-
Verfahren und Vorrichtung zum überwachen von mindestens zwei, vorzugsweise
einer Vielzahl über eine lange Strecke verteilter Meßfühler mittels Prüfgrößen (Abfrageimpuls)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überwachen von mindestens zwei, vorzugsweise
einer Vielzahl z. B. über eine lange Strecke verteilter Meßfühler mittels Prüfgrößen
(Abfrageimpuls), die den Meßfühlern -über eine aus monostabilen Kippstufen bestehende
Laufzeitkette nacheinander aufgegeben werden, wobei der Abfrageimpuls den Betriebszustand
des Meßfühlers kontrolliert und durch Eigentaktung mit seiner Rückflanke den Abfrageimpuls
für den nächsten Meßfühler erzeugt, sowie eine Vorrichtung zum selbsttätigen Durchführen
des Verfahrens.
-
Zum Überwachen einer Mehrzahl von Einrichtungen mittels Prüfgrößen
sind eine ganze Reihe von Verfahren bekannt. Hierbei wird jeder der zu überwachenden
Einrichtungen gegebenenfalls in periodischer Folge von einer Zentralstelle aus eine
Prüfgröße aufgegeben und die das Ergebnis der Prüfung darstellende Antwortgröße
an die Zentralstelle zurückgeleitet. Dabei werden sowohl die einzelnen Prüfgrößen
in der Zentralstelle erzeugt als auch die Antwortgrößen registriert und gegebenenfalls
zur Auslösung eines Anzeige- oder Alarmsignals od. ä.
verwendet.
-
Aus der deutschen Auslegeschrift 1073 622 ist eine Einrichtung
zum aufeinanderfolgenden Prüfen de#i einzelnen Bestimmungsgrößen der elektrischen
Signale einer Signalgruppe bekannt, bei der ein elektromagnetischer Schrittschalter
durch einen Betätigungskreis zu dem Zweck fortgeschaltet wird, selbsttätig Verbindungen
für die nächste Prüfung aufzubauen. Eine solche Anordnung würde jedoch einen erheblichen
Aufwand an Steuer- Meldeleitungen erfordern, der insbesondere bei einer Vielzahl
über eine lange Strecke verteilter zu prüfender Meßfühler, ein vertretbares Maß
weit überschreiten würde.
-
In der deutschen Auslegeschrift 1206 474 wird eine Transistorschaltung
zum Erzeugen von Impulsen beschrieben, die aus in Reihen geschalteten monostabilen
Kippstufen besteht, die jeweils einen im Ruhezustand leitenden und im Arbeitszustand
sperrenden Transistor in Emitterschaltung enthalten, wobei der Steuereingang eines
Transistors jeweils mit dem Kollektor des Transistors der vorhergehenden Stufe über
einen Ladekondensator verbunden ist. Die Umschaltung von der Ruhelage in die Arbeitslage
erfolgt durch einen auf den Eingang der Schaltung gegebenen, den Kondensator aufladenden
Spannungsimpuls. Während der Entladung des Kondensators ist der Transistor gesperrt,
und an seinem Kollektor tritt ein Impuls auf, an dessen Ende der Transistor der
nächsten Stufe gesperrt wird. Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung liegt also
darin, daß alle in Ruhelage befindlichen Stufen leiten und deshalb bei einer Vielzahl
über eine lange Strecke verteilter Stufen der zu leitende Betriebsstrom derselben
einen erheblichen Leitungsaufwand erfordern würde.
-
Es sind monostabile Kippstufen bekannt, die, wie in Elektronic
1958, Nr. 11, S. 349 und 350, beschrieben, ausschließlich mit
zwei Transistoren arbeitsfähig sind, wobei notwendigerweise jeweils ein Transistor
leitend ist, während der andere sperrt. Bei einer solchen Laufzeitkette mit n Gliedern
wäre also der n-fache Betriebsstrom zu übertragen und außerdem ein erheblicher Aufwand
an Transistoren, Kondensatoren und anderen Bauelementen erforderlich.
