DE3342580A1 - Analogsignalaufbereitungsschaltung und dafuer vorgesehene testschaltung - Google Patents
Analogsignalaufbereitungsschaltung und dafuer vorgesehene testschaltungInfo
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Description
9216-24NX-O4624
GENERAL ELECTRIC COMPANY
Analogsignalaufbereitungsschaltung und dafür vorgesehene
Testschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßausrüstung in
einer Umgebung, die die genaue und ständige Entnahme von Testdaten während des Betriebes der Meßausrüstung und
des Systems, in welchem die Meßausrüstung arbeitet, erfordert. Insbesondere betrifft die Erfindung eine vollständig testbare Analogsignalaufbereitungsschaltung für Thermoelementsignale, aus denen Prozeßparameter gewonnen werden, beispielsweise bei industriellen Prozessen wie
der Erzeugung von elektrischem Strom durch Kernenergie.
einer Umgebung, die die genaue und ständige Entnahme von Testdaten während des Betriebes der Meßausrüstung und
des Systems, in welchem die Meßausrüstung arbeitet, erfordert. Insbesondere betrifft die Erfindung eine vollständig testbare Analogsignalaufbereitungsschaltung für Thermoelementsignale, aus denen Prozeßparameter gewonnen werden, beispielsweise bei industriellen Prozessen wie
der Erzeugung von elektrischem Strom durch Kernenergie.
Analogauslösevorrichtungen sind auf dem Meßausrüstungsgebiet relativ bekannt. Die Modulbauweise von solchen
IK V **
X -
Vorrichtungen ist ebenfalls bekannt. Beispielsweise stellt die Rosemont Corporation für Kernreaktpranlagen
eine Reihe von Analogauslösemoduln her, die als Analogsteuereinheiten
bezeichnet werden.
Von der Bailey Meter Company sind bereits als gedruckte Schaltungen ausgebildete Signalaufbereitungsschaltungen
hergestellt worden, bei denen eine Brückenschaltung für sämtliche Signalaufbereitungs- und Offseteinstellungen
benutzt wird. Alle Einstellungen in der Brückenschaltung sind in bezug aufeinander interaktiv. Die Signalaufbereitungsschaltung
der Bailey Meter Company ist im eingebauten Zustand und während des normalen Schaltungsbetriebes
nicht testbar.
Eine Analogauslösevorrichtung, die während des normalen Systembetriebes jederzeit getestet werden kann, ist von
der Anmelderin bereits vorgeschlagen worden (vgl. die
deutsche Patentanmeldung P 33 25 550.4). Der Analogauslösemodul gemäß diesem älteren Vorschlag arbeitet im allgemeinen
in einem Signalbereich von 1-5 V. Dieser Wert ist zwar für den Auslösemodulbetrieb geeignet, er ist
jedoch für Signalaufbereitungs- oder -formungszwecke zu
groß.
Thermoelemente liefern ein Signal in dem Bereich von 2-120 mV. Die bereits vorhandene Selbsttesttechnik ist bei der
empfindlichen Analogsignalaufbereitungsausrüstung, wie sie
für die durch Thermoelemente gelieferten Signale niedrigen Wertes benötigt wird, nicht anwendbar.
Die Modulbauweise der Signalaufbereitungsausrüstung für die Meßausrüstung erfordert die Verwendung einer gemeinsamen
Schaltung für unterschiedliche Thermoelementsignalwerte. Der Stand der Technik, in dem das Selbsttesten ver-
BAD ORIGINAL
fügbar ist, bietet keine Einrichtung zum Testen einer Signalaufbereitungsausrüstung,
die bei verschiedenen Signalempfindlichkeitswerten arbeitet. Tatsächlich sind die
meisten derartigen Signalaufbereitungsschaltungen nicht so einstellbar, daß sie bei verschiedenen Empfindlichkeitswerten
arbeiten. Weiter gestattet die Brückenkonfiguration von bekannten Signalaufbereitungsschaltungen
nicht das einfache Ersetzen von Thermoelementtypen. Wenn ein Thermoelementtyp geändert wird, um eine Anpassung an
andere Meßparameter an verschiedenen Stellen eines Prozesses vorzunehmen, wird die Brücke verstimmt. In der
Praxis muß eine neue Brückenschaltung für jeden einzelnen Thermoelementtyp, der in Verbindung mit der Signalaufbereitungsschaltung
benutzt wird, und für jede Empfindlichkeitseinstellung vorgesehen werden.
