DE1278889B - Grenzwertmelder fuer impulsbetriebene Schaltungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:

G08c

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 74 b-8/05

Nummer: 1278 889

Aktenzeichen: P 12 78 889.5-35 (S 108 986)

Anmeldetag: 23. März 1967

Auslegetag: 26. September 1968

Die Erfindung betrifft einen Grenzwertmelder für impulsbetriebene Schaltungen, dem der Ausgangswert eines Meßumformers und eine Reihe von Impulsen, vorzugsweise von Rechteckimpulsen, zugeführt werden, die bei Zugehörigkeit des Meßwertes zu einem von durch einen Grenzwert definierten Wertebereichen des von einem Meßumformer gelieferten Signals zum Ausgang durchgeschaltet werden. Impulsbetriebene Schaltungen, bei denen die einzelnen Zustände an einer Meßstelle nicht durch statische Signale 1 oder 0, sondern durch Impulsreihen dargestellt sind, haben gegenüber statischen Schaltungen den Vorteil, daß sie eine größere Sicherheit gegen Fehler aufweisen, daß Signale in Form von Impulsreihen im Gegensatz zu statischen Signalen durch Ausfall von Bauelementen nicht vorgetäuscht werden können.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1168 295 ist eine Meldeschaltung bekannt, die Impulse abgibt, wenn das Analogsignal eines Meßumformers über oder unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt. Diese Meldeschaltung enthält einen von einem Meßwertgeber gesteuerten Schalter, der eine bistabile Kippstufe ansteuert, die ihrerseits mit einer Koinzidenz-UND-Sperrstufe verbunden ist. Dieser UND-Sperrstufe werden ferner Impulse zugeführt, die nur dann durchgeschaltet werden, wenn der Schalter und damit die Kippstufe in einer bestimmten Stellung ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Grenzwertmelder zu schaffen, der hinsichtlich seiner universellen Verwendbarkeit und seines einfachen Aufbaues gegenüber der bekannten Meldeschaltung verbessert ist. Er soll eine hohe Zuverlässigkeit und eine große Genauigkeit aufweisen und vielseitig anwendbar sein, d. h., er soll z. B. ohne weiteres in den Fällen einsetzbar sein, bei denen der Sollwertbereich der Meßspannung über oder unter dem eingestellten Grenzwert liegt oder bei denen Impulse abgegeben werden sollen, wenn der Meßwert innerhalb oder außerhalb des Sollwertbereiches liegt.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß ein Differenzverstärker vorgesehen ist, dessen einem Eingang der Meßwert und dessen anderem Eingang eine den Grenzwert bestimmende Referenzspannung zugeführt ist und daß in einem der beiden Eingänge ein Transistor liegt, der, von den Impulsen gesteuert, den Eingang periodisch an eine zweite Referenzspannung schaltet.

Dadurch, daß die Impulse nur dann durchgeschaltet werden, wenn der Wert der Meßspannung innerhalb des eingestellten Sollwertbereiches liegt, wird erne große Sicherheit gegen Ausfall von Bauelementen erzielt. Wird nämlich der Grenzwert durch die Grenzwertmelder für impulsbetriebene Schaltungen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Berthold Blaß,
Claus Hermann, 7500 Karlsruhe

Meßspannung über- bzw. unterschritten, so wird kein Impulssignal mehr abgegeben, und es wird ein gefährlicher Zustand der zu überwachenden Anlage ge-

zo meldet. Der Ausfall eines Bauteiles löst zwar dieselbe Meldung aus, es besteht aber nicht die Gefahr, daß eine einwandfreie Arbeitsweise der Anlage vorgetäuscht wird, obwohl diese schon einen kritischen Zustand überschritten hat, wie dies dann der Fall sein könnte, wenn der Grenzwertmelder so geschaltet wäre, daß bei einem außerhalb der eingestellten Grenzen liegenden Meßwert Impulse durchgeschaltet würden.

Der neue Grenzwertmelder bietet außerdem den Vorteil, daß durch Verstellen der Referenzspannung der Grenzwert verändert werden kann. Ferner wird durch einfaches Umpolen von Meß- und Referenzspannung erreicht, daß einmal oberhalb des Grenzwertes und einmal unterhalb des Grenzwertes die Impulse durchgeschaltet werden und schließlich kann durch geeignete Wahl der zweiten Referenzspannung ein nach beiden Seiten abgeschlossener Wertebereich eingestellt werden, innerhalb dessen die Impulse durchgeschaltet werden. Dennoch sind nur zwei den Differenzverstärker bildende Transistoren und ein dritter Transistor, über den die Taktimpulse eingekoppelt werden, erforderlich.

