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Sich selbst überwachende Einrichtung zur Überwachung von mit Schwankungen
behafteten Zuständen Die Erfindung betrifft eine sich selbst überwachende Einrichtung
zur Überwachung von mit Schwankungen behafteten Zuständen, die durch ein elektrisches
Signal darstellbar sind, wobei die Frequenz der Schwankungen innerhalb eines vorgegebenen
Frequenzbereiches liegt und die längste Periodendauer der Schwankungen kürzer ist
als eine vorgegebene Zeitdauer.
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Einrichtungen der vorerwähnten Art sind bereits bekannt, durch die
beim überschreiten eines vorgegebenen Zeitintervalls für die Schwankungen, mit denen
das zu überwachende Signal moduliert wurde, ein Signal ausgelöst wird.
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Es sind auch Vorrichtungen zur Prüfung der Betriebsfähigkeit einer
lichtelektrischen Anordnung bekannt, bei denen die Überwachungsvorrichtung periodisch
in den Zustand versetzt wird, bei dem bei fehlerfreiem Zustand der Anordnung die
Betätigung der Anzeigevorrichtung erfolgt. Die vorerwähnte und ähnliche bekannte
überwachungseinrichtung konnten eine völlig fehlersichere Überwachung nicht gewährleisten,
weil bei ihnen der zu überwachende Zustand mit einer von dem Überwachungsgerät erzeugten
Frequenz moduliert wurde und ein ordnungsgemäßer Zustand der überwachungseinrichtung
vorgetäuscht werden kann, während die Einrichtung tatsächlich versagt oder das den
zu überwachenden Zustand wiedergebende Signal verlorengegangen ist.
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Ein weiterer Mangel der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß
bei ihnen die Überprüfung der Einrichtung selbst jeweils zu einer Zeit stattfindet,
zu der die Einrichtung den zu überwachenden Zustand noch nicht überwacht. Während
der überprüfung der Einrichtung könnte also der zu überwachende Zustand Unregelmäßigkeiten
aufweisen, die an sich der Überwachung bedürfen.
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Durch die Erfindung wird eine überwachungseinrichtung geschaffen,
die ständig den zu überwachenden Zustand kontrolliert und gleichzeitig ihre eigene
Funktionsfähigkeit nachprüft, wobei im Gegensatz zu bekannten ähnlichen Einrichtungen
keine besonderen Mittel zur Modulation des den zu überwachenden Zustand wiedergebenden
Signals erforderlich sind.
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Die Erfindung bedient sich vielmehr zur überwachung des zu kontrollierenden
Zustands und zur Überwachung ihrer eigenen Funktionsfähigkeit der Schwankungen,
die den zu überwachenden Zustand selbst kennzeichnen.
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Demgemäß ist bei einer sich selbst überwachenden Einrichtung zur Überwachung
von mit Schwankungen behafteten Zuständen, die durch ein elektrisches Signal darstellbar
sind, wobei die Frequenz der Schwankungen innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs
liegt und die längste Periodendauer der Schwankungen kürzer ist als eine vorgegebene
Zeitdauer, erfindungsgemäß ein auf den vorgegebenen Frequenzbereich abgestimmtes
Filter und eine an sich bekannte Vorrichtung zur überwachung des vorgegebenen Zeitintervalls,
die bei seinem Überschreiten ein Signal auslöst, eingeschaltet.
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Die Erfindung bezieht sich im übrigen auf zweckmäßige Ausführungsformen
einer solchen Einrichtung sowie auf ein Verfahren zum überwachen von mit Schwankungen
behafteten Zuständen, die durch ein elektrisches Signal darstellbar sind, wobei
die Frequenz der Schwankungen innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegt
und die längste Periodendauer der Schwankungen kürzer ist als eine vorgegebene Zeitdauer,
wobei man ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Schwankungen denen der zu überwachenden
Zustände entsprechen, die Schwankungen mittels eines Filters von dem Signal trennt,
ihnen durch einen Verstärker Wechselstromenergie zuführt und abwechselnd die Wechselstromenergie
in mittels eines Kondensators gespeicherte Gleichstromenergie umwandelt und darauf
die gespeicherte Gleichstromenergie auf eine Alarm- oder Anzeigevorrichtung schaltet.