-
Aus der deutschen Auslegesehrift 1164 281 ist ferner
eine aus Kippstufen aufgebaute Verteilerschaltung zur Fernübertragung von Meßwerten
bekannt, deren Kippstufen im wesentlichen jeweils aus einem Transistor und einem
Magnetkern mit mehreren Wicklungen bestehen, wobei Wicklungen gleicher Funktion
über getrennte Leitungspaare in Gruppen zusammengefaßt und parallel geschaltet sind.
Eine räumliche Ausdehnung dieser Anordnung über größere Entfernungen ist infolge
der dort eingesetzten Mittel, insbesondere auch wegen der Parallelschaltung einer
Vielzahl von Magnetspulen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht realisierbar.
Außerdem ist die Erzeugung von Impulsen im Millisekundenbereich nur möglich für
große Zeitkonstanten LIR der Magnetspulen, wozu große Magnetkerne mit entsprechend
ausgelegten KÜ#ferwicklungen notwendig
wären. Da die Betriebsbereitschaft
dieser Schaltungsanordnung vor jeder Abfrage durch einen besonderen Startimpuls,
herzustellen ist und die einzelnen Kippstufen nacheinander durch spezielle Taktiinpulse
umgesteuert werden müssen, entsteht ein weiterer zusätzlicher Aufwand an Bauelementen
und Leitungen.
-
Die bekannten Verfahren -zum überwachen einer Vielzahl von
Meßfühlern mittels Prüfgrößen führen also zu einem erheblichen Aufwand, insbesondere
hinsichtlich der Anzahl und dem Querschnitt der erforderlichen Leitungen für die
Prüfgrößen, wenn es sich darum handelt, eine Mehrzahl von über ein größeres Gebiet,
beispielsweise entlang einer kilometerlangen Leitung -angeordneten Einrichtungen
zu überwachen. Man kann dann zwar außer der einen Hauptzentrale noch eine Reihe
von Unterzentralen einrichten, die mit der Hauptzentrale einerseits und mit den
zu' überwachenden Einrichtungen andererseits verbunden sind, jedoch wird
hierdurch der erforderliche Aufwand meist auch nicht wesentlich herabgesetzt, insbesondere
dann, wenn die zu überwachenden Einrichtungen verhältnismäßig gleichmäßig entlang
einer Strecke oder verstreut über ein weites Gebiet angeordnet sind.
-
Ein bekanntes Beispiel einer derartigen Mehrzahl von Einrichtungen,
die laufend überwacht werden müssen, sind Rohrleitungen, die Flüssigkeiten führen
und bei denen die Verbindungsstellen der einzelnen Rohrteile auf Dichtheit oder
eine unter der Rohrleitung angebrachte Sicherheitswanne in vorbestimmten Abständen
auf- --F.lüssigkeitsansammlung überwacht werden müssen. Hierbei verwendet man im
allgemeinen sogenante Naßleitwiderstände, die durch aus undichten Stellen der Rohrleitung
austretende Flüssigkeit leitend gemacht werden.. SQhließt man die beiden Enden dieser
Widerstände an eine Spannungsquelle an, dann zeigt ein Stromfluß in dem aus Spannungsquelle,
Naßleitwiderstand und einem Anzeigeinstrument gebildeten Kreis den Ort der Undichtheit,
an welcher der Naßleitwiderstand angeordnet ist, an. An Stelle einer dauernd anliegenden
Spannung benutzt man häufig Spannungsimpulse, die in vorbestimmten Zeitabständen
an den Naßleitwiderstand angelegt werden und diesen auf Durchgang prüfen.
-
Es ist leicht einzusehen, daß, wenn über eine kilometerlange Strecke
derartige Naßleitwiderstände entlang einer Rohrleitung verteilt sind, ein erheblicher
Aufwand an Leitungen und Bauelementen erforderlich ist, um von einer Zentrale aus
feststellen zu können, an welcher Stelle jeweils eine Undichtheit in der Leitung
aufgetreten ist..
