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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung
bei einer Schaltungsanordnung zur Regelung, Steuerung und/oder Überwachung einer
unabhängigen Größe, bestehend aus einer wechselstromgespeisten Brücke, die wenigstens
in einem Zweig einen Heißleiter enthält und an deren Nullzweig ein Brückenverstärker
angeschaltet ist.
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Anordnungen zur Regelung, Steuerung oder überwachung einer unabhängigen
Größe, wie beispielsweise Temperaturen, Luftfeuchtigkeit, Strömungsgeschwindigkeit,
Flüssigkeitspegel, können aus einer Brückenschaltung, die im allgemeinen mit Gleichstrom
gespeist wird, bestehen, an deren Nullzweig Kontrollorgane geschaltet sind, welche
dann beispielsweise noch Stellglieder schalten können. In einen Brückenzweig ist
dabei ein temperaturabhängiger Widerstand geschaltet, der als Meßfühler dient und
dessen Widerstandsänderungen ein Maß für den Augenblickswert der zu regelnden, zu
steuernden oder zu überwachenden Größe sind.
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Oft wird die Forderung gestellt, das temperaturabhängige Element wenig
zu belasten. Das bedeutet, daß durch die Brücke nur kleine Ströme fließen dürfen.
Damit erhält man aber im Nullzweig kleine Signale, mit denen das Kontrollorgan angesteuert
wird. Daraus ergibt sich weiterhin die Forderung, daß das an den Brückennullzweig
angeschlossene Organ hochempfindlich sein muß. Sind an den Brückennullzweig transistorisierte
Schaltungen angeschlossen, so sind in diesem Fall zwei sich im allgemeinen widersprechende
Forderungen gleichzeitig zu erfüllen. Einerseits muß bei Gleichstromschaltungen
mit Transistoren die Temperaturdrift in Rechnung gestellt werden, zum. anderen-
soll aber die Empfindlichkeit nach oben esagtem genügend gut sein. Zwischen beiden
Forderungen ist ein guter Kompromiß kaum herzustellen.
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Aus diesem Grund wird die Brücke mit Wechselstrom gespeist, da bei
Wechselstrom einerseits die Temperaturdrift nicht kritisch ist und daher andererseits
auch hohe Empfindlichkeiten erzielt werden können.
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Eine Gefahr bei derartigen Anordnungen ist die Zerstörung des temperaturabhängigen
Widerstandes oder ein Bruch seiner Zuleitungen. Dann ist nämlich ein Brückenzweig
unterbrochen oder aber - elektrisch gesprochen - im Brückenzweig liegt ein unendlich
großer Widerstand. Würde beispielsweise die Anordnung mit einem Heißleiter zur Temperaturregelung
eingesetzt, so würde eine Unterbrechung des Brückenzweiges, also ein »unendlich
großer« Heißleiterwiderstand, einer tiefen Temperatur entsprechen. Das Potential
im Nullzweig der Brücke hat dann einen solchen Wert, daß etwaige nachgeschaltete
Regelorgane eine Heizeinrichtung dauernd eingeschaltet halten. Die Folge kann eine
vollkommene Zerstörung der Heizeinrichtung oder sogar Explosion, etwa eines geheizten
Kessels, sein.
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Es sind Schutzvorrichtungen bei Schaltungsanordnungen der in Rede
stehenden Art bekanntgeworden, bei denen zur Durchführung der Schutzfunktion ein
zusätzliches temperaturabhängiges Glied sowie wenigstens zwei Wechselstromverstärker
vorhanden sind. Derartige Schaltungsanordnungen sind daher insofern nachteilig,
da der Schaltungsaufwand zu ihrer Realisierung relativ groß ist. Abgesehen von einem
zusätzlichen temperaturabhängigen Element sind mindestens zwei auf Wechselstromschwellen
ansprechende Wechselstromverstärker erforderlich, die ihrerseits aufwendig realisierbar
sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung
der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der die vorgenannten Nachteile hinsichtlich
des Schaltungsaufwandes vermieden werden.
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Dies wird bei einer Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß in beiden Brückenästen gleichstromtrennende
Kapazitäten vorgesehen sind, daß über den Heißleiter in Reihe mit dem : Eingang
eines Zusatzverstärkers eine Gleichstromquelle geschaltet ist und daß der Ausgang
des Zusatzverstärkers so an den Brückenverstärker geschaltet ist, daß der Brückenverstärker
bei Drahtbruch am Heißleiter oder bei Ausfall des Heißleiters ein Störsignal abgibt.
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An Hand der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung näher erläutert.
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In F i g. 1 ist zunächst der grundsätzliche Aufbau der Schaltungsanordnung
dargestellt. Die Widerstände R1, R', R3 und -der Heißleiter HL bilden die
Brücke, die an den Klemmen 1 und 2 wechselstrommäßig gespeist wird. Die Kapazitäten
Cl und C, in der Brücke verhindern, .daß über die Brücke ein Gleichstrom fließen
kann.- An den Punkten 3 und 4 im Nullzweig der Brücke ist ein Brückenverstärker
I angeschlossen, dessen Eingang durch die Kapazitäten C3 und C4 gleichstrommäßig
entkoppelt ist. Der Eingang des Zusatzverstärkers II liegt einerseits direkt am
Brückenpunkt 4 und andererseits über den Widerstand R4 und die Gleichstromquelle.
,Q am Punkt 5, und sein Ausgang ist mit dem Brückenverstärker I verbunden. An den
Klemmen 6 und 7 wird das Ausgangssignal des Brückenverstärkers abgenommen.