Schließlich gestattet die Brückenkonfiguration der bekannten
Signalaufbereitungsschaltungen nicht das unabhängige Einstellen von anderen Parametern, wie beispielsweise das
Einstellen des Signaloffset (Signalverschiebung). Die Interaktion zwischen den verschiedenen Einstellungen in be-
^ kannten Signalaufbereitungsschaltungen erfordert wegen der Beschränkungen, die die Signalwerterfassung mittels Brückenschaltung
mit sich bringt, einen beträchtlichen Zeitaufwand zum Ausrichten und Eichen der Signalverarbeitungsschaltung
durch geschultes Wartungspersonal. Solche Einstellungen sind nicht nur schwierig, sondern mindern auch
die Zuverlässigkeit der Signalaufbereitungsschaltung. Dieses Problem ist in einer Ausrüstung besonders ausgeprägt,
die mit niedrigen Signalwerten arbeitet, wie beispielsweise solchen Signalwerten, bei denen die Signalaufbereitungsschaltung
arbeitet, von denen einige in der Größenordnung
von einigen Millivolt liegen.
Es gibt bislang keine Signalaufbereitungsausrüstung für Prozeßmeßausrüstungszwecke, die an Ort und Stelle während
des Systembetriebes testbar ist, in Modulbauweise hergestellt ist, so daß sie ohne weiteres in Verbindung
mit verschiedenen Thermoelementen und bei unterschiedlichen, wählbaren Verstärkungswerten benutzt werden kann,
und mehrere wählbare, unabhängige Signalparameter zum Formen der Schaltungsansprecheigenschaften liefert.
Die Erfindung schafft eine vollständig on-line-testbare
Analogsignalaufbereitungsschaltung für Thermoelementsignale. Der normale Bereich des Signals beträgt 2-120 mV
(voller Skalenbereich). Die Signale sind abgeleitete Prozeßparameter, wie beispielsweise die Sicherheitsgebäudetemperatur
in einem Kernreaktor während des Prozesses der Erzeugung von elektrischer Energie. Die Erfindung schafft
eine empfindliche Frontendsignalaufbereitungsschaltung mit einer Reihe von wählbaren Empfindlichkeitsbereichen.
Die Bereichswahl hat keinen nachteiligen Einfluß auf die Testbarkeit der Signalaufbereitungsschaltung. Darüber
hinaus ist ein Summierpunkt vorgesehen, in welchem ein Kaltlötstellentemperaturkompensation-Referenzsignal und
ein Thermoelementeingangssignal und außerdem ein Offsetsignal summiert werden können. Der Summierpunkt eliminiert
die Interaktion zwischen den verschiedenen Signalen, die der Signalaufbereitungsschaltung zugeführt werden. Die Einstellung
jedes Signals ist unabhängig von der Einstellung eines anderen Signals. ,
Ein Thermoelement ist an dem Summierpunkteingang eines Signalaufbereitungsverstärkers vorgesehen. Der Signalaufbereitungsverstärker
hat mehrere wählbare Verstärkungs-
BAD
werte, die Signalaufbereitungsverstärkerempfindlichkeiten
von 2-200 mV gestatten.
Thermoelemente erfordern typisch eine Einstellung der KaItlötstellentemperaturkompensation.
Die Erfindung arbeitet mit einem Kaltlötstellentemperaturkompensation-Referenzsignal,
das an den Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers angelegt wird. Das Vorsehen der Kaltreferenzeinstellung
gewährleistet das präzise Arbeiten der Signalaufbereitungsschaltung unter veränderlichen Umgebungsbedingungen
.
Außerdem liegt an dem Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers
ein Offsetsignal an. Der Offsetsignalbereich ist durch Positionieren eines Schaltdrahtes
zwischen verschiedenen Klemmen wählbar. Das Offsetsignal liefert einen festen Vorspannungswert für Messungen in
der Mitte des Skalenbereiches sowie für eine Schaltungsanordnung, die auf einen speziellen Signalbereich anspricht.
Der Ausgang des Signalaufbereitungsverstärkers ist mit einem Ausgangsverstärker mit veränderbarer Verstärkung
oder einem Puffer verbunden, der seinerseits ein Analogausgangssignal liefert, das die Prozeßbedingungen angibt,
die durch das Thermoelement abgefühlt worden sind. Eine Eichschaltung ist in der Ausgangsverstärkerschaltungsanordnung
vorgesehen, durch die die charakteristische Verstärkung des Ausgangsverstärkers mit einem gewählten Eichstrom
präzise eingestellt werden kann.
Die Schaltung nach der Erfindung ist zum Einbau in ein Prozeßüberwachungssystem vorgesehen, das ein kurzes Testintervall
während des tatsächlichen Systembetriebes hat. In der exemplarischen Ausführungsform der Erfindung kann
eine von zwei Testbetriebsarten während eines Testintervalls ausgeführt werden (mit einer Dauer, die so kurz ist,
daß der tatsächliche Systembetrieb nicht gestört wird). Während der Testfolge wird ein ausgewähltes Referenzsignal
an den Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers angelegt. Die Empfindlichkeit des Signalaufbereitungsverstärkers wird ebenfalls so eingestellt, daß der Verstärkungsbereich
innerhalb des Bereiches des Testsignals liegt, und zwar ungeachtet der gewählten Signalaufbereitungsverstärkerempfindlichkeit.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausfüh
rungsbeispiels der Schaltung nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungs
beispiels der Schaltung nach der Erfindung.