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst einfaches und möglichst
wenig Aufwand erforderndes Verfahren und eine Vorrichtung zur selbsttätigen Durchführung
dieses Verfahrens zu schaffen, mit der solche Einrichtungen laufend überwacht werden
können, wobei die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf das erste
Glied der Laufzeitkette ein Startimpuls einwirkt, aus dem z. B. durch Differenzierung
seiner Rückflanke eine Spannungsspitze gewonnen -wird, die den einzigen Transistor
dieses Gliedes durch Basissättigung oder Basisübersättigung für oder über die Dauer
der Spannungsspitze hinaus auf Durchgang schaltet und damit aus- einer anstehenden
Spannung einen normierten Rechteckimpuls erzeugt, der einem dem Glied der Laufzeitkette
zugeordneten Meßfühler zu:geleitet wird und während der Dauer des Rechteckirapulses
z. B. dessen elektrische Leitfähigkeit prüft und- gleichzeitig als neuer Startimpuls
auf den Eingang des nächsten Laufzeitkettengliedes geleitet wird.
-
Auf diese Weise ist es nämlich möglich, an Stelle einer Vielzahl von
Leitungen, bei denen praktisch jeder Prüfgröße eine Leitung zugeordnet ist, mit
wenigen gemeinsamen Leitungen für die Prüfgrößen und für die durch die Prüfgrößen
erzeugten Meldegrößen (Ausgangsgrößen) auszukommen. Hierbei werden zweckmäßigerweise
als Prüfgrößen Impulse (Prüfimpulse), insbesondere elektrische Impulse verwendet.
Weiterhin werden die Prüfgrößen den zu prüfenden Einrichtungen sinnvollerweise wiederholt"
insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen, aufge-Creben. Die Prüfgrößen können
in der Zentrale mit den Ausgangsgrößen, d. h. mit den den zu prüfenden Einrichtangen
entnommenen, funktionell von den Prüfgrößen abhängigen Größen verknüpft werden,
so daß hierdurch eine Fehleranzeige od. dgl. ausgelöst wird.
-
Da die Prüfünpulse durch eine aus passiven Elementen gebildete Laufzeitkette
immer kleiner werden, je weiter entfernt sie von der Aufgabestelle des Ausgangsünpulses
entnommen werden, ist es zweckmäßig, daß die Prüfimpulse vor Aufgabe auf
die zu prüfende Einrichtung jeweils auf eine vorbestimmte Größe verstärkt werden.
Sinnvollerweise wird man bei der vorbestimmten Reihenfolge so verfahren, daß der
Präfimpuls, welcher der n-ten zu prüfenden Einrichtung aufgeben wird, nach Verstärkung
auf eine vorbestimmte Größe und Verzögerung um eine vorbestimmte Zeit der n + Iten
zu prüfenden Einrichtung zugeführt wird, wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2
bedeutet.
-
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die besonders vorteilhaft ist, besteht aus in Reihen geschalteten gleichzeitig j#npulse
verzögernden und verstärkenden Einheiten, (aktive Laufzeitkettenglieder), wobei
je ein Ausgang eines aktiven Laufzeitkettengliedes an eine der zu prüfenden Einrichtungen
angekoppelt ist. Diese aktiven Laufzeitkettenglieder können z. B. monostabile Kippstufen
sein. Bei einer Weiterbildung dieser Einrichtung bestehen die aktiven Laufzeitkettenglieder
aus mindestens einem bei Fehlen eines Eingangsimpulses sperrenden Transistor in
Verstärkerschaltung mit vorgeschaltetem, die Wirkung der Anstiegsflanke des Eingangsimpulses
auf den Transistorverstärker unterdrückende Differenzierglied.
