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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Raumschutzanlage,
deren teils an einen Wechselspannungsgenerator und teils an einen Auswerter angeschlossene
Meßelektroden bei Kapazitätsänderungen infolge Eindringens eines Störers mit Hilfe
einer Hilfswechselspannung und eines z. B. aus einem Kondensator und einem Widerstand
bestehenden Differenziergliedes einen Alarmgeber steuern.
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Moderne Raumschutzanlagen nutzen die bei Eindringen eines Störers
in den zu schützenden Raum auftretenden Kapazitätsänderungen zwischen den Meßelektroden
aus, um damit einen Alarmgeber zu betätigen. Normalerweise reagieren aber derartige
Alarmeinrichtungen nicht nur auf einen eindringenden Störer, sondern auch unter
anderem auf Temperatureinflüsse; so spricht z. B. ein Kapazitätsrelais mit einem
auf einem Kennlinienknick arbeitenden Oszillator in Gestalt eines Transistors auf
jede noch so langsam erfolgende Änderung der Meßkapazität an. Der Kollektor des
Transistors ist dabei einerseits mit einer geerdeten Batterie verbunden und andererseits
über den Abstimmungskondensator an das ebenfalls geerdete Anzeigerelais und die
Oszillatorspule geschaltet. Letztere ist mit ihrem anderen Ende an die Basis des
Transistors und an die Meßelektrode angeschlossen, während ein Abgriff dieser Oszillatorspule
an den Emitter geführt wird. Solche Fehlalarme durch langsame Kapazitätsänderungen
verhindert man im allgemeinen durch ein zwischen den Meßelektroden und dem Alarmgeber
vorgesehenes Differenzierglied, weil dann nur noch rasche Zustandsänderungen, also
solche mit einem ausreichend großen Differentialquotienten, den Alarmgeber zum Ansprechen
bringen. Als Schalter für den Alarmgeber verwendet man wegen ihrer geringen Störanfälligkeit
gern Transistoren, inderen über einen Eingangsübertrager angepaßten Eingangskreis
bereits ein nichtlinearer Widerstand als durch den Differenzierimpuls steuerbarer
Wechselstromschalter für eine an den Eingang der Transistoren anlegbare Hilfsspannung
verwendet wurde.
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Damit diese Empfangsschaltung jede Zustandsänderung an den Meßelektroden
zu erfassen vermag, ist dem Differenzierkondensator ein Verbrauchswiderstand nachzuschalten
und außerdem durch Richtleiter sicherzustellen, daß die bei Zustandsänderungen möglichen
positiven und negativen Potentiale am Differenzierkondensator Alarm auszulösen vermögen.
Der Schwellwert dieses nichtlinearen Widerstandes, der als durch den Diffe- ; renzierimpuls
steuerbarer Wechselstromschalter verwendet wurde, und die außerdem erforderlichen
Richtleiter, mit denen die durch Zustandsänderungen möglichen, unterschiedlichen
Potentiale auswertbar wurden, erfordern eine ziemlich hohe Differenzierschwelle
von etwa 0,5 Volt, so daß bei einem Differenzierbereich von maximal 10 Volt nur
ein Differenzierverhältnis von 1:20 verblieb. Aufgabe der Erfindung ist es, durch
eine wesentlich niedrigere Differenzierschwelle bei gleichbleibendem Differenzierbereich
von etwa 10 Volt ein Differenzierverhältnis von etwa 1 :1000 zu schaffen, um bereits
kleine Zustandsänderungen mit normalen Bauteilen, vor allem einem handelsüblichen
Differenzierkondensator, erfassen zu können.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einer elektrischen Raumschutzanlage,
deren teils an einen Wechselspannungsgenerator und teils an einen Auswerter angeschlossene
Meßelektroden bei Kapazitätsänderungen infolge Eindringens eines Störers mit Hilfe
einer Hilfswechselspannung und eines z. B. aus einem Kondensator und einem Widerstand
bestehenden Differenziergliedes einen Alarmgeber steuern, dadurch erreicht, daß
ein die Hilfswechselspannung verstärkender Wechselspannungsverstärker den Verbraucherwiderstand
des Differenziergliedes bildet, wobei der Arbeitspunkt des Wechselspannungsverstärkers
so gewählt ist, daß eine auf einer Kapazitätsänderung der Meßelektroden beruhende
Differenzierspannung den Wechselspannungsverstärker voll auszusteuern oder zu sperren
und damit für Wechselspannung undurchlässig zu machen vermag.