Die Erfindung, eine Änalogsignalaufbereitungsschaltung für Thermoelementsignale, findet bei der überwachung von industriellen
Prozessen, wie beispielsweise der Erzeugung von elektrischer Energie in Kernreaktoren, Verwendung. Die
Signalaufbereitungsschaltung 10 (Fig. 1) empfängt als Eingangssignal ein von einem Thermoelement 12 geliefertes
Signal. Das Thermoelement ist typisch in oder nahe bei einem überwachten Prozeß angeordnet,- beispielsweise in
dem Sicherheitsgebäude eines zur Erzeugung von elektrischer Energie dienenden Kernreaktors. Thermoelemente dieses
Typs sind bekannt und im Handel ohne weiteres erhältlich.
BAD ORIG/MAL
Das Thermoelement 12 liefert ein elektrisches Signal niedrigen
Wertes in der Größenordnung von 2-120 mV. Dieses Signal wird an einen Summierpunkteingang eines Signalaufbereitungsverstärkers
20 angelegt. Der Signalaufbereitungsverstärker erzeugt ein Ausgangssignal, das an einen Ausgangsverstärker
22 angelegt wird, der seinerseits ein Analogausgangssignal erzeugt, welches den überwachten
thermischen Prozeßbedingungen entspricht.
Die Signalaufbereitungsschaltung ist typisch auf einer Schaltungsplatte
an einem von dem Thermoelement entfernten Ort angeordnet. Die Umgebungsbedingungen am Ort der Signalaufbereitungsschaltung
können sich ändern. Darüber hinaus kann im Thermoelementbetrieb ein Ausgangssignal über einem veränderlichen
Bereich erzeugt werden. Die Umgebungstemperatur an dem entfernten Ort der Signalaufbereitungsschaltung kann
benutzt werden, um eine Referenztemperatur zu bilden, mit
der die Thermoelementausgangssignale verglichen werden können. Wegen Veränderungen in der Umgebung um die Signalaufbereitungsschaltung
ist außerdem eine Kompensation für Temperaturschwankungen an dem Referenzort vorgesehen. Zu diesem
Zweck ist eine Kaltlötstellentemperaturkompensationsschaltung 16 vorgesehen, durch die ein veränderliches Offsetsignal
an dem Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers 20 addiert wird.
Es ist außerdem erwünscht, eine Offsetspannung zu dem
Thermoelementausgangssignal zu addieren, so daß der dynamische Meßbereich vergrößert wird und eine Mittennullmessung
durchgeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine Offsetschaltung 18 vorgesehen, die eine wählbare Offsetspannung
erzeugt. Die Offsetspannung wird an den Summier-
punkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers 20 angelegt.
Gemäß Fig. 1 ist die Schaltung nach der Erfindung um den Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers
aufgebaut. Das heißt, das Thermoelementsignal, das KaItlötstellentemperaturkompensationssignal
und das Offsetsignal werden an dem Summierpunkteingang des Signalaufbereitung
sver stärkers 20 zusammengeführt. Diese Anordnung gestattet, verschiedene Einstellungen der Eigenschaften des
durch die Signalaufbereitungsschaltung erzeugten Analogsignals vorzunehmen. Diese Einstellungen sind alle unabhängig
voneinander, so daß das Addieren eines Offsetsignals keine zusätzliche Kaltlötstellentemperaturkompensation erfordert
und auch nicht die Kontur des durch das Thermoelement erzeugten Signals beeinflußt. Hier sind zwar Kaltlötstellentemperaturkompensations-
und Offsetsignale an dem Summierpunkt vorhanden, sie könnten jedoch eliminiert werden
oder es könnten zusätzliche Kompensationssignale nach Bedarf hinzugefügt werden.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist eine Testwählschaltung 14. Eine Testleitung TP ist mit der Testwählschaltung
14 und mit dem Signalaufbereitungsverstärker 20 verbunden. Die Schaltung nach der Erfindung gestattet, das richtige
Arbeiten der Signalaufbereitungsschaltung an Ort und Stelle während des aktiven Signalaufbereitungsschaltungsbetriebes
zu testen. Zu diesem Zweck wird ein Testimpuls kurzer Dauer (in der Größenordnung von 1 ms) durch das gesamte System
geschickt, von dem die Signalaufbereitungsschaltung ein Teil ist. örtlich tritt der Testimpuls so auf, wie es in
Fig. 1 gezeigt ist. Der Testimpuls erfüllt in der Schaltung nach der Erfindung zwei Funktionen: der Signalaufbereitungsverstärker
20 wird auf einen bestimmten Verstärkungswert
BAD ORiQIf^AL
eingestellt, ungeachtet des gewählten Verstärkungsfaktors
des Verstärkers oder der Empfindlichkeit; und die Testwählschaltung 14 wird betätigt, um ein Testsignal in die
Signalaufbereitungsschaltung über den Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers 20 einzuspeisen.