-
- -Vorteilhafterweise sind die Prüfimpulseingänge der zu prüfenden
Einrichtungen und die Ausgänge der zu prüfenden Einrichtungen für die Ausgangsgrößen
auf je eine gemeinsame Leitung geführt, wobei die eine als Synchronisier-
und die andere als Meldeleitung dient. Wenn beispielsweise die zu prüfenden Einrichtungen
passive Zweipole, etwa Naßleitwiderstände sind, dann ist der eine Pol des passiven
Zweipols als Prüfimpulseingang und der andere Pol als Ausgangspol für die Ausgangsgröße
geschaltet. Um eine Rückwirkung der Prüfimpulse, die über die gemeinsame Synchronisierleitung
sowie eine Rückwirkung der Ausgangsgrößen, die durch die gemeinsame Meldeleitung
zur Zentrale geführt werden, auf die zu prüfenden Einrichtungen, beispielsweise
die Zweipole (z. B. Naßleitwiderstände) zu vermeiden, sind die beiden
Anschlüsse
der Prüfeinrichtung, nämlich der Anschluß für den Prüfimpuls einerseits sowie der
Anschluß für die Ausgangsgröße andererseits über je
eine in Durchlaßrichtung
von der zu prüfenden Einrichtung nach den Leitungen für die Prüfimpulse bzw. die
Ausgangsgrößen geschaltete Diode mit der für die Prüfimpulse gemeinsamen Leitung
(Synchronisierleitung) bzw. der für die Ausgangsgrößen gemeinsamen Leitung (Meldeleitung)
verbunden.
-
Um eine gute Auflösung der einzelnen Prüfimpulse bzw. der impulsförmigen
Ausgangsgrößen in der Zentrale erreichen zu können, ist es vorteilhaft, mehrere
aus Synchronisier- und Meldeleitung bestehende Leitungspaare vorzusehen. Wenn man
beispielsweise m derartiger Leitungspaare vorsieht, dann werden jeweils m aufeinanderfolgende
zu prüfende Einrichtungen jede mit je nur einem der m Leitungspaare in einer
vorbestimmten Reihenfolge verbunden. Hierbei bedeutet m eine ganze Zahl, die größer
als 2, vorzugsweise gleich 3 ist. Hat man also 3 verschiedene Leitungspaare,
so wird etwa die erste, vierte, siebente, zehnte usw. zu prüfende Einrichtung mit
dem ersten Leitungspaar, die zweite, fünfte, achte, elfte usw. zu prüfende Einrichtung
mit dem zweiten Leitungspaar sowie die dritte, sechste, neunte, zwölfte usw. zu
prüfende Einrichtung mit dem dritten Leitungspaar verbunden. Dadurch wird ein überlappen
der Impulse verhindert, und auf diese Weise ist es möglich, in der Zentrale Prüfimpulse
und zugehörige Ausgangsgrößenimpulse ohne Störungen durch Nachbarimpulse miteinander
zu verknüpfen und hierdurch ein Licht- bzw. Alarm- oder ein anderes Signal auszulösen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Entlang der Kette
der zu prüfenden, beispielsweise aus Naßleitwiderständen bestehenden Einrichtungen
1
ist die aus den aktiven Laufzeitkettengliedern 2 bestehende Laufzeitkette
angeordnet. Die aktiven Laufzeitkettenglieder 2 umfassen einen in Verstärkerschaltung
angeordneten Transistor 3. Der Kollektor 4 des Transistors ist über den Kollektorwiderstand
5 mit der Leitung 6, die z. B. eine Spannung von + 12 Volt
führt, verbunden. Der Emitter 7 des Transistors ist direkt an die Leitung
8 angeschlossen. Diese Leitung liegt beispielsweise auf Erdpotential. Die
Basis 9 des Transistors ist über einen Basisschutzwiderstand 10
und
einen Basisvorstand 11 mit der Leitung 12 verbunden, welche die den Transistor
sperrende Basisvorspannung, bei Verwendung eines npn-Transistors beispielsweise
- 1 Volt führt. Parallel zum Basisvorwiderstand 11 liegt eine Diode
13, welche mit diesem und dem Kondensator 14 zusammen ein die eine
Polarität des differenzierten Signals kurzschließendes Differenzierglied bildet.