Nachstehend
werden weitere Einzelheiten und Eigenschaften der Erfindung an Hand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein Schaltschema einer vorzugsweisen Ausführungsform
der Erfindung und F i g. 2 ein ähnliches Schema einer abgeänderten Ausführungsform.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer sich selbst überwachenden
Einrichtung zur überwachung von mit Schwankungen behafteten Zuständen beschrieben,
wobei diese durch eine Flamme repräsentiert sind, die hinsichtlich der von ihr ausgesandten
Strahlung Schwankungen unterliegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Einrichtungen
speziell beschränkt. Sie kann in ähnlicher Weise auf viel unterschiedliche Arten
elektrischer, elektronischer, mechanischer und elektromechanischer Anlagen angewendet
werden.
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In F i g. 1 ist 2 eine Vorrichtung, die aus einer Sonde oder
einem Detektor besteht und auf von einer Flamme 1 ausgehende Strahlungen,
beispielsweise einer Gasflamme oder der Flamme eines ölbrenners od. dgl., anspricht.
Während der Detektor 2 ein auf spezifische, in charakteristischer Weise die Flamme
1 begleitende Tonfrequenzschwankungen ansprechendes Mikrophon oder eine Photozelle
für den Empfang von charakteristischem sichtbarem oder ultraviolettem Licht oder
anderen in ihrer Intensität schwankenden Merkmalen der Flamme 1 sein könnte,
wird vorzugsweise eine Photozelle 2 aus Bleisulfid od. dgl. verwendet, die auf die
Infrarot-oder Temperaturschwankungen der Flamme 1 anspricht, die innerhalb
eines Bereiches von 5 bis 25 Hz auftreten. Der infrarot- oder temperaturempfindliche
Detektor in Form der Photozelle 2 ist mit den Eingangsanschlüssen 4, 6 einer
elektronischen Flammenüberwachungsverstärkeranlage 8
mit hohem Eingangswiderstand
verbunden. Die Anlage8 ist in einer üblichen kommerziellen Bauart dargestellt, die
zwei Wechselstromverstärkerstufen mit Elektronen- oder Vakuumröhren T
1 A und T 1 B
und zwei Gleichstromverstärker T
3 A und T 3 B aufweist. Am Ausgang 10, 12 des
Verstärkers 8 liegt ein Transformator TR 2 mit einer Primärwicklung 14, die
elektromagnetisch mit einer aufwärts transformierenden Sekundärwicklung16 gekoppelt
ist. Der Sekundärwicklung 16 sind gleichgepolte Gleichrichter18 und 20 parallel
geschaltet. Ein den Abschluß bildendes GleichstromreiaisRY ist über einen Leiter22
mit dem Verbindungspunkt24 der Gleichrichter 18 und 20 und über einen Leiter
26 mit einer Zwischenanzapfung28 der Sekundärwicklung 16 verbunden.
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Der Transformator TR 2 ist durch eine geeignete bekannte Form seines
magnetischen Kernes so abgestimmt, daß er einen niedrigen Widerstand hat und optimal
auf elektrische Schwankungen anspricht, deren Frequenzen innerhalb des Bereiches
von 5 bis 25 Hz oder auf irgendeinem Teil dieses Bereiches lieaen.
Der Transformator TR 2 hat dann eine hohe Impedanz mit vernachlässigbarer Empfindlichkeit
für alle anderen, außerhalb des genannten Bereiches liegende Schwankungsfrequenzen,
beispielsweise für den an den Netzanschlüssen 32, 34 liegenden Wechselstrom.