Für zahlreiche Zwecke, z. B. zur Abgabe einer Meldung, ist es erwünscht, dem Grenzwertmelder zwei den Wertebereichen entsprechende statische Signale entnehmen zu können. Es ist deshalb zweckmäßig, einen zweiten Ausgang, beispielsweise einen Relaisausgang, vorzusehen.
An Hand der Zeichnung, in der ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

809 618/31*

Der Grenzwertmelder nach dem Ausführungsbeispiel enthält einen Differenzverstärker 1, "dem «ine Gxenzwertstufe 2, die beispielsweise im wesentlichen aus einem Schmitt-Trigger besteht, nachgeschaltet ist. Vom Ausgang A der Grenzwertstufe 2 wird eine impulsbetriebene Schaltung angesteuert. An die Eingänge U₁ und E₂ werden die Meßspannung bzw. ,eine Referenzspannung angeschlossen, dem Eingang E₃ wird eine in einem Taktgeber erzeugte Rechteckspannung zugeführt. Die Rechteckimpulse öffnen einen Transistor T, so daß die am Eingang E₂ anliegende Spannung während der Dauer eines Impulses gegen eine Spannung U kurzgeschlossen wird. Es sei angenommen, daß die Spannung an E₁ die Meßspannung und die an E₂ die konstante, den Grenzwert bestimmende Referenzspannung ist. Der Sollwert der Meßspannung sei kleiner als die Referenzspannung. Befindet sich die Meßspannung in diesem Sollwertbereich, so wird bei jedem Wegschalten der Referenzspannung der Differenzverstärker durch Null gesteuert, und die Grenzwertstufe 2 spricht an und gibt einen Ausgangsimpuls ab. Auf die Grenzwertstufe kann auch verzichtet werden, wenn der Differenzverstärker 1, beispielsweise durch -eine Rückkopplung, so empfindlich gemacht ist, daß er Kippverhalten zeigt. Steigt die Meßspannung über die Referenzspannung hinaus an, so schaltet die statische Ausgangsspannung der Grenzwertstufe 2 bem Nulldurchgang der Eingangsspannung des Differenzverstärkers 1 um und das Wegschalten der Referenzspannung durch die Eingangsimpulse hat keine Wirkung mehr auf das Ausgangssignal. Dieses ist dann ein statisches Eins- oder Null-Signal. Unterschreitet die Meßspannung wieder die Referenzspannung, so setzen die Ausgangsimpulse wieder ein.

Ist der Sollwert der Meßspannung größer als die Referenzspannung, so wird einfach die Meßspannung an die Klemme E₂ und die Referenzspannung an die Klemme JE₁ angeschlossen. Die Eäagangskapulse werden dann ebenfalls durehgescJialtefc, solange der Meßwert im eingestellten Sollwertbereich iiegt. Eine Rückwirkung auf den Meßumformer wird dureh Siebglieder R₁, C₁ bzw. A₂, C₂ unterdrückt Sollte es einmal ausnahmsweise erwünscht sein, daß die Impulse durchgeschaltet werden, wenn die Meßspannung außerhalb des Sollwertbereichs liegt, dann 'können einfach Meßspannung und Referenzspannung ,an den Klemmen!^ rand E₂ vertauscht werden. Außer dem durch die Referenzspannuog festgelegten Grenzwert kann ein zweiter Grenzwert mit der Spannung U am Emitter des Transistors T eingestellt -werden, iso daß ein nach beiden Seiten abgeschlossener Sollwertbereich eingestellt werden kann* In diesem Grenzwert geht allerdings die Temperatarabhängigkeit der Transistorrestspannung ein, so daß er nicht so genau definiert ist wie der erste Grenzwert.

Das dargestellte Aiisführungsbeispiel ist für die Meßspannungen ausgelegt, die gegenüber der Spannung U positiv sind. Es ist jedoch oihne weiteres einzusehen, daß ein äquivalenter Grenzwertmelder auch für gegenüber der Spannung U aiegariye Spannungen geeignet ist; es ist Merzu lediglich motig, daß der mpn-Tiansistor T durch .einen pnp-Transistor ersetzt und der Übertrager so umgepolt wird, daß die Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors mit negativen Im- 6g pulsen angesteuert wird.

Manchmal ist es erwünscht, außer dem dynamischen Impiilssignal auch ein statisches Signal zur Ver fügung zu haben. Dies kann bei einem kleinen Tastverhältnis der Ausgangsimpulse an einem Kondensator C₄ eines Integriergliedes A₄, C₄ abgegriffen werden, das ja, wie oben schon erwähnt, die statische Ausgangsspannung der Grenzwertsrufe bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes umschaltet. Anstatt des i?C-Integriergliedes kann auch ein im Vergleich zur Impulsdauer träges Relais verwendet werden.

An Stelle der dargestellten Einkopplung der Eingangsimpulse mit dem Transistor T können diese auch mittels einer einfachen Transformator- oder kapazitiven Kopplung den Eingangsspannungen aufgeschaltet werden. Im Falle negativer Impulse sind die Verhältnisse den beschriebenen ähnlich. Im Falle positiver Impulse sind die Verhältnisse aber genau umgekehrt, d. h., die Impulse müssen der jeweils niedrigeren Spannung anfgeschältet werden. Je nachdem, ob der Sollwert über oder unter der Referenzspannung liegt, müssen die Impulse der Referenzspannung bzw. der Meßspannung zugeschaltet werden, wenn die Impulse bei innerhalb des SoIlwertebereiehs liegender Meßspannung durchgeschaltet werden sollen. Eine zweite Grenze des Soilwertebereiclis kann durch die Große der Eingangsimpulse festgelegt werden.