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Wegen der geringen Differenzierschwelle des Auswerters ist nur wenig
Leistung erforderlich, und deshalb kann die gesamte Raumschutzanlage aus Trockenbatterien
gespeist werden, so daß eine besondere Stromversorgungseinrichtung entfällt. Weiterhin
vermag der Wechselspannungsverstärker seinen Arbeitspunkt ohne manuellen Abgleich
an unterschiedliche Schutzkapazitäten automatisch anzupassen und Temperaturänderungen
ohne Alarm auszuregeln, und die Differenzierschwelle ist für negative und positive
Zustandsänderungen etwa gleich, so daß der sonst für Raumschutzanlagen erforderliche
technische Aufwand hier sehr gering ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wechselspannungsverstärker
aus mehreren Transistorverstärkerstufen bestehen, die untereinander durch der Größenordnung
des Differenzierkonden-Bators entsprechende Kondensatoren verkoppelt sind.
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Die einzelnen Stufen verstärken so nicht nur die Wechselspannung,
sondern auch den Differenzierimpuls, so daß damit der Differenzierbereich bei gleichbleibender
Differenzierschwelle entsprechend vergrößert werden kann. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung kann die Hilfswechselspannung zum Steuern des Alarmgebers von dem
die Meßelektroden mit Prüfspannung beaufschlagenden Wechselspannungsgenerator abgreifbar
sein. Damit wird eine weitere Stabilisierung der Anlage insofern erreicht, als Änderungen
der Spannung am Wechselstromgenerator gleichzeitig über die Meßelektroden und unmittelbar
an den Wechselspannungsverstärker gegeben werden und sich so gegenseitig aufheben.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der Arbeitspunkt der Transistorverstärkerstufen durch
einen in den Kollektorkreis und einen zwischen den Kollektor und die Basis geschalteten
Widerstand selbstregelnd stabilisierbar ist, weil damit thermische Instabilitäten
der Transistoren weitgehend kompensiert werden können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem durch zwei
Schaltungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt F i g. 1 den schematischen
Aufbau einer Raumschutzanlage im Blockschaltbild und F i g. 2 die durch ihre Bauteile,
nämlich Widerstände, Kondensatoren und Transistoren, realisierte Raumschutzanlage.
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Vom Sender S wird gemäß F i g. 1 eine Prüfspannung bestimmter Frequenz
an die Sendeelektrode SE
und von dieser durch kapazitive Kopplung über die
Empfangselektroden EE an das Filter F gegeben. Letzteres ist auf die Sendefrequenz
abgestimmt und soll von anderen Sendern herrührende Störfrequenzen unterdrücken.
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Die Empfangselektroden EE können Teile einer
Brückenschaltung
bilden. Es kann aber auch eine einzige Empfangselektrode EE vorgesehen sein. Im
ersteren Fall gelangt im Ruhezustand keine Spannung an den Richtleiter Gr, während
er im letzteren Fall ständig eine Ruhespannung an das Differenzierglied Di gibt.
In beiden Fällen überträgt das Differenzierglied Di jedoch normalerweise keine Spannung
über den Verstärker V an das Alarmrelais A. Sein Kontakt bleibt also
geöffnet und der Wecker W ausgeschaltet. Ändert sich dagegen die Kapazität zwischen
den Sende- und Empfangselektroden SE, EE, so wird diese Änderung vom Differenzierglied
Di über den Verstärker V an das Alarmrelais A gegeben. Es schließt
seinen Kontakt a und gibt damit durch den Wecker W Alarm.