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Das RelaisRY ist als Gleichstromrelais dargestellt, das über einen
Anker 36 einen Schalter 38 steuert, der zum Betätigen einer Alarineinrichtung,
eines Anzeigers, einer Kontrolle oder einer anderen Vorrichtung mit den beiden Kontakten
40, 42 zusammenwirkt. Dem Relais R Y ist ein Kondensator C 10 parallel
geschaltet, der es zu einem abfallverzögerten Relais macht. Durch geeignete Wahl
des Wertes des Kondensators CIO und des Widerstandes der Relaiswicklung wird das
RelaisRY, nachdem es erregt wurde, erst nach Ablauf eines Zeitintervalls stromlos,
das dem erwähnten vorgegebenen Zeitintervall entspricht und größer ist als die längste
Periode des Bereiches von 5 bis 25 Hz. Selbstverständlich können auch
andere bekannte Arten verzögerter oder langsam ansprechender Anzeigevorrichtungen,
Alarmeinrichtungen oder Kontrollvorrichtungen werden. In Abweichung von den bekannten
überwachungsstromkreisen der in F i g. 1 veranschaulichten Bauart wird das
elektrische, mit Schwankungen behaftete, zu den Eingangsanschlüssen 4,
6 der Anlage 8 gelangende und in den beiden Wechselstromverstärkern
TlA, T1B verstärkte Signal vor dem Erreichen der Ausgangsklemmen 10, 12 nicht
integriert, geglättet oder gleichgerichtet. Im Gegenteil wird das mit Schwankungen
behaftete Signal über zwei weitere Verstärker T3A, T3B zu den Ausgangsklemmen
10,
12 geführt, worauf die Schwankungen durch den Transformator TR2 hochtransformiert
bzw. ihre Amplitude vergrößert und die Schwankungen dann gleichgerichtet werden,
um das Relais RY erregt zu halten. Solange die innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereiches
liegenden, sich wiederholenden Schwankungen, die von dem Eingang 4, 6 durch
die Anlage 8 hindurch zu dem Ausgang 10, 12 gelangen, im Transformator
TR2 vom verstärkten, mit Schwankungen behafteten elektrischen Signal abgetrennt
oder wiedergewonnen werden, bleibt das Relais RY erregt. Wenn das Abtrennen oder
Wiedergewinnen der Schwankungen für eine Zeit ausfällt, die ungefähr gleich dem
vorgegebenen Zeitintervall ist, so wird das Relais RY stromlos und betätigt das
Alarm-, Anzeige-, Kontroll- oder sonstige Gerät. Die gesamte überwachungseinrichtung
von dem Detektor 2 bis zu den Gleichrichtern 18, 20 einschließlich aller
elektrischer und elektronischer Teile der Anlage ist also weitgehend ausfallsicher.
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Nachstehend werden die Einzelheiten des Verstärkers 8 erläutert.
Der Eingangsanschluß 4 ist über einen Kopplungskondensator Cl und einen Gitterwiderstand
R 3 mit dem Steuergitter 46 der Verstärkerröhre T1A verbunden. Die Röhre
T1A ist eine normalerweise leitende Triode, deren Kathode 48 direkt geerdet oder
mit der Masse 50 verbunden ist und deren Anode 52 über einen Anodenwiderstand
R 6 und einen strombegrenzenden Widerstand R 9
mit einem Anodenspannungsgleichrichter
T2B verbunden ist. Der Widerstand R 9 steht mit der Kathode 54 des Verstärkers
T2B in Verbindung, dessen Anode 56 mit einer Zwischenanzapfung
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der Sekundärwicklung 60 eines Netztransformators TR 1 verbunden
ist. Die Primärwicklung 62 des Transformators TR 1 wird von den Netzanschlüssen
32, 34 aus erregt. Das obere Ende der Sekundärwicklung 60 ist mit
dem Ausgangsanschluß 12 und über die Primärwicklung 14 des Aufwärtstransforators
TR 2 mit dem Ausgangsanschluß 10 verbunden. Das untere Ende der Sekundärwicklung
60
ist über den Leiter 64 mit dem Erdanschluß 50 verbunden. Die Heizfäden
66 der Verstärkerröhren
T 1 A, T 1 B
und T 3 A und T 3 B werden durch eine weitere Sekundärwicklung60'des
Transformators TR 1,
die ebenfalls mit dem Leiter 64 verbunden ist,
erregt.
