DE2159284B2

DE2159284B2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektrischen Signales

Info

Publication number: DE2159284B2
Application number: DE2159284A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6231 Schwalbach Goeldner
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1971-11-30
Publication date: 1974-10-24
Also published as: US3810014A; DE2159284C3; JPS4864962A; DE2159284A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektrischen Signals durch Vergleich mit einem Bezugssignal, bei der das zu überwachende Signal an den ersten Eingang und das Bezugssignal an den zweiten Eingang eines Differenzverstärkers gelegt ist.

Es sind Anordnungen bekannt, bei denen die zu überwachende Meßgröße einem Instrument zugeführt wird, das auf seiner Skala zwei oder mehrere Marken aufweist. Steht der Zeiger auf einer dieser Marken, werden Kontakte geschlossen oder geöffnet und damit Alarmsignale ausgelöst. Derartige Anordnungen haben den Nachteil, daß die Kontakte verschmutzen können und damit zu Störungen führen. Auch ist durch die meist sehr langsame Bewegung des Meßwerkzeigers die Kontaktgabe nur sehr gering und ungenau. Zur Überwachung der Anzeige werden auch Anordnungen mit induktiver oder optischer Zeigerabtastung verwendet, wofür jedoch aufwendige mechanische Einrichtungen erforderlich sind.

Es sind auch bereits Vorrichtungen zum Vergleich von Sollwerten mit Istwerten bekannt, bei denen die Differenz zwischen einer Sollwertspannung und einer Istwertspannung gebildet wird. Diese Differenzbildung kann an Widerständen erfolgen, wobei gegebenenfalls zur Vorzeichenumkehr eines der beiden Spannungswerte ein Umkehrverstärker erforderlich ist. Die Sollwertspannung wird meist an einem Sollwertpotentiometer abgegriffen, das dann in Einheiten der Istwertspannungen geeicht sein muß.

Aus der französischen Patentschrift 1427059 ist eine Schaltung zur Überwachung einer elektrischen Spannung durch Vergleich mit einer Bezugsspannung bekanntgeworden. Als Bezugsspannung dient die Durchlaßspannung einer Tunneldiode, deren Kennlinie bekanntlich einen Bereich negativen Widerstandes aufweist, wenn der Diodenstrom bzw. die Diodenspannung einen bestimmten Wert überschreiten. Bei der bekannten Anordnung wird ein Differenzverstärker verwendet, dem die zu überwachende Spannung an den einen Eingang und die an der Tunneldiode als Referenzelement liegende Spannung an den anderen Eingang gelegt wird. Dem Differenzverstärker ist ein Stromgenerator zur Speisung der Tunneldiode nachgeschaltet. Der Differenzverstärker regelt den Strom durch die Tunneldiode so, daß die beiden Eingangsspannungen gleich sind, d. h. die Spannung an der Tunneldiode wird der zu überwachenden Eingangsspannung nachgeführt. Überschreitet der Diodenstrom dabei den kritischen Wert, so steigt die Diodenspannung an und der Verstärker führt Regelschwingungen aus, da die Tunneldiode in den Bereich negativen Widerstandes gerät. Der Schwingzustand des Verstärkers kann zur Auslösung eines Alarmsignals verwendet werden, das die Überschreitung der zu überwachenden Spannung signalisiert. Nachteilig hierbei ist, daß der Wert der Bezugsspannung nicht frei wählbar ist, sondern unmittelbar durch die Kennlinie der Tunneldiode fest vorgegeben ist. Bei der be- ä kannten Überwachungsschaltung sind ferner keine Maßnahmen zur Überprüfung der Bezugsspannung vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Überwachung elektrischer Signale durch Vergleich mit einem Bezugssignal anzugeben, die zur Überwachung unterschiedlicher frei wählbarer Signalwerte geeignet ist, und bei der gleichzeitig der gewählte Wert mit einfachen Mitteln überprüfbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit einem Umschalter verbunden ist, der den Verstärkerausgang der einen Schaltstellung mit einer Kippstufe und in der anderen Schaltstellung mit dem ersten Eingang des Differenzverstärkers verbindet, dem das zu überwachende Signal zugeführt ist.

Ist das zu überwachende Signal ein eingeprägter elektrischer Strom, der mit einem normalen Instrument angezeigt werden soll, dann wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Überwachungsschaltung derart ausgebildet, daß ein Anzeigeinstru- g ment in die Leitung eingeschaltet ist, die den ersten I Eingang des Differenzverstärkers mit dem Umschalter verbindet, daß der erste Eingang über einen Widerstand mit einem Schaltungspunkt, der auf Massepotential liegt, verbunden ist und daß der eingeprägte Strom über das Anzeigeinstrument und den Widerstand fließt.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Die dargestellte Überwachungsanordnung besteht aus einer Anzeigeeinheit 1 mit einem Instrument 12, aus einem Verstärkerteil 2 mit einem Differenzverstärker 6 und einem Umschalter 8 sowie aus einer Kippstufe 3 mit einem Relais 19 bzw. 20. Die Versorgungsspannung für den Verstärkerteil 2 und die Kippstufe 3 liegt an den Klemmen + u, — u und ο an, wobei ο auf Massepotential liegt. Das zu überwachende elektrische Signal, hier ist es ein eingeprägter Strom /_M, wird den Eingangsklemmen 22 und 23 zugeführt. Eine Leitung 14 verbindet die Klemme 22 mit dem Massepunkt o. Der Strom l_M durchfließt das Instrument 12 sowie den dazu in Reihe liegenden Widerstand 11 und erzeugt an ihm einen Spannungsabfall U_ht. Der Spannungsabfall U_[sl wird auf den invertie-

