DE1206511B

DE1206511B - Electrical monitoring or control device

Info

Publication number: DE1206511B
Application number: DET24665A
Authority: DE
Inventors: Erich Knoernschild; Elmar Pointner
Original assignee: TECH UEBERWACHUNGS VER BAYERN
Current assignee: TECH UEBERWACHUNGS VER BAYERN
Priority date: 1963-09-06
Filing date: 1963-09-06
Publication date: 1965-12-09

Description

Elektrische überwachungs- oder Steuereinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Überwachungs- oder Steuereinrichtung mit einem von dem zu steuernden oder überwachenden Vorgang beeinflußten Geber und einer bistabilen Tunneldioden-Schwellwertschaltung zum Aussteuern eines Schaltgliedes, beispielsweise Relais.Electrical monitoring or control device The invention relates to on an electrical monitoring or control device with one of the to be controlled or monitored process influenced encoder and a bistable Tunnel diode threshold value circuit for controlling a switching element, for example Relay.

Eine bekannte Überwachungsvorrichtung der obengenannten Art weist eine bistabile Schwellwertschaltung mit in Reihe zu einem Widerstand liegender Tunneldiode auf, deren Grundstrom durch eine Gleichspannungsquelle erzeugt wird. Die Tunneldiode mit dem Reihenwiderstand liegt parallel zu einem Meßwiderstand des zu überwachenden Stromkreises. Die entsprechend der Kennlinie der Tunneldiode an dieser abgreifbare Spannung dient hierbei als Steuergröße zum Aussteuern eines Schalttransistors, über dessen Kollektor- bzw. Emitterkreis Anzeigevorrichtungen bzw. Regelorgane angesteuert werden. Eine solche Überwachungsvorrichtung bietet jedoch nur dann einen absoluten Sicherheitsfaktor, wenn die Tunneldiode einwandfrei arbeitet. Erfahrungsgemäß müssen jedoch Halbleiterschäden in Betracht gezogen werden, die eine Blockierung des bekannten Überwachungssystems herbeiführen würden. Außerdem ist dieses durch die Anordnung eines Schalttransistors aufwendig, der, infolge verhältnismäßig hoher Schaltleistung, selbst störanfällig ist. Dadurch muß der Anwendungsbereich dieser bekannten Überwachungs- oder Steuerungseinrichtung auf solche Gebiete beschränkt bleiben, auf welchen eine eventuelle Betriebsstörung innerhalb des Systems keinerlei schwerwiegende Folgen nach sich zieht.A known monitoring device of the above type has a bistable threshold value circuit with a tunnel diode in series with a resistor whose base current is generated by a DC voltage source. The tunnel diode with the series resistor is parallel to a measuring resistor of the to be monitored Circuit. The one that can be tapped from the tunnel diode according to the characteristic curve Voltage is used here as a control variable for modulating a switching transistor via whose collector or emitter circuit display devices or control organs are controlled will. Such a monitoring device, however, only offers an absolute one Safety factor if the tunnel diode is working properly. Experience has shown that however semiconductor damage should be considered, blocking the known Would bring about surveillance system. Moreover, this is by the arrangement of a switching transistor expensive, which, due to the relatively high switching capacity, itself is prone to failure. As a result, the scope of this known monitoring or control device remain limited to those areas in which a any malfunction within the system will not have any serious consequences entails.

Zweck der Erfindung ist "es, eine mit geringem Aufwand durchzuführende Schaltanordnung für eine Überwachungs- oder Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Anwendungsbereich infolge erhöhter Betriebssicherheit erweitert ist. Dies wird dadurch erreicht, daß das Schaltglied in Reihe mit der Tunneldiode geschaltet ist, deren Diodenstrom die Steuergröße für das Schaltglied bildet.The purpose of the invention is "it to be carried out with little effort Switching arrangement for a monitoring or control device of the type mentioned above Art to create, the scope of which is expanded as a result of increased operational safety is. This is achieved in that the switching element is in series with the tunnel diode is connected, the diode current of which forms the control variable for the switching element.

