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Grenzwertmelder mit elektronischem Schaltverstärker Es sind elektronische
Grenzwertmelder mit induktiver Abtastung der Zeigerstellung eines Anzeige-oder Registrierinstrumentes
bekannt. Sie enthalten eine Oszillatorschaltung, deren Schwingkreis- und Rückkopplungsspulen
so am Ausschlagweg des Zeigers angeordnet sind, daß eine am Zeiger angebrachte Abschirmfahne
zwischen die beiden Spulen treten kann. In diesem Fall wird die Rückkopplung zwischen
den beiden Spulen unterbrochen. Die Schwingungen des Oszillators setzen damit aus.
Der Schwingungszustand des Oszillators ist demnach ein Kriterium für die Zeigerstellung.
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In bekannten Anordnungen der beschriebenen Art wird die hochfrequente
Spannung des Oszillators gleichgerichtet und steht als Gleichspannungssignal einer
Weiterverarbeitung zur Verfügung. Dieses Signal verändert seine Intensität beim
Durchlauf des Zeigers durch den Abgriff mit endlicher Steilheit. Es ist jedoch wünschenswert,
einen exakten Schaltpunkt zu erhalten. Deshalb muß die vom Gleichspannungssignal
angeregte Folgeschaltung eine festgelegte Ansprechschwelle haben.
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Wenn die Meßgröße einen Wert erlangt hat, der dem eingestellten Grenzwertabgriff
entspricht, so ergibt sich ein labiler Zustand, da dem Schaltpunkt sowohl der Wert
des maximalen Gleichspannungssignals als auch der Wert des minimalen Gleichspannungssignals
zugeordnet ist. Um diesen labilen Zustand zu vermeiden, sollte die Folgeschaltung
so beschaffen sein, daß ihre Ansprech- und Abfallwerte voneinander verschieden sind.
Bei einem normalen elektromagnetischen Relais ist diese Bedingung durch dessen sogenanntes
Halteverhältnis gegeben.
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In einem Aufsatz »Meßwerkregler« in der Zeitschrift »Messen, Steuern,
Regeln«, Jg. 6 (1953), H. 4, sind auf Seite 154 im Bild 3 zwei Ausführungsbeispiele
einer sogenannten Hochfrequenzkontakteinrichtung dargestellt. Das Beispiel b weist
zwischen einem Gleichrichter für die Hochfrequenzspannung und einem Relais eine
Einrichtung zur Erzielung einer rechteckigen Hystereseschleife auf. Wie diese Einrichtung
im einzelnen beschaffen ist, wird in dem Aufsatz nicht ausgeführt: In einer weiteren
Veröffentlichung in der Zeitschrift »Elektronik«, 10. Jahrgang, vom 10. Oktober
1961, ist auf Seite 314 ein Transistorgrenzschalter für Meßinstrumente beschrieben,
bei dem die Hochfrequenz ohne Gleichrichtung ein Relais steuert. Von diesem Relais
wird noch erwähnt, daß es auch gegen einen Schalttransistor ausgetauscht werden
kann. Unter diesem Schalttransistor ist jedoch nicht ein Schaltverstärker im Sinne
der Erfindung zu verstehen. Oft ist die Ausgleichspannung der üblicherweise verwendeten
Oszillatoren nicht so groß, daß mit ihr ohne weiteres normale Relais erregt werden
könnten, vor allem, wenn an das Relais auch gewisse Anforderungen an seine Kontaktsicherheit
gestellt werden. Es ist deshalb erforderlich, zwischen den Ausgangsklemmen des Oszillators
und einer Folgeschaltung einen Schaltverstärker anzuordnen.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen rein elektronischen
Schaltverstärker für eine Einrichtung, wie sie oben beschrieben ist, zu schaffen,
bei dem gleichzeitig der weiter oben geschilderte labile Zustand im Schaltpunkt
vermieden ist.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Grenzwertmelder mit elektronischem
Schaltverstärker zur Verstärkung der Ausgangsspannung eines durch Anzeigefahne in
Abhängigkeit eines vorbestimmten Meßwerts beeinflußten Oszillators. Ihr kennzeichnendes
Merkmal wird darin gesehen, daß die Oszillatorausgangsspannung gleichgerichtet an
die Steuerelektrode eines steuerbaren Si-Gleichrichters und über einen Widerstand,
der gleichzeitig im Arbeitsstromkreis des steuerbaren Si-Gleichrichters und im Speisestromkreis
des Oszillators liegt, an die Kathode des steuerbaren Si-Gleichrichters angelegt
ist. Als steuerbarer Si-Gleichrichter ist eine Vierschichtdiode mit herausgeführter
Steuerelektrode zu verstehen.
