Ferrarisscheibe pro Sekunde entspricht und daher ein Mass für die Leistung auf der Hochspannungsseite darstellt. Diese lässt sich daher mit einem registrierenden Frequenzmessgerät 16 messen. Die Energie kann z. B. mit einem Zähler 17, wie er in Gesprächszählschaltungen benutzt wird, gemessen werden.
Zur Stromversorgung der Anlage dient der Strom, der durch die Serieschaltung der Spannungsspule des Zählers 1, des stabilisierten Gleichrichters 18 und des Vorwiderstandes 3 fliesst. Sender und Empfänger werden vorzugsweise als Transistorschaltungen ausgebildet, was grosse Betriebssicherheit und kleine Dimensionen ergibt.
Durch die Verwendung der Frequenzschubtastung als Modulationsart ergeben sich verschiedene Vorteile, vor allem ein günstiges Verhältnis zwischen Signal- und Störpegel, sowie eine einfache Ausbildung des Messwertgebers. Wandler und Schalleitung sind in bezug auf ihre Übertragungscharakteristik ganz unkritisch und bedürfen keiner Entzerrung oder Eichung, wie sie z. B. bei Anwendung der Amplitudenmodulation nötig wäre.
In gleicher Weise ist auch eine Übertragung in umgekehrter Richtung, also von Erdpotential auf Hochspannungspotential, möglich.
Die beschriebene Anordnung zeichnet sich aus durch geringe Anfälligkeit gegen Störungen von aussen, geringe Ausbreitungsdämpfung und damit kleine Senderleistung, kleines Übersprechen durch benachbarte Schalleiter, auch bei Verwendung von gleichen Übertragungsfrequenzen.