Die einfache Schaltanordnung nach der Erfindung weist nur ein Minimum störanfälliger Bauelemente auf, wodurch die Betriebssicherheit der überwachungs- oder Steuereinrichtung erheblich gesteigert wird.The simple switching arrangement according to the invention has only a minimum failure-prone components, which increases the operational reliability of the monitoring or control device is increased significantly.

Einer zweckdienlichen Weiterbildung der Erfindung dient es, daß bei einer überwachüngs- oder Steuereinrichtung mit Verstärker, insbesondere zum Überwachen der Flammen von Öl- und Gasbrennern, bei der der Geber in einem Arbeitsstromkreis und das Relais in einem Ruhestromkreis angeordnet ist, der Ruhestrom den Grundstrom für die Tunneldiode bildet, und daß im Ruhestromkreis ein Spannungsteiler-Regelwiderstand zum Abgriff der Arbeitspunktspannung der Tunneldiode liegt. Der Ruhestrom über die Tunneldiode würde bei einer solchen Anordnung im Falle eines Schadens der Halbleiterkristalle ansteigen und ein sofortiges Durchschmelzen des die Diodenpole verbindenden Kontaktierungsteiles bewirken. Dadurch ist eine Selbstüberwachung der Einrichtung gewährleistet, wodurch deren Sicherheitsfaktor noch wesentlich erhöht wird.An expedient development of the invention is that at a monitoring or control device with amplifier, in particular for monitoring the flames of oil and gas burners in which the transmitter is in a working circuit and the relay is arranged in a closed circuit, the closed current is the basic current forms for the tunnel diode, and that a voltage divider variable resistor in the closed circuit for tapping the operating point voltage of the tunnel diode. The quiescent current over the With such an arrangement, the tunnel diode would be used in the event of damage to the semiconductor crystals increase and an immediate melting of the contacting part connecting the diode poles cause. This ensures self-monitoring of the device, whereby whose safety factor is still significantly increased.

Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung sieht diese vor, daß eine Vergleichsschaltung, insbesondere unter Verwendung einer Wheatstoneschen Brücke, vorgesehen ist, die die vom Geber ausgehenden Signale mit den Signalen des Verstärkers vergleicht und an der die an der Tunneldiode liegende Spannung abgegriffen wird, wobei ein Ausbleiben oder eine über das zulässige Maß hinausgehende Änderung der Gebersignale die Spannung an der Tunneldiode ändert. Eine Spannungsänderung an der Tunneldiode bedingt infolge deren Charakteristik einen Stromabfall im Stromkreis des Schaltgliedes und damit ein Auslösen des Schaltvorganges. Hierdurch werden auch solche und an sich unwahrscheinliche Defekte im Verstärker überwacht, die dessen Signalintensität nicht beeinflussen.For a further embodiment of the invention, this provides that a Comparison circuit, in particular using a Wheatstone bridge, it is provided that the signals coming from the encoder with the signals of the amplifier compares and from which the voltage at the tunnel diode is tapped, with an absence or a change in the Encoder signals change the voltage at the tunnel diode. A change in voltage on the Due to their characteristics, tunnel diodes cause a current drop in the circuit of the switching element and thus triggering the switching process. This will also such and in itself improbable defects in the amplifier monitors that of the Do not influence signal intensity.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Anwendung auf die Flammenüberwachung eines Ölbrenners unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Überwachung s- und Steuerungseinrichtung und F i g. 2 die Strom-Spannungs-Charakteristik einer Tunneldiode.An embodiment of the invention is applied below described on the flame control of an oil burner with reference to the drawing. It shows F i g. 1 shows a circuit diagram of a monitoring and control device according to the invention and F i g. 2 the current-voltage characteristic of a tunnel diode.