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Liegt am Ausgang des Oszillators ein Gleichspannungssignal an, so
ist der Si-Gleichrichter über seine Steuerelektrode geöffnet. Sein Arbeitsstrom
durchfließt einen Widerstand an dem ein Spannungsabfall auftritt, der zusätzlich
zur normalen Betriebspannung dem Oszillator zugeführt wird. Dieser Spannungsabfall
stellt sozusagen eine Rückkopplung dar, die bewirkt, daß die Arbeitskennlinie der
gesamten Anordnung in Form einer Hystereseschleife verläuft, wodurch ein dem Halteverhältnis
eines normalen Relais entsprechendes Verhalten der gesamten Anordnungen
erzielt
wird. Damit ist der labile Zustand um den Ansprechpunkt, den die Schaltung ohne
den Rückkopplungswiderstand aufweisen würde, vermieden.
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Die Oszillatoren und Si-Gleichrichter können ihre Betriebsspannungen
aus zwei getrennten Sekundärwicklungen eines gemeinsamen Speisetransformators beziehen.
Zweckmäßig werden die Betriebsspannungswicklungen für den Oszillator und der Widerstand
im Arbeitskreis der Vierschichtdiode bezüglich der Betriebsspannungsklemmen des
Oszillators in Serie geschaltet.
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Die Erfindung wird an Hand von zwei Figuren, die Ausführungsbeispiele
darstellen, erläutert.
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In F i g. 1 ist mit Os eine Oszillatorschaltung mit einem pnp-Transistor
gezeigt. S1 und S2 sind Rückkopplungs- bzw. Schwingkreisspulen der Oszillatorschaltung,
die bei einer Verwendung der Anordnung als elektronischer Grenzwertmelder durch
eine am Zeiger eines Meßinstrumentes angeordnete, in der Figur nicht dargestellte
Fahne voneinander abgeschirmt werden können. Die vom Oszillator erzeugte Hochfrequenzspannung
wird am Schwingkreis abgenommen und von einem Gleichrichter Gli gleichgerichtet.
Ein Kondensator C 1 wird von der Gleichspannung aufgeladen. Gleichzeitig steht diese
Spannung an der Steuerelektrode eines Gleichrichters VD an. Damit ist der Gleichrichter
geöffnet, so daß die in einer Wicklung W I eines Transformators
T erzeugte Spannung in einem Stromkreis, dem außer dem Gleichrichter
VD noch ein Widerstand R und ein Relais A angehört, einen Strom fließen lä.ßt.
Setzen die hochfrequenten Schwingungen aus, weil die Abschirmfahne zwischen die
beiden Spulen S1 und S2 getreten ist, so liegt am Kondensator CI und damit an der
Steuerelektrode des Si-Gleichrichters VD keine Spannung an. Der Gleichrichter VD
ist in beiden Richtungen gesperrt, und der Stromfluß in seinem Arbeitsstromkreis
ruht. Erreicht nun die Spannung am Kondensator C 1 infolge einer Verschiebung der
Zeigerfahne einen bestimmten Zwischenwert, so würde der weiter oben beschriebene
labile Zustand eintreten, bei dem der steuerbare Gleichrichter VD einige Halbwellen
stromführend und dann wieder gesperrt ist, wenn nicht ein Widerstand R im Arbeitsstromkreis
des Gleichrichters VD vorgesehen wird. Der Spannungsabfall, der bei jeder Halbwelle
des Arbeitsstromes durch den Gleichrichter VD an diesem Widerstand entsteht,
wird der Betriebsspannung für den Oszillator, die einer zweiten Transformatorwicklung
W 2 entnommen wird, phasenrichtig überlagert, so daß sich die Betriebsspannung für
den Oszillator erhöht. Die Betriebsspannung wird mit Hilfe eines Gleichrichters
G12 gleichgerichtet und durch einen Kondensator C 2 gesiebt. Mit der Erhöhung der
Betriebsspannung für den Oszillator steigt proportional die am Kondensator C 1 entstehende
Steuergleichspannung für den Gleichrichter VD. Damit wird ein erwünschter Mitkopplungsef#ekt
erreicht. Umgekehrt wird, sobald die Oszillatorspannung durch entsprechende gegenseitige
Abschirmung der beiden Spulen S1 und S2 sinkt, ein Punkt erreicht, für den die Steuerspannung
am Gleichrichter VD nicht mehr ausreicht, um den Gleichrichter offenzuhalten.
Damit bricht auch die Spannung am Widerstand R zusammen, wodurch sich die Betriebsspannung
des Oszillators Os vermindert. Damit geht auch die Steuerspannung am Gleichrichter
VD noch weiter zurück. Die gleiche Schaltung läßt sich auch für eine gittergesteuerte
Gasentladungsröhre an Stelle des steuerbaren Si-Gleichrichters anwenden.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem an Stelle
des pnp-Transistors ein npn-Transistor verwendet ist. Die sich daraus ergebenden
Änderungen in der Verbindung des Widerstandes R mit der Betriebsspannungswicklung
W2 ergeben sich sinnfällig aus der Figur. Sie hängen damit zusammen, daß Transistoren
verschiedenen Leitfähigkeitstyps mit entgegengesetzt polarisierten Versorgungsspannungen
betrieben werden müssen.