DE3121841A1 - Eigensichere ueberwachungsschaltung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach
• dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung kann beispielsweise dazu dienen, eine obere und untere Grenztemperatur eines Heizkreislaufes zu überwachen. Die Schaltungsanordnung hat dann die Aufgabe, ein Stellglied abzuschalten, wenn die Grenztemperatur überschritten wird. Darüberhinaus sollte aber auch das Stellglied abgeschaltet werden, wenn irgendeine Komponente der Schaltungsanordnung ausfällt.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln 5< auszubilden, daß sie sich zusätzlich selbst überwacht, d.h. eigen sicher ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelangt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltunger der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung sei im folger den ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaliungsanordnung näher beschrieben.
• Ein Widerstand RTh mit temperaturabhängiger Kennlinie überwacht beispielsweise die Wassertemperatur eines Motor-Kühlsystems. Hierbei soll bei Erreichen einer oberen oder unteren Grenztemperatur in bestimmter Weise auf ein Stellglied eingewirkt werden. Zu diese Zweck ist der Meßwiderstand RTh in Reihe zu einem weiteren Widerstand RB geschaltet und diese Reihenschaltung ist zwischen einer positiven Betriebsspannungsquelle +U und Massepotential angeordnet Die über den MeSwiderstand RTh abgegriffene Meßspannung UTh wird über einen Umschalter SW jeweils einem Eingang eines Operationsverstärkers Tr1 bzw. Tr2 zugeführt. Die jeweils zweiten Eingänge dieser Operationsverstärker sind an eine Referenzspannung Urefi bzw. Uref2 angeschlossen. Die an die Meßspannung UTh anschließbaren Eingänge der beiden Operationsverstärker Trl und Tr2 sind zusätzlich über Schalter NO und NC an eine feste Spannung +U anschließbar. Die Schalter NO und NC werden gegenläufig betätigt, d.h. der Schalter NO ist ein Schalter mit Arbeitskontakt, während der Schalter NC ein Schalter mit Ruhekontakt ist. Auf diese Weise kann immer dann, wenn der Umschalter SW die Meßspannung UTh an einen Eingang des Operationsverstärkers Trl bzw. Tr2 anlegt, dieser Eingang über den Schalter NO bzw. NC von der festen Spannung +U abgetrennt werden. Durch eine weitere nicht dargestellte Beschaltung arbeiten die Operationsverstärker Trl und Tr2 als Schwellwertschalter, wobei beide Schwellwertschalter bei einer Beaufschlagung mit dem Meßwert immer dann ein L-Signal ausgeben, wenn der Meßwert im zulässigen Bereich liegt und den Grenzwert nicht überschreitet.
• Die Ausgänge beider Operationsverstärker Trl und Tr2 sind über eine Logikschaltung auf die Eingänge R und S eines RS-Flip-Flops FF geführt. Die Logikschaltung besteht aus zwei Invertern 11, 12 und zwei NOR-Gattern G1, G2. Sie hat die Aufgabe, zu verhindern, daß an beiden Eingängen R und S des Flip-Flops FF L-Signale auftreten, was zu einem undefinierten Zustand führen würde. Zu diesem Zweck ist jedem Eingang-R und S des Flip-Flops FF ein NOR-Gatter G1 bzw. G2 vorgeschaltet, das an einem Eingang von dem Ausgangssignal des einen Operationsverstärkers Tr1 bzw. Tr2 und an dem anderen Eingang von dem invertierten Ausgangssignal des jeweils anderen Operationsverstärkers Tr2 bzw. Trl beaufschlagt wird. Der Ausgang Q des Flip-Flops FF ist über einen Widerstand R und einen Kondensator C an Masse gelegt, so daß an dem Spannungsteilerpunkt zwischen Widerstand R und Kondensator C das jeweilige L- bzw. O-Signal verzögert auftritt. Das Signal an diesem Spannungsteilerpunkt wird zusätzlich benutzt., um den Umschalter SW und die beiden Schalter NO und NC zu steuern.