In der Zeichnung ist mit 1 die Flamme eines ölbrenners bezeichnet. Diese wird von einer Fotozelle 2 beobachtet, die in Abhängigkeit von den Helligkeitsschwankungen der Flamme 1 über einen Arbeitsstromkreis 3 Signale an einen Verstärker 4 mit Ausgangsklemmen 5, 6 gibt. Sieht man zunächst vom Vorhandensein einer Vergleichsschaltanordnung 8 ab, so sind die Klemmen 5, 6 über ein Anpassungsglied 9 (Impedanzwandler) mit einem Schaltteil 10 verbunden. Das Schältteil 10 enthält ein im Ruhestromkreis 11 liegendes Relais 12. Letzteres betätigt einen Schalter 13. An den Schaltteil 10 schließt sich ein Ventilteil 14 mit einem Magnetventil 15 an, durch das die Ölzuleitung 16 .für den Brenner geführt ist. Der Schalter 13 liegt im Speisestromkreis 17 des Magnetventils 15. Bei geschlossenem Schalter 13 ist das Magnetventil 15 geöffnet und gibt die Brennstoffzufuhr frei.In the drawing, 1 denotes the flame of an oil burner. This is observed by a photocell 2 which, as a function of the fluctuations in brightness of the flame 1, sends signals to an amplifier 4 with output terminals 5, 6 via an operating circuit 3. If one disregards the presence of a comparison switching arrangement 8, the terminals 5, 6 are connected to a switching part 10 via an adapter 9 (impedance converter). The switching part 10 contains a relay 12 lying in the closed circuit 11. The latter actuates a switch 13. The switching part 10 is followed by a valve part 14 with a solenoid valve 15 through which the oil supply line 16 is passed for the burner. The switch 13 is in the feed circuit 17 of the solenoid valve 15. When the switch 13 is closed, the solenoid valve 15 is open and enables the fuel supply.

Im Stromkreis 11 liegt mit dem Relais 12 eine Tunneldiode 18 (auch als Esakidiode bezeichnet) in Reihe, deren Strom-Spannungs-Charakteristik C in F i g. 2 im Prinzip dargestellt ist. Wie ersichtlich, weist die Charakteristik C ein ausgeprägtes Maximum auf. Mit einem der Tunneldiode 18 vorgeschalteten Regelwiderstand 19, der fest einstellbar oder entsprechend wählbar ist, läßt sich die Spannung bei normalen Betriebsverhältnissen (brennende Flamme; kein Defekt in der Einrichtung) an der Tunneldiode 18 auf einen Wert U_,4 (F i g. 2) einstellen, bei der der Arbeitspunkt A im Bereich des Maximums der Charakteristik C liegt.In the circuit 11 , a tunnel diode 18 (also referred to as an Esaki diode) is connected in series with the relay 12 , the current-voltage characteristic C of which is shown in FIG. 2 is shown in principle. As can be seen, the characteristic C has a pronounced maximum. With a variable resistor 19 connected upstream of the tunnel diode 18, which is permanently adjustable or can be selected accordingly, the voltage at the tunnel diode 18 can be set to a value U_, 4 (FIG. 2) under normal operating conditions (burning flame; no defect in the device) ) at which the operating point A is in the range of the maximum of characteristic C.

Bei einem üblichen Transistorverstärker kann an den Ausgangsklemmen bei einem Widerstand von 1000 9 ein maximales Signal von 16 V zur Verfügung stehen. In diesem Fall ist zum Anpassen an den Widerstand 19 von beispielsweise 25 9 das Anpassungsglied 9 erforderlich. Dieses weist bei dem gezeichneten Beispiel einen Transistor 20 (TF 78/60) auf, der in Emitterschaltung verwendet ist, mit seiner Basis am Abgriff eines 1000-9-Potentiometers 21 liegt und ausgangsseitig niederohmig ist. Er bezieht seine Betriebsspannung beispielsweise von einer 4,5-V-Batterie 22, die im Kollektorkreis liegt.With a conventional transistor amplifier, a maximum signal of 16 V can be available at the output terminals with a resistance of 1000 9. In this case, the adapter 9 is required to adapt to the resistor 19 of, for example, 25 9. In the example shown, this has a transistor 20 (TF 78/60) which is used in an emitter circuit, its base is at the tap of a 1000-9 potentiometer 21 and has a low resistance on the output side. It draws its operating voltage, for example, from a 4.5 V battery 22, which is located in the collector circuit.