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Zu der ersten Wechselstromverstärkerstufe gehört ein 7-Filter, das
so abgestimmt oder eingestellt ist, daß es das gewünschte, wie vorstehend angegeben,
von 5 bis 25 Hz reichende oder irgendein anderes, innerhalb dieses
Bereiches liegendes Frequenzband durchläßt. Das dargestellte Filter enthält einen
Parallelwiderstand R 2, der zwischen dem Punkt 66 zwischen Kondensator
C 1 und Widerstand R 3 und dem Erdanschluß 50 liegt, wobei
der Widerstand R 3 und ein weiterer mit dem Steuergitter 46 der Röhre T
1 A
verbundener Kondensator C3 über einen Widerstand
R 5 mit dem Erdanschluß 50 verbunden ist. Ein Gleichstrom-Sperrkondensator
C4 liegt zwischen der Anode 52 der Röhre T 1 A und dem Verbindungspunkt
68 von Kondensator C 3 und Widerstand R 5.
Ein Anodenspannungsglättungskondensator
C2 ist zwischen dem Erdanschluß 50 und dem linken Anschluß eines Strombegrenzungswiderstandes
R4 angeschlossen. Der rechte Anschluß des Widerstandes R4 ist mit dem BegrenzungswiderstandR9
verbunden. Ein ähnlicher Glättungskondensator C 9 ist von der Kathode54 des
AnodenspannungsgleichrichtersT2B aus geerdet. Eine spannungsregulierende GasentladungsdiodeT4
liegt zwischen dem rechten Anschluß des Strombegrenzungswiderstandes R4 und dem
Erdanschluß50. Außerdem liegt ein weiterer Strombegrenzungswiderstand Rl zwischen
dem Eingangsanschluß4 der Anlage8 und dem oberen Anschluß des Kondensators
C2.
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Der Ausgang der normalerweise leitenden Wechselstromverstärkerstufe
T1A ist über den Kondensator C 5 und den Widerstand R 7 mit
dem Steuergitter 70 der folgenden Verstärkerstufe T 1 B gekoppelt.
Die Kathode 72 der Röhre T 1 B ist mit dem Erdanschluß
50 verbunden, und die Anode 74 ist über einen Anodenwiderstand R
11 mit der Kathode 54 des Anodenspannungsgleichrichters T2B verbunden. Die
Verstärkerstufen T1A und T1B können in einem einzigen Kolben liegen, z. B.
als Doppeltriode, oder es können getrennte Röhren sein. Das gleiche gilt für die
Verstärkerstufen T3A und T3B und für die Dioden T2B und T2A. Ein dem in Verbindung
mit der Verstärkerstufe T1 A erläuterten Filter R2, R3, C3, R5
entsprechendes a-Filter R 8, C 6, R 10 liegt an dem
Eingang der zweiten Verstärkerstufe T1B zwischen deren Steuergitter 70 und
der Kathode 72. Ein Gleichstromsperrkondensator C7 liegt zwischen
der Anode 74 der Röhre T1B und dem oberen Anschluß des Filterkondensators
C6.
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Der Ausgang des Verstärkers T1B ist über den Kondensator
C 8 und den Widerstand R 13 mit dem Steuergitter76 der dritten Gleichstromverstärkerstufe
T3A gekoppelt. Der WiderstandR13 und der WiderstandR14, von denen der letztere zwischen
dem Steuergitter76 und der geerdeten Kathode78 der Röhre T3 A liegt, dienen als
Gittervorspannungswiderstände. Ihnen ist ein weiterer Widerstand R 12, der mit dem
Kondensator C8 als Filter wirkt und auch als Anodenwiderstand für die DiodeT2A
dient, parallel geschaltet. Die Diode T2A ist ihrerseits zwischen dem KopplungskondensatorC8
und dernf Erdanschluß 50 angeschlossen und liefert eine Gitter-Gleichvorspannung
für den Verstärker T3 A.