• Mit dem Ausgang Q des Flip-Flops FF ist ferner eine Uberwachungsschaltung MC verbunden. Diese Uberwachungsschaltung MC umfaßt einen ersten Transistor T1, der mit seinem Emitter an Massepotential und mit seinem Kollektor über einen Widerstand R1 an eine positive Betriebsspannung +v angeschlossen ist. Der Kollektor des ersten Transistors T1 ist mit den Basen eines zweiten Transistors T2 und eines dritten Transistors T3 verbunden. Der zweite und der dritte Transistor T2 und T3 weisen einen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp auf, wobei der Kollektor des npn-Transistors T2 an die positive Betriebsspannung +V und der Kollektor des pnp-Transistors T3 an das Massepotential angeschlossen ist. Der erste Transistor T1 ist ebenso wie der zweite Transistor T2 ein npn-Transistor. Die Emitter des zweiten und dritten Transistors T2 und T3 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand R2 und die Reihenschaltung einer Diode D1 und eines ersten Kondensators C7 an das Masse potential angeschlossen. Der Diode D1 ist die Reihenschaltung aus einer weiteren Diode D2 und eines zweiten Kondensators C2 parallelgeschaltet. Parallel zu dem zweiten Kondensator C2 ist eine Relaisspule RS angeordnet.
• Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Schaltungsanordnung ergibt sich folgende Wirkungsweise: Es sei angenommen, daß die Schaltungsanordnung gerade den dargestellten Zustand eingenommen hat. In diesem Fall wird die Meßspannung UTh über den Umschalter SW dem positiven Eingang des Operationsverstärkers Tr1 zugeführt und mit der am negativen Eingang anliegenden Referenzspannung real verglichen. Unter der Voraussetzung, daß die Meßspannung nicht den Grenzwert überschreitet, gibt der Operationsverstärker Trl an seinem Ausgang ein L-Signal aus. Dieses L-Signal stellt das RS-Flip-Flop FF zurück, so daß an seinem Ausgang Q ein L-Signal und an seinem Ausgang Q ein 0-Signal auftritt. Dem Eingang S des Flip-Flops FF wird ein O-Signal zugeführt, da der Operationsverstärker Tr2 einerseits mit der Referenzspannung Uref2 und andererseits über den Schalter NC mit einer festen Spannung +U beaufschlagt wird, wobei beide Spannungen so gewählt sind, daß am Ausgang des Operationsverstärkers das gewünschte O-Signal auftritt.
• Das am Ausgang Q auftretende L-Signal baut sich auf Grund des RC-Verzögerungsgliedes nur verzögert über dem Kondensator C auf und betätigt, nachdem es einen bestimmten Pegel erreicht hat, den Umschalter SW sowie die beiden Schalter NO und NC.
• Das heißt, es wird nunmehr dem Operationsverstärker Tr2 die Meßspannung UTh zugeführt, wobei gleichzeitig der mit der MeB-spannung beaufschlagte Eingang über den nunmehr geöffneten Schalter NC von der festen Spannung +U abgetrennt ist. Umgekehrt ist nunmehr der Schalter NO geschlossen, so daß der Operationsverstärker Trl die Referenzspannung Urefl mit der festen Spannung +U vergleicht. Jetzt gibt der Operationsverstärker Trl ein 0-Signal aus, während der Operationsverstärker Tr2 das L-Signal ausgibt. Diese Signale sind in der Zeichnung in Klammern angeschrieben. Entsprechend schaltet nunmehr der Ausgang Q auf das O-Signal um, welches über dem Kondensator C verzögert wirksam wird und bei Erreichen eines bestimmten Pegels den eingezeichneten Zustand der Schaltung wieder herbeiführt.
• Der Ausgang Q schaltet bei dieser Betriebsweise abwechselnd den ersten Transistor T1 aus und ein. Bei eingeschaltetem Transistor T1 ist auch der zweite Transistor T2 mit gleichem Leitfähigkeitstyp eingeschaltet. Es ergibt sich somit ein Strompfad zwischen positiver Betriebsspannung +V und Massepotential, der über den Transistor T2, den Widerstand R2, die Diode D1 und den Kondensator C1 verläuft. Der erste Kondensator C1 wird hierbei in der Weise aufgeladen, wie dies durch das positive Vorzeichen angedeutet ist.
• Im nächsten Schaltzustand des RS-Flip-Flops FF wird der erste Transistor T1 gesperrt, wodurch der dritte Transistor T3 in den leitenden Zustand gelangt. Nunmehr entlädt sich der erste Kondensator C1 über die Diode D2,den zweiten Kondensator C2, den Widerstand R2 und den dritten Transistor T3. Hierbei wird der zweite Kondensator C2 in der Weise aufgeladen, wie dies durct positive Vorzeichen angedeutet ist. Diese Aufladung des zweiten Kondensators C2 bewirkt einen Selbsthalteeffekt für die Relaisspule RS.