Die Betriebsspannung könnte auch über einen Gleichrichter am Transformator des Verstärkers abgegriffen werden. Darüber hinaus wären selbstverständlich auch andere Anpassungsglieder bekannter Bauart verwendbar. In manchen Fällen kann ein Anpassungsglied vollständig weggelassen werden.The operating voltage could also be via a rectifier on the transformer of the amplifier can be tapped. In addition, of course, would also be other adapter members of known design can be used. In some cases a Adaptation member can be completely omitted.

Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Einrichtung, bei der zunächst unter Weglassung der Vergleichsschaltanordnung 8 die Ausgangsklemmen 5, 6 des Verstärkers direkt mit Eingangsklemmen 23, 24 des Anpassungsgliedes 9 verbunden seien, ist folgende: Bei brennender Flamme 1 werden die von der Fotozelle 2 kommenden Signale im Verstärker 4 aufgenommen und verstärkt an den Klemmen 5, 6 abgegeben. An der Tunneldiode 18 liegt eine Spannung UA, so daß durch das Relais 12 ein Strom IA fließt, der dieses angezogen hält. Der Schalter 13 ist geschlossen und die Ölzufuhr zum Brenner freigegeben.The mode of operation of the device described so far, in which the output terminals 5, 6 of the amplifier are initially connected directly to input terminals 23, 24 of the adapter 9 with the omission of the comparison switching arrangement 8, is as follows: When the flame 1 is burning, the signals coming from the photocell 2 are in the Amplifier 4 added and output amplified to terminals 5, 6. A voltage UA is applied to the tunnel diode 18 , so that a current IA flows through the relay 12 and keeps it attracted. The switch 13 is closed and the oil supply to the burner is released.

Erlischt die Flamme 1, dann hören die Signale der Fotozelle 2 auf. Der Verstärker gibt keine Signale mehr ab, und der Stromkreis 11 wird stromlos. Das Relais 12 fällt ab und öffnet den Schalter 13, wodurch das Magnetventil15 geschlossen und die Ölzufuhr unterbrochen wird.If flame 1 goes out, the signals from photocell 2 stop. The amplifier does not emit any more signals and the circuit 11 is de-energized. The relay 12 drops out and opens the switch 13, whereby the solenoid valve 15 is closed and the oil supply is interrupted.

Das gleiche tritt ein, wenn durch einen Defekt der Arbeitsstromkreis 3 oder der Ruhestromkreis 11 unterbrochen wird.The same occurs if the working circuit 3 or the quiescent circuit 11 is interrupted due to a defect.