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Durch diese Schaltung fließt ein Gleichstrom` über den Heißleiter
HL und den Zusatzverstärker Il. Durch geeignete Dimensionierung der Stromquelle
Q und des Widerstandes R4 bleibt dieser Strom konstant: Solange der Heißleiter
HL intakt ist, bleibt der Brückenverstärker I durch den Zusatzverstärker
II unbeeinflußt, und es werden am Ausgang des Brückenverstärkers I (Klemmen 6 und
7) die dem jeweiligen Widerstandswert des Heißleiters HL entsprechenden Signale
abgegeben.
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Tritt aber durch Zerstörung . des Heißleiters HL
oder Bruch
seiner Zuleitungen ein Leerlauf im entsprechenden Brückenzweig auf, so ist der Gleichstromweg
unterbrochen. Der Zusatzverstärker 1I steuert nun den Brückenverstärker I in einen
Betriebszustand, durch den der scheinbar »unendlich große« Heißleiterwiderstand
kompensiert wird, d. h., das im Brückennullzweig herrschende Fehlersignal wird durch
den Brückenverstärker I nicht übertragen.
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Eine mögliche Ausführungsform des Zusatzverstärkers zeigt die F i
g. 2. Der Zusatzverstärker besteht aus dem in Emitterschaltung betriebenen Transistor
T, dessen Basis über den Widerstand R5 am Brückenpunkt 4 liegt und ist weiterhin
über den Widerstand R, an die Klemme 8 geschaltet, die mit dem Minuspol einer in
der Figur nicht dargestellten Stromquelle verbunden ist; ferner ist zwischen die
Basis und Erde eine Kapazität C, geschaltet, um Wechselspannungsanteile aus der
Brücke vom Transistor abzublocken. Der Emitter des Transistors T
liegt
am Minuspol der Stromquelle Q und am Erdpunkt des Brückenverstärkers I. Der Kollektor
ist an den Brückenverstärker I geschaltet. Im übrigen sind in F i g. 2 gleiche Elemente
wie in F i g. 1 mit gleichen Symbolen versehen.
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Bei vorschriftsmäßig arbeitendem Heißleiter HL
erhält die Basis
des Transistors T über R4, HL, R5 so hohes positives Potential, daß
der Transistor gesperrt ist. Der Ausgang ist daher stromlos, und der Brückenverstärker
I bleibt durch die Zusatzverstärkerstufe unbeeinflußt.
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Tritt aber eine Unterbrechung im Heißleiterzweig auf, so fließt in
die Basis des Transistors T über den Widerstand R6 ein so großer negativer Strom,
daß der Transistor voll durchgesteuert wird. Es fließt nun auch im Ausgang ein hoher
Strom, so daß der Brückenverstärker durch diesen Strom in den Betriebszustand gesteuert
wird, bei dem das an seinem Eingang auftretende Fehlersignal nicht übertragen wird.
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Die F i g. 3 zeigt eine weitere günstige Ausführungsform des Zusatzverstärkers.
Er besteht aus den beiden in Emitterschaltung betriebenen Transistoren T1 und T2.
Der Kollektor des Transistors T1 ist über die Diode D auf die Basis des Transistors
T2 geführt. Die Basis des Transistors T1 liegt einerseits direkt am Brückenpunkt
4 und erhält andererseits über den Widerstand R7 positives Potential von der an
den Klemmen 8 und 9 angeschlossenen, in der Figur nicht dargestellten Spannungsquelle.
Ebenso erhält die Basis des Transistors TZ positives Potential über den Widerstand
R8. Der Kollektor des Transistors T1 liegt über den Widerstand R9 am Minuspol der
in der Figur nicht dargestellten Hilfsstromquelle. Der Kollektor des Transistors
T2 liegt am Minuspol (Klemme 8) der Vorspannungsquelle. Der den Ausgang des Verstärkers
bildende Kollektor des Transistors T., ist weiterhin an den Brückenverstärker I
angeschältet. Im übrigen sind gleiche Elemente wie in den vorigen Figuren wieder
mit gleichen Symbolen bezeichnet.
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In dieser Schaltung fließt bei vorschriftsmäßig arbeitendem Heißleiter
HL ein Gleichstrom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T1, welcher
von der Stromquelle Q geliefert wird. Der Transistor T1 ist durchgeschaltet und
der Transistor T2 gesperrt, da seine Basis über den Widerstand Ra an positivem Potential
liegt. Das bedeutet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T., stromlos
ist und der Brückenverstärker 1 unbeeinflußt bleibt.
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Wird der Heißleiter HL zerstört oder tritt ein Bruch seiner
Zuleitungen auf, so ist der Gleichstromweg unterbrochen. Der Transistor T1 wird
gesperrt, da seine Basis über den Widerstand R7 nur noch an positivem Potential
liegt. Sein Kollektorpotential wird gegen negative Werte verschoben, und der über
den Widerstand R9 fließende Strom fließt nun über die Diode D in die Basis
des Transistors T2, d. h., der Transistor T2 wird durchgesteuert. Nun fließt auch
im Ausgang (Kollektor-Emitter-Strecke) ein Strom, so daß der Brückenverstärker nun
derart umgeschaltet wird, daß das an seinem Eingang auftretende Fehlersignal nicht
übertragen wird.
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Bei dieser Ausführungsform des Zusatzverstärkers ist es als vorteilhaft
zu betrachten, daß der Erdpunkt des Brückenverstärkers über die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors T1 niederohmig an die Brücke angekoppelt ist.