• Bedingung für die Selbsthaltung der Relaisspule RS ist jedoch die zyklische Aufladung des zweiten Kondensators C2. Wenn daher der Ausgang des RS-Flip-Flops FF nicht zyklisch umschaltet, sei es weil der Grenzwert der überwachten Temperatur überschritten wird oder weil irgendeine Komponente des Schaltkreises ausgefallen ist, so wird der zweite Kondensator C2 nicht mehr zyklisch aufgeladen; vielmehr kann sich dieser entladen, so daß der durch die Relaisspule RS gehaltene Kontakt anfällt. Dieser Kontakt kann in nicht näher dargestellter Weise auf ein Stellglied des überwachten System einwirken.
• Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines teilweise schematisierten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es liegt auf der Hand, daß insbesondere die mit mechanischen Kontakten dargestellten Schalter durch entsprechende Halbleiterschalter, wie beispielsweise MOS-Feldeffekttransistoren, verwirklicht werden können.
• Darüberhinaus ist es dem Fachmann an die Hand gegeben, anstatt der Operationsverstärker andere Schwellwertglieder zu verwenden.

Claims (7)

1. Eigensichere Uberwachungsschaltung Patentansprüche: () Schaltungsanordnung zur Uberwachung von wenigstens einem Meßwert, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schwellwertschaltung (Trl; TR2); eine von der Schwellwertschaltung (Trl; Tr2) betätigte Oszillatorschaltung (FF, R, C), die die Schwellwertschaltung abwechselnd an eine feste Spannung (+U) und den Meßwert (UTh) anlegt; und eine an die Oszillatorschaltung (FF, R, C) angeschlossene Uberwachungsschaltung (MC), die beim Ausbleiben des Oszillatorsignales ein den Meßwert verursachendes Stellglied (RS) abschaltet.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Oszillatorschaltung aus einem RS-Flip-Flop (FF) mit einem an einem Ausgang angeordneten Verzögerungsglied (R, C) besteht.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schwellwertschaltung aus einem Operationsverstärker (Trl; Tr2) besteht, dessen einem Eingang dauernd eine Referenzspannung (Uref1; Uref2) und dessem anderen Eingang abwechselnd eine weitere feste Spannung (+U) bzw. die Meßspannung PTh} zugeführt wird.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 zur Uberwachung zweier verschiedener Meßwerte oder der oberen und unteren Grenze eines Meßwertes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß beiden Meßwerten bzw. der oberen und unteren Grenze ein und desselben Meßwertes jeweils ein Operationsverstärker (Trl; Tr2) zugeordnet ist, daß zwischen dem Meßwert bzw. den Meßwerten und jeweils einem Eingang des Operationsverstärkers ein Umschalter (SW) angeordnet und daß der gleiche Eingang eines jeden Operationsverstärkers (Tri;Tr2) über einen weiteren Schalter (NO;NC) an eine feste Spannung (+U) anschließbar ist, wobei der Umschalter (SW) und die weiteren Schalter (NO,NC) von dem Oszillatorsignal betätigt werden.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß von den weiteren Schaltern der eine mit Arbeitskontakt (NO) und der andere mit Ruhekontakt (NC) ausgebildet ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Uberwachungsschaltung (MC) einen ersten von dem Oszillatorsignal beaufschlagten Transistor (T1) aufweist, dessen Ausgangsspannung auf die Basen von zweite und dritten Transistoren (T2, T3) unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps geführt ist, wobei der zweite Transistor (T2) im Lade stromkreis eines ersten Kondensators (C1) angeordnet ist und de dritte Transistor (T3) die Entladung des ersten Kondensators (C über einen zweiten Kondensator (C2) steuert, dessen zyklische Aufladung zum Halten einer das Stellglied betätigenden Relaisspule (RS) herangezogen wird.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Kollektor des zweiten Transistors (T2) an die Betriebsspannung (+V) angeschlossen ist, daß die Emitter des zweiten Transistors (T2) und des dritten Transistors (T3) miteinander verbunden sind und der Kollektor des dritten Transistors (T3) an Bezuaspotential gelegt ist, daß beide Emitter über eine erste Diode (D1) und den ersten Kondensator (C7) an Masse gelegt sind, daß der ersten Diode (D1) die Reihenschaltung einer zweiten Diode (D2) und des zweiten Kondensators (C2) parallelgeschaltet ist und daß parallel zu dem zweiten Kondensator (C2) die Relaisspule (RS) angeordnet ist.