Stellt sich durch einen Schaden im Verstärker 4 ein Schluß ein, dann ergibt sich dadurch an den Klemmen 5, 6 eine Spannung, die unabhängig von der von der Fotozelle 2 gesteuerten Normalspannung und in der Regel größer oder kleiner ist als diese. Bei einem Abfallen der Spannung unter den Wert UA bewegt sich der Arbeitspunkt auf der Charakteristik C nach links. Die Stromstärke sinkt, und nach Unterschreiten einer wählbaren Mindeststromstärke fällt das Relais 12 ab und unterbricht die Ölzufuhr. Führt der Schaden dagegen zu einer Steigerung der Spannung über UA hinaus, dann bewegt sich der Arbeitspunkt A sprungartig bis zum nächsten Schnittpunkt A' der Widerstandsgeraden G (zu bestimmen aus G = E - I - R) des Ruhestromkreises mit der Charakteristik C. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sinkt die Stromstärke hierbei unabhängig von der Größe der Spannungssteigerung schlagartig um ein erhebliches Maß, so daß auch in diesem Fall das Relais 13 die Ölzufuhr sofort unterbricht.If there is a conclusion due to damage in the amplifier 4 , then a voltage results at the terminals 5, 6 which is independent of the normal voltage controlled by the photocell 2 and is usually greater or less than this. If the voltage drops below the value UA, the operating point on characteristic C moves to the left. The current intensity drops, and after falling below a selectable minimum current intensity, the relay 12 drops out and interrupts the oil supply. If, on the other hand, the damage leads to an increase in the voltage beyond UA, then the working point A moves abruptly to the next intersection point A 'of the resistance line G (to be determined from G = E - I - R) of the closed circuit with the characteristic C. How from F i g. 2, the current intensity drops suddenly by a considerable amount, regardless of the size of the voltage increase, so that in this case too the relay 13 immediately interrupts the oil supply.

Bei dem bevorzugten, gezeichneten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die Vergleichsschaltanordnung 8 auch die Fehlermöglichkeit erfaßt, bei der ein Defekt im Verstärker 4 zu einer gleichbleibenden Ausgangsspannung UA führt, die auch beim Ausbleiben der Gebersignale erzeugt wird.In the preferred, drawn embodiment of the invention the possibility of an error is also detected by the comparison switching arrangement 8, at which a defect in amplifier 4 leads to a constant output voltage UA, which is also generated if there are no encoder signals.

Die Vergleichsschaltanordnung 8 enthält eine Wheatstonesche Brücke 24, die von einer Batterie 25 oder einem Transformatorgleichrichter des Verstärkers gespeist wird. An die Brücke 24 wird einerseits über Klemmen 26 die Spannung im Arbeitsstromkreis 3 und andererseits die Ausgangsspannung an den Klemmen 5, 6 des Verstärkers 4 gelegt, die hierzu mit Klemmen 27, 28 der Vergleichsschaltanordnung 8 verbunden werden. Die Spannung für den Ruhestromkreis 1.1 wird an den Klemmen 31, 32 abgenommen, die hierzu mit den Klemmen 22,23 verbunden werden. Mittels variabler Widerstände 29, 30 wird die Brücke 24 so abgestimmt, daß sich bei einem dem normalen Betriebszustand entsprechenden Verhältnis zwischen den Signalen der Fotozelle 2 und denjenigen des Verstärkers 4 an den Klemmen 31, 32 eine, der Betriebsspannung UA an der Tunneldiode 18 entsprechende Spannung einstellt. Fällt nun das Gebersignal der Fotozelle 2 aus, dann wird das Brückengleichgewicht gestört. Die infolgedessen auftretende Spannungsänderung bewirkt über die Tunneldiode ein Abschalten der Ölzufuhr auch dann, wenn der Verstärker infolge eines Defektes normale Signale abgibt. Andererseits wird auch bei einem Schaden im Verstärker, der dessen Ausgangssignale ändert, das Brückengleichgewicht gestört und die Abschaltung ausgelöst.The comparison circuit arrangement 8 contains a Wheatstone bridge 24 which is fed by a battery 25 or a transformer rectifier of the amplifier. The voltage in the working circuit 3 is applied to the bridge 24 via terminals 26 and the output voltage is applied to terminals 5, 6 of the amplifier 4 , which are connected to terminals 27, 28 of the comparison switching arrangement 8 for this purpose. The voltage for the closed circuit 1.1 is taken from terminals 31, 32 , which are connected to terminals 22, 23 for this purpose. By means of variable resistors 29, 30 , the bridge 24 is tuned so that with a ratio between the signals of the photocell 2 and those of the amplifier 4 at the terminals 31, 32 corresponding to the normal operating state, a voltage corresponding to the operating voltage UA at the tunnel diode 18 adjusts. If the encoder signal from photocell 2 fails, the bridge equilibrium is disturbed. The voltage change that occurs as a result causes the oil supply to be switched off via the tunnel diode, even if the amplifier outputs normal signals as a result of a defect. On the other hand, if the amplifier is damaged, which changes its output signals, the bridge equilibrium is disturbed and shutdown is triggered.