Der Kollektor 4 des Transistors ist direkt mit dem einen Pol des Naßleitwiderstandes
1 und über eine Diode 15 mit der Synchronisierleitung 16 verbunden.
Der andere Pol des Naßleitwiderstandes ist über die Diode 17 zur Meldeleitung
18 geführt. Die Stromversorgungsleitungen 6, 8 und 12 sowie die Synchronisierleitung
16 und die Meldeleitung 18 führen von einer Zentrale aus entlang den
zu prüfenden Einrichtungen, in diesem Fall entlang den an einer mehrere Kilometer
langen Rohrleitung angeordneten Naßleitwiderständen.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt. Von der Zentrale
wird ein Rechteckimpuls auf das dieser zunächst gelegene aktive Laufzeitkettenglied
gegeben. Dieser Impuls wird durch das aus dem Kondensator 14, der Diode
13 und dem Basisvorwiderstand 11 bestehende Differenzierglied differenziert.
Hierbei wird durch die Diode 13 die durch Differenzierung der Anstiegsflanke
des negativen Rechteckimpulses entstehende negative Spitze kurzgeschlossen und somit
in ihrer Wirkung auf die Basis des Transistors unterdrückt, während die durch Differenzierung
der zweiten Flanke (Abstiegsflanke) des Impulses entstehende positive Spannungsspitze
am Ausgang des Differenziergliedes über den Basisschutzwiderstand 10 auf
die Basis 9 des Transistors einwirkt. Der Transistor ist so geschaltet, daß
er immer dann, wenn kein Impuls über den Kondensator 14 auf ihn einwirkt, nichtleitend
ist und erst durch die am Ausgang des Differenziergliedes entstehende positive Spannungsspitze
auf Durchgang geschaltet wird.
-
Die Schaltelemente sind so bemessen, daß eine sogenannte übersättigung
der Basis mit Ladungen erreicht wird, so daß der Transistor auch dann noch eine
Zeitlang leitet, wenn die positive Spannungsspitze vom Differenzierglied bereits
wieder abgeklungen ist. Auf diese Weise entsteht am Kollektor 4 des Transistors
3 wieder ein negativer Rechteckimpuls, der mit Beendigung des Eingangsimpulses
beginnt und dessen zeitliche Dauer sich im wesentlichen aus der auf Grund der Schaltglieder
gegebenen übersättigung sowie der Größe des Kollektorwiderstandes 5
ergibt.
Dieser Rechteckiinpuls wird gleichzeitig auf die zu prüfende Einrichtung, im vorliegenden
Fall den Naßleitwiderstand 1, weiterhin über die Diode 15 auf die
zur Zentrale führende Leitung 16 und schließlich auf den Kondensator 14 des
nächstfolgenden aktiven Laufzeitkettengliedes gegeben. Hier wiederholt sich der
Vorgang in der gleichen Weise, wie bei dem vorhergehenden aktiven Laufzeitkettenglied,
jedoch zeitlich um die Breite des Rechteckimpulses, der auf das Laufzeitkettenglied
aufgegeben wird, verschoben. Denn da dessen Anstiegsflanke in gleicher Weise wie
beim vorhergehenden aktiven Laufzeitkettenglied durch die Diode 13 unwirksam
gemacht wird, setzt der Prüfimpuls bei diesem Laufzeitkettenglied erst dann ein,
wenn der Prüfimpuls beiin vorhergehenden Laufzeitkettenglied verschwindet.
-
Ist nun der Naßleitwiderstand 1 leitend, dann wird der Impuls
über diesen sowie über die Diode 17 und die Meldeleitung 18 zur Zentrale
geleitet und kann dort zur Auslösung eines Alarmsignals od. dgl. verwendet werden.