Bei Grenzwertmeldem tritt häufig die unerwünschte Erscheinung auf, daß bei langsamem Überschreiten des Grenzwertes oder bei Schwankungen um den Grenzwert sich das Ausgangssignai in rascher Folge ändert, so daß auch die von diesem gesteuerten Stellglieder und Relais in rascher Folge ansprechen. Dies kann bei dem Ausfuhrungsbeispiel dadurch vermieden werden, daß won dem Ausgang auf den Eingang leine Rückkopplung unit einem Iffitegrierglied Vorgesehen ist. BeispielsweiseführtdieRückkopplung über einen Widerstand R₃ auf den Kondensator C₂ des dem Eingängig zugeordneten Siebgliedes. Diesem Eingang werde die Referenzspannung zugeführt. Die Meßspannung *werde dem Eingang E₁ zugeführt und habe einen Sollwert, 'der kleiner als (die Referenzspannung ist Solange sie im Sollwertebereich liegt, liefert der Ausgang des Grenzwertmelders positive Impulse, die am !Kondensator C₂ eine zusätzliche positive Spannung erzeugen. Überschreitet die Meßspannung die Summe der Referenzspannung und dieser Zusatzspannung, so bricht die Impulsreihe am Ausgang ab und am Kondensator C₂ liegt nur noch fdie Referenzspannung. Damit ist die Meßspaamiag eindeutig größer als die Spannung an dem der Referenzspannung zugeordneten Eingang des Differenzverstärkers. "Wird diese Spannung von der Meßspanmung ünferschriiHen, so tritt die Zusatzspannung am Kondensator C₁ wieder auf, und die Meßspannung ist eindeutig Meiner als die Summenspanniiing.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Grenzwertmelder für impäls&etriebene Schaltungen, dem der Ansgangswert eines Meßumformers und eine Reihe von Impulsen, vorzugsweise von Rechteckimpulsen, zufüihrbar ist, die bei Zugehörigkeit des Meßwertes zu einem von durch einen Grenzwert definierten Wertebereiclien des von einem Meßumfowner gelieferten Signals zum Ausgang durehschaltbar sind, dadurch gekennzeicnnet, daß ein Differenzverstärker {l)TOrgesehen ist, dessen einem Eingang (E₁' bzw. E₂) der Meßwert and dessen anderem Eingang

(E₂ bzw. E₁) eine den Grenzwert bestimmende Referenzspannung zugeführt ist und daß in einem der beiden Eingänge (E₂') ein Transistor (T) liegt, der, von den Impulsen gesteuert, den Eingang (E₂) periodisch an eine zweite Referenzspannung (U) schaltet.

2. Grenzwertmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ausgang (B) vorgesehen- ist, der zwei den Wertebereichen entsprechende statische Signale liefert.

3. Grenzwertmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse dann geliefert werden, wenn der Wert des Eingangssignals innerhalb eines eingestellten Sollwertebereiches liegt.

4. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker (1) vorgesehen ist, dessen einem Eingang (JS₁' bzw. E₂') das Signal des Meßumformers und dessen anderem Eingang (E₂ bzw. ao E₁') eine den Grenzwert bestimmende Referenzspannung zugeführt ist und daß einem der beiden Eingänge (E₂) zusätzlich die Impulsreihe aufgeschaltet ist.

5. Grenzwertmelder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpulse dem Eingang mit der größeren Eingangsspannung mit solcher Polarität aufgeschaltet sind, daß die Summe der Spannungen die Spannung am anderen Eingang unterschreitet.

6. Grenzwertmelder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Eingangsimpulsen ein Transistor (T) geöffnet wird, der die Eingangsspannung kurzschließt.

7. Grenzwertmelder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpulse dem Eingang mit der kleineren Eingangsspannung und mit solcher Polarität aufgeschaltet sind, daß die Summe der Spannungen die Spannung am anderen Eingang überschreitet.

8. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (1) Kippverhalten zeigt.

9. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzverstärker (1) eine Grenzwertstufe (2), beispielsweise ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet ist.

10. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse klein und dem Ausgang ein integrierendes Element, beispielsweise ein Integrierglied (R₂, C₂) oder ein im Vergleich zur Dauer der Eingangsimpulse träges Relais angeschlossen ist.

11. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüdhe 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang und Eingang eine Rückkopplung mit einem Integrierglied (R_a, C₂) vorgesehen ist, die den Grenzwert in dem Sinne verändert, daß bei Überschreiten des Grenzwertes durch die Eingangsspannung der Grenzwert in den Sollwertebereich verschoben wird.

12. Grenzwertmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen Siebglieder (R₁, C₁ bzw. R₂, C₂) vorgeschaltet sind und daß der Ausgang (A) mit einem Kondensator (C₂) eines Siebgliedes (R₂, C₂) über einen Widerstand (R₃) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1168 295,
571.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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