renden Eingang 5 des Differenzverstärkers 6 gegeben. Zwischen der Masseleitung 14 und der Klemme + μ liegt ein Potentiometer 17 in Reihe mit einem Widerstand 18. Die am Potentiometer einstellbare Konstantspannung U_Spll ist der Bezugswert, der am nichtinvertierenden Eingang 4 des Verstärkers 6 anliegt. Der Differenzverstärker 6 ist ein integrierter Verstärker mit hoher Verstärkung. Eine Spannungsdifferenz von wenigen mV in der einen oder anderen Richtung am Eingang des Verstärkers ruft an seinem Ausgang 7 die maximale positive bzw. negative Ausgangsspannung hervor. Solange die dem zu überwachenden Strom proportionale Spannung U_lst die gewählte Bezugsspannung U_Soll nicht überschreitet, wird das Relais 19 in der gezeichneten Schalterstellung 8 nach 10 vom Verstärker mit einer positiven Ausgangsspannung beaufschlagt. Das Relais 19 spricht in diesem Fall an. Überschreitet U_lst den eingestellten Bezugswert U_Soll, so daß ί/_ήί= U₃₀₁₁, wird die Verstärkerausgangsspannung negativ und das Relais 19 fällt ab, womit eine Alarmgabe ausgelöst und eine Warnlampe eingeschaltet werden kann. Das Relais 19 ist hier in einer Ruhestromschaltung angeordnet. Die entsprechende Arbeitsstromschaltung ist mit Relais 20 dargestellt, wobei der Anschluß 21 mit dem Kontakt 10 des Schalters 8 verbunden werden müßte. Die Relais können auch mit speziellen Transistorschaltstufen kombiniert sein.

Zur Einstellung und Anzeige des Bezugswertes, bei dem ein Schaltvorgang ausgelöst werden soll, werden durch Betätigung einer nicht einrastenden Drucktaste die Schalter 8 und 16 umgeschaltet. Durch das Instrument 12 fließt jetzt nicht mehr der Meßstrom I_M, sondern der Ausgangsstrom des Verstärkers 6. Der Verstärker arbeitet mit starker Gegenkopplung und kompensiert in diesem Fall seine Eingangsdifferenzspannung praktisch zum Wert Null. Mit U_ht = U_SoU fließt durch das Anzeigeinstrument zwangläufig der Strom, bei dem im normalen Betriebsfall eine Grenzwertkontaktgabe erfolgen soll. Bei Drucktastenbetätigung zeigt das Instrument also den Bezugswert an. Soll ein neuer Grenzwert eingestellt werden, so kann gleichzeitig das Potentiometer 17 in seiner Einstellung

ίο verändert werden. Das Instrument zeigt in diesem Fall den neuen Grenzwert an. Wesentlich ist, daß das Potentiometer nicht mit einer speziellen Eichskala versehen sein muß. Nach Loslassen der Drucktaste zeigt das Instrument wieder den Meßstrom an. Der eingeprägte Meßstrom hat sich durch den Umschaltvorgang nicht verändert. Während des Umschaltens floß er durch den Ersatzwiderstand 15.

Man kann auch auf den Schalter 16 und den Widerstand 15 verzichten. In diesem Fall wird bei Betätigung des Schalters 8 der Meßstrom im Instrument durch den Verstärkerausgangsstrom kompensiert. Auch bei veränderlichem Meßstrom I_M zeigt das Instrument dann den Bezugsstrom an, der sich aus der Bedingung der Selbstkompensation mit U_Ist = U_SoU

ergibt. Es ist nur erforderlich, daß der Verstärkerausgang den Maximalwert des Meßstroms in positiver und negativer Richtung abgeben kann. Der im Außenkreis fließende Meßstrom wird von der Umschaltung nicht beeinflußt.

Soll an Stelle eines Stromes eine Spannung gemessen und überwacht werden, so kann der Widerstand 11 durch das Instrument 12 ersetzt werden, wobei die Punkte 5 und 9 direkt durch die Leitung 13 zu verbinden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektrischen Signals durch Vergleich mit einem Bezugssignal, bei der das zu überwachende Signal an den ersten Eingang und das Bezugssignal an den zweiten Eingang eines Differenzverstärkers gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (7) des Differenzverstärkers (6) mit einem Umschalter (8) verbunden ist, der den Verstärkerausgang in der einen Schaltstellung (10) mit einer Kippstufe (3) und in der anderen Scharfstellung (9) mit dem ersten Eingang (5) des Differenzverstärkers verbindet, dem das zu überwa- ¹S chende Signal zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das zu überwachende elektrische Signal ein eingeprägter Strom ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigeinstrument (12) in die Leitung (13) eingeschaltet ist, die den ersten Eingang (5) des Differenzverstärkers (6) mit dem Umschalter (8) verbindet, daß der erste Eingang über einen Widerstand (11) mit einem Schaltungspunkt (14), der auf Massepotential liegt, verbunden ist und daß der eingeprägte Strom (J_M) über das Anzeigeinstrument und den Widerstand fließt.