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In F i g. 2 bildet der Transistor T 1 mit dem Übertrager
ü l, dem Kondensator C1- und den Widerständen R 1 bis R 3 den Sender
in Meißnerscher Rückkopplungsschaltung. An den Anschluß 1 kann also die Sendeelektrode
SE angeschlossen werden. Diese Hochfrequenz wird von zwei Empfangselektroden
EE1 und EE:, die an die Anschlüsse 2 und 3 anzuschließen sind, empfangen und an
die durch den Übertrager Ü2 und den Kondensator C2 gebildete Brückenschaltung gegeben,
die, gleichzeitig als Filter ausgebildet, Störfrequenzen ausmerzt. Im Ruhezustand
steht also am Ausgang des Übertragers fit keine Hochfrequenzspannung an. Außerdem
wird über den Spannungsteiler R 5, R 6 eine Wechselspannung vom Transistor T1 über
den Kondensator C4 den Transistoren T2, T 3 zugeführt. Die Arbeitspunkte
dieser Transistoren T2, T 3 sind durch die Widerstände R 7, R 8 bzw. R 10,
R 11 etwa auf die Mitte der Betriebsspannung eingestellt. Eine an den Eingang des
Transistors T2 gelegte Wechselspannung wird demnach voll verstärkt. An den Ausgang
des Transistors T 2 ist der Transistor T 3 über einen Schutzwiderstand
R 9 und einen Kondensator C 5 angekoppelt, der etwa die gleiche Größe wie der Differenzierkondensator
C4 aufweist, also auch den Differenzierimpuls zu übertragen vermag. Die am Ausgang
des Transistors T3 anstehende verstärkte Wechselspannung vorn Transistor T1 wird
über den Kondensator C6 abgegriffen und der Verstärkerschaltung aus den Transistoren
T4, T 5 zugeführt. Die Diode D 2 leitet dabei die für den Transistor
T 4
unwirksame Halbwelle der verstärkten Wechselspannung ab. Der Transistor
T4 ist somit ständig leitend und sperrt im Ruhezustand den Transistor T5. Ein an
Stelle des Widerstandes R 13 geschaltetes Alarmrelais A wird also nicht erregt.
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Wird nun die aus den Elektroden SE, EEl und EE, gebildete Brückenschaltung
z. B. durch Eindringen eines Störers verstimmt, so lädt diese Brückenspannung den
Speicherkondensator C3 über die Diode D 1 auf, und der Widerstand R 4 entlädt ihn
anschließend wieder. Diese Spannungsänderung gelangt über den Differenzierkondensator
C4 ebenfalls an die Basis des Transistors T2 und verschiebt seinen Arbeitspunkt.
Der Transistor T2 oder zumindest der Transistor T3, da an letzterem, wie bereits
erwähnt, dieser Differenzierimpuls verstärkt ankommt, wird entweder voll durchgesteuert
oder voll gesperrt, und damit unterbleibt die Verstärkung der am Transistor T 1
abgegriffenen Hilfsspannung. Der Transistor T4 sperrt, und damit kann der Kondensator
C 7 über den Widerstand R 12 aufgeladen werden und den Transistor T5 durchsteuern.
Dieser bringt ein an Stelle des Widerstandes R 13 vorgesehenes Alarmrelais A zum
Ansprechen, das mit seinem Kontakt a den Wecker W einschaltet und
so Alarm auslöst.
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Die vorgenannte Schaltung kann auf einer kleinen Leiterplatte aufgebaut
und in einer Unterputzdose untergebracht und mit Trockenbatterien gespeist werden.
Sie ist also wenig aufwendig, so daß pro Schutzobjekt viele derartige Anlagen mit
kurzen. Meßelektroden vorgesehen werden können. Damit wird die Anlage wenig störanfällig,
da diese kurzen Meßelektroden kaum durch Temperaturschwankungen beeinf(ußt werden.
Besonders vorteilhaft für die Konstanz der Empfindlichkeit ist weiterhin, wie bereits
erwähnt, daß Verstärkungsänderungen der Wechselspannungsverstärker in erster Annäherung
nicht eingehen, da sowohl die vom Sender kommende Hilfsspannung als auch die vom
Gleichrichter D 1 kommende Auswertespannung, deren Verhältnis die Empfindlichkeit
bestimmt, im gleichen Maße verstärkt werden. Weiterhin arbeitet der Ausgangsverstärker
im Schaltbetrieb, so daß seine Empfindlichkeit nur von der Basis-Emitter-Schwelle
des Transistors T4 abhängt, also auf Maßnahmen zur Stabilisierung der Verstärkung
verzichtet werden kann.