Der VerstärkerT3A ist wie die VerstärkerT1A und T1B
normalerweise leitend; seine Anode 80 ist über den Anodenwiderstand
R 15 mit einer weiteren Anzapfung82 der Sekundärwicklung60 des Netztransformators
TR1 verbunden. Der Widerstand R 15 dient, da er zwischen der Kathode
84 und dem Steuergitter 86 liegt, auch als Gittervorspannungswiderstand für
die letzte Verstärkungsstufe T3B. Die Anode 88 der Röhre T 3
B ist ihrerseits mit dem Ausgangsanschluß 10 verbunden.
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Das an den Eingang 4, 6 gebrachte, mit Schwankungen behaftete
elektrische Signal wird dem normalerweise leitenden Verstärker T1A zugeführt, der
an der Anode 52 verstärkte Schwankungen erzeugt, die dann von dem zweiten
Verstärker TIB weiterverstärkt werden. Die entsprechenden, am Kondensator
C8 auftretenden, negativ gerichteten Spannungsschwankungen unterbrechen oder
vermindern sich wiederholend die Stromführung des Verstärkers T 3 A.
Da das Gitter 86 der Röhre T 3 B normalerweise auf einem negativen
Potential'gehalten wird, vermindert das Sperren der Röhre T3 A dieses negative
Potential, so daß die Röhre T3B leitet. Das sich wiederholende Leiten des Verstärkers
T3B hat zur Folge, daß die Schwankungen im Transformator TR 2 wiedergewonnen oder
abgetrennt werden.
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Wie bekannt, können. außer dem Transformator TR2 andere Arten von
Ausgangsvorrichtungen verwendet werden. Bei der in F i g. 2 dargestellten
Schaltung, die wegen ihrer Einfachheit und ihrer leicht erhältlichen üblichen Teile
bevorzugt werden 'mag, sind die Anschlüsse 10 und 12 gemäß F i
g. 1
mit einem elektromagnetischen Relais RY1,verbunden dargestellt, dem ein
mit dem Bezugszeichen C 10'
wie der Haltekondensator des Relais RY
dargestellter Haltekondensator parallel geschaltet ist, der auf die innerhalb des
vorgegebenen Frequenzbereiches oder -bandes liegenden Schwankungen anspricht. Außerdem
muß das Relais RY 1 einen ausreichend hohen Wechselstromwiderstand haben,
damit es nicht durch die Netzfrequenz betätigt wird. Ein Sperrkreis, der das Ausgangsrelais
RY oder eine ähnliche Vorrichtung so lange erregt hält, wie die Schwankungen durch
synchrones Erregen und Stromlosmachen des Relais RY1 abgetrennt und wiedergegeben
werden, enthält einen Kondensator C12, der abwechselnd Gleichstromenergie
speichert und diese Energie synchron mit den am Ausgang des Verstärkers
8 abgetrennten Schwankungen an das verzögert abfallende Relais RY abgibt.
Dies wird durch die Schalter 90 und 92 erreicht, die durch die Aufwärtsbewegung
des Ankers 94 des Relais RY1 beim Erregen desselben und durch die von der Feder
96 bewirkte Abwärtsbewegung des Ankers 94 beim Stromloswerden des Relais
RY1 zwischen zwei Stellungen hin- und herbewegt werden.
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Wenn das Relais RY1 stromlos ist, liegt der Schalter 90, der
über den Leiter 26 ständig mit den unteren Anschlüssen des Relais RY und
seinem parallel geschalteten Kondensator C10 verbunden ist, gegen den Kontakt
98 und stellt über einen Leiter 100 eine elektrische Verbindung mit
einem Widerstand R 16 her. Der Widerstand R 16 ist mit dem linken
Anschluß des Speicherkondensators C12 verbunden. Der rechte Anschluß des
Speicherkondensators C12 ist über den Leiter 102 mit einem Kontakt104 und
von da aus über den Schalter92 mit dem Leiter22 verbunden, der den oberen Anschluß
des Relais RY speist. Deshalb gibt der Kondensator
C 12
in der dargestellten Stellung seine gespeicherte Energie in das Relais RY.