Aus der Höhe des durch einen leitenden Naßleitwiderstand hindurchgeleiteten Impulses
können auch quantitative Rückschlüsse auf dessen Leitfähigkeit und damit auf die
Größe der Undichtheit abgeleitet oder zur Anzeige gebracht werden. Das Entsprechende
gilt für andere zu prüfende Einrichtungen, beispielsweise temperaturempfindliche,
für radioaktive Strahlung empfindliche oder dergleichen Einrichtungen, so daß auf
diese Weise nicht nur das Vorhandensein erhöhter Temperaturen, Strahlung od. dgl.,
sondern auch deren Größen in der Zentrale zur Anzeige gebracht oder zur Auslösung
von Vorgängen benutzt werden können.
-
Einer der besonderen Vorteile der beschriebenen Ausführung der erfindungsgemäßen
Einrichtung, nämlich die Verwendung von normalerweise, d. h.
ohne
Vorliegen von Eingangshnpulsen sperrenden Transistorstufen eines aktiven Laufzeitkettengliedes
liegt darin, daß auch dann, wenn die zu prüfenden Einrichtungen über weite Strecken
verteilt sind, beispielsweise über kilometerlange Rohrleitungen, nur dünne Kupferleitungen
6, 8 und 12 zur Stromversorgung der aktiven Laufzeitkettenglieder notwendig
sind, da die aktiven Laufzeitkettenglieder 2 nicht gleichzeitig, sondern fortlaufend
nacheinander in Aktion treten und so jeweils praktisch nur ein Dauerstrom über die
Leitungen 6, 8 und 12 fließt, der der laufenden Versorgung eines einzigen
aktiven Laufzeitkettenghedes, hier also einer einzigen Transistorstufe, entspricht.
-
Aus der Beschreibung der Funktionsweise der beispielsweise dargestellten
erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich ohne weiteres ersehen, daß es zweckmäßig
ist, mehrere Synchronisier-Meldeleitungspaare 16 18 zu verwenden, weil die
Prüfimpulse praktisch ohne Pause zeitlich aufeinander folgen.
-
Um ein überlagern von Impulsen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, beispielsweise
nur jeden zweiten oder dritten Impuls auf ein vorbestimmtes Leitungspaar zu geben.
Dadurch werden die einzelnen Präfinipulse sowie mögliche Ausgangssignale aus den
zu prüfenden Einrichtungen zeitlich gut voneinander getrennt.
-
Die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung sind nicht auf das dargestellte
Bespiel beschränkt. Beispielsweise kann man selbstverständlich auch zwischen den
einzelnen Laufzeitkettengliedern zur zeitlichen Trennung der Prüfirapulse zusätzliche
Verzögerungsglieder einsetzen und dadurch nur mit -einem Paar von Synchronisier-
bzw. Meldeleitungen auskommen.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen also insbesondere
darin, daß über einige Kilometer lange Strecken verteilte Meßfühler mit geringem
Aufwand an Leitungen und Bauelementen von einer Zentrale kontinuierlich überwacht
werden können, wobei Grenzwertüberschreitungen der zu überwachenden Meßgröße festgestellt
und deren Entstehungsorte angezeigt werden. Dabei ist die Strombelastung der Signal-
und Meldeleitungen außerordentlich gering, weil nun der Transistor eines der abzufragenden
Einrichtung zugeordneten Laufzeitgliedes auf Durchgang geschaltet wird, während
alle anderen Transistoren sperren.
-
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß in jedem Glied der Laufzeitkette
unabhängig von dessen Entfernung von der Zentrale ein normierter Rechteckirapuls
erzeugt wird, der als Abfrageimpuls dem Meßfühler zugeleitet wird, der dem betreffenden
Glied der Laufzeitkette zugeordnet ist und gleichzeitig dem folgenden Glied als
neuer Startimpuls dient.