Treten im Geberkreis 3 Wechselspannungen auf, dann ist ein Gleichrichterglied 33 am einen Eingang der Vergleichsschaltanordnung 8 erforderlich.If 3 alternating voltages occur in the encoder circuit, then there is a rectifier element 33 at one input of the comparison switching arrangement 8 is required.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel und nicht auf den beschriebenen Anwendungsfall beschränkt. Der erwähnte allgemeine Erfindungsgedanke läßt sich auch bei einer Dberwachungs- oder Steuerungsanordnung verwirklichen, die keinen Verstärker enthält. Ferner können je nach dem zu steuernden Vorgang andere Geber an Stelle der Fotozelle, z. B. ein Fotowiderstand oder ein thermoelektrisches Element, verwendet werden. Vergleichsschaltanordnungen anderen Aufbaus sind ebenfalls denkbar. Selbstverständlich kann vom Relais 13 aus, das aus Gründen der Betriebssicherheit ein Schutzgasrelais sein kann, auch ein anderer Vorgang als das Schließen eines Magnetventils gesteuert werden. Beispielsweise kann das Relais eine Signallampe ein- oder ausschalten. Schließlich ist auch die relative Schaltanordnung der Tunneldiode und des Schaltrelais veränderlich, je nachdem, ob das Relais im normalen Betriebszustand angezogen hat oder abgefallen ist. Neben dem beschriebenen Anwendungsfall kommt die Erfindung in erster Linie noch für Einrichtungen zum Überwachen des Flüssigkeitsstandes und für Sicherheitsschleifen bei Seilbahnen und Fördergeräten in Frage.The invention is not based on the drawn embodiment and not limited to the application described. The aforementioned general inventive concept can also be implemented with a monitoring or control arrangement that does not contain an amplifier. Furthermore can depending on the one to be controlled Process other encoders instead of the photocell, e.g. B. a photo resistor or a thermoelectric element, can be used. Comparative switching arrangements others Structures are also conceivable. Of course, this can be done from relay 13 For reasons of operational safety, a protective gas relay can also be another process can be controlled as the closing of a solenoid valve. For example, this can Relay switch a signal lamp on or off. Finally, it is also relative Switching arrangement of the tunnel diode and the switching relay changeable, depending on whether the relay has picked up or dropped out in the normal operating state. Next to the application described, the invention comes first and foremost for devices for monitoring the liquid level and for safety loops on cable cars and conveyors in question.

Sämtliche aus der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können auch in beliebigen Kombinationen erfindungswesentlich sein.All features can be found in the description and the drawing can also be essential to the invention in any combination.

Claims

Claims: 1. Electrical monitoring or control device with a giver influenced by the process to be controlled or monitored and a bistable tunnel diode threshold value circuit for controlling a switching element, for example relay, characterized in that the switching element (12) in series is connected to the tunnel diode (18), the diode current of which is the control variable for the Switching element (12) forms.

2. Device according to claim 1 with amplifier, in particular for monitoring the flames of C51 and gas burners, where the transmitter is in the working circuit is located and the relay is arranged in the closed circuit, characterized in that that the quiescent current forms the basic current for the tunnel diode and that in the quiescent circuit a voltage divider variable resistor (19) for tapping the operating point voltage of the Tunnel diode (18) is located.

3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that a comparison circuit, in particular using a Wheatstone bridge, is provided which compares the signals from the transmitter with the signals of the amplifier and on which the voltage applied to the tunnel diode is tapped the absence of or a change in the encoder signals that goes beyond the permissible extent changes the voltage at the tunnel diode. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 146 179.