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Es zeigt sich außerdem, daß der nachstehend beschriebene Gleichrichter
S zu dieser Zeit durch den Schalter 92 überbrückt ist. Wenn das Relais
RY 1
jedoch erregt ist, werden die Schalter 90 und
92 in ihre oberen Stellungen gebracht, wobei sie die Verbindung mit dem Kontakt
98 unterbrechen bzw. eine Verbindung mit dem Kontakt 106 herstellen.
In dieser Stellung lädt sich der Kondensator C12 auf und speichert ein Gleichstrompotential
in einen elektrischen Stromkreis, der von dem Anschluß L 1 einer Wechselstromquelle
A C, die die gleiche Quelle sein kann wie die Quelle 32, 34 in F i
g. 1, über den Leiter 100, den Ladewiderstand R 16, den Kondensator
C 12, den Gleichrichter S, den Schalter 92, den Kontakt
106 und einen weiteren Leiter 108 zur anderen Klemme L2 der Wechselstromquelle
verläuft. Das kontinuierliche Wiedergewinnen bzw. Ab-
trennen der Schwankung
im Relais RY 1 wird deshalb die Schalter sich wiederholend zwischen ihrer
oberen und unteren Stellung wechseln lassen und somit das Relais RY erregt halten.
Wenn das Abtrennen der Schwankungen für eine Zeitdauer ausfällt, die länger ist
als das erwähnte vorgegebene Zeitintervall, wird das Relais RY eine geeignete Anzeige
hervorrufen.
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In allen Fällen werden jedoch die zahlreichen ungesicherten Ausfallmöglichkeiten,
die in den bisher bekannten überwachungseinrichtungen vorhanden sind, durch die
Erfindung beseitigt. Zu diesen Mög-
lichkeiten gehören die nachfolgenden,
in der Praxis beobachteten Fälle: Eine Unterbrechung in einer Wicklung oder einer
Verbindung im unteren Ab-
schnitt der Wicklung 60 des Transformators
TR 1;
eine Unterbrechung oder ein Defektwerden des Netzfilterkondensators
C2 oder C9; ein Kurzschluß im Anodenspannungsgleichrichter T2B; ein
Kurzschluß in dem Gitter-Kathoden-Kreis der Röhre T 3 B oder der Zuführungen;
oder ein Anoden-Kathoden-Kurzschluß der Röhre T3B, um nur einige zu nennen.
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Gewünschtenfalls können Schwankungsimpulse zusammengefaßt oder geteilt
werden, so daß das RelaisRY1 nach Fig. 2 oder das RelaisRY nach F i g. 1
und 2 nur für jede Gruppe von soundso viel Schwankungen einmal erregt wird. In diesem
Falle muß die Periode des Zusammenfassens, also der zusammengefaßten Impulsgruppen,
kürzer als das vorgegebene Zeitintervall sein. Zur Veranschaulichung deutet diese
Wirkung in F i g. 2 der mit »Impulsteiler« bezeichnete gestrichelte Block
MT an, der ein beliebiges bekanntes Abzählgerät, beispielsweise ein Multivibrator
oder ein Kondensatorintegrator od. ä.
sein kann. Die Schwankungen können,
damit sie keine unregelmäßigen Frequenzen haben, in bekannter Weise in einen Multivibrator
oder ein ähnliches Gerät gegeben werden, wo sie in eine gleichbleibende Frequenz
übergeführt werden.
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Zusammenfassend werden also die durch den zu überwachenden Vorgang
verursachten Unregelmäßigkeiten ausdrücklich als Prüfsignal zum Bestimmen der Arbeitsbereitschaft
des Detektors 2, des Verstärkers 8 und des Ausgangs der Anlage mit der Spule
des Relais RY verwendet.
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Wie schon erwähnt, können auch andere Arten von Detektoren sowie auch
andere Arten von überwachungs, Abtast- oder Aufnahmeanlagen verwendet werden. Es
können als weitere Beispiele Widerstands-, Reaktanz- oder Brückensonden oder -detektoren
sowie auch Oszillatorkreise u. dgl. verwendet werden. Andere Arten von Sperrkreisen
oder auf Impulse ansprechende Vorrichtungen können ebenfalls verwendet werden.