Das Testsignal wird, nachdem es in die Signalaufbereitungsschaltung
10 eingespeist worden ist, am Ausgang des Ausgangsverstärkers 22 überwacht. Auf diese Weise lassen
sich die Fehlerfreiheit und das richtige Arbeiten der Signalaufbereitungsschaltung feststellen, ohne daß es
erforderlich ist, die Schaltung aus dem Prozeß, den sie überwacht, zu entfernen. Gemäß Fig. 1 kann das eingespeiste
Testsignal ein Oberer-Wert-Signal TU oder ein Unterer-Wert-Signal
TD sein. Die Erfindung gestattet das Testen nicht nur der Signalkontinuität und der Schaltungsintegrität,
sondern auch das Testen des Ansprechens der Schaltung auf das Vorhandensein von Signalen mit unterschiedlichen Werten.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer exemplarischen Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung. Ein Ausgangssignal
des Thermoelements 12 wird der Signalaufbereitungsschaltung 10 an SIGNAL HOCH- und SIGNAL NIEDRIG-Eingangsklemmen
zugeführt. Das Thermoelementsignal wird durch Spulen L1 bzw. L2 geleitet. Ein Eingangsfilter wird
durch die Spulen L1 und L2, Widerstände R1-R3 und Kondensatoren C1-C3 gebildet. Das SIGNAL NIEDRIG-Ausgangssignal
des Thermoelements 12 wird über die Spule L2 an den nichtinvertierenden Eingang eines Signalaufbereitungsverstärkers
U60 angelegt. Das gefilterte SIGNAL HOCH-Ausgangssignal des Thermoelements wird an den invertierenden
Eingang des Verstärkers U60 angelegt. Der invertierende Ein gang des Verstärkers U60 bildet den Summierpunkt.
Gelegentlich fällt ein Thermoelement aus. Es ist wichtig, diesen Zustand sofort zu melden, und zu diesem Zweck ist
eine Schaltung zum Erkennen eines offenen Thermoelements
vorgesehen, die einen Widerstand R6 und eine mittels Schaltdraht wählbare Verbindung zwischen einer positiven
oder einer negativen Spannungsquelle enthält. Durch Verbinden der Klemmen 1 und 2 der Schaltung zum Erkennen
eines offenen Thermoelements mit einem Kurzschlußdraht zeigt eine Ablesung auf der Skala oben (Festhängen der
Nadel eines Anzeigeinstruments) ein offenes Thermoelement an; wenn der Schaltdraht zwischen den Stiften 3 und 4 angebracht
wird, zeigt eine Ablesung auf der Skala unten (keine Nadelbewegung) ein offenes Thermoelement an.
Die Kaltlötstellentemperaturkompensation ist vorgesehen
wie' oben beschrieben. Eine Kaltreferenzvorrichtung U62 mißt die Umgebungstemperatur an der Signalaufbereitungsschaltung.
Die Kaltreferenzvorrichtung U62 ist eine temperaturabhängige Stromquelle, die mit einer positiven Spannungsquelle
verbunden ist; sie gibt einen veränderlichen Strom an einen Stromteiler ab, der aus Widerständen R8
und R10 und aus einem Potentiometer R7 besteht. Die Einstellung
des Potentiometers R7 verändert das Ausmaß der Kaltlötstellentemperaturkompensation und verändert so
die Steigung der durch das Thermoelement gelieferten Temperaturanzeige.
Zum Hinzufügen eines Bereiches zu der Kaltlötstellentemperaturkompensationseinstellschaltung
wird eine negative Referenzspannung über eine Widerstandsschaltung aus
Widerständen R4, R9 und RI3 an den Summierpunkteingang
des Signalaufbereitungsverstärkers U60 angelegt. Das variable Kaltlötstellentemperaturkompensationssignal, das
über den Widerstand R10 geliefert wird, wird dadurch abgeglichen, so daß insgesamt ein Wert null an dem Summierpunkt
summiert wird, wenn keine Kompensation erforderlich
BAD ORIGINAL
ist, und ein positiver oder ein negativer Wert an dem Summierpunkt summiert werden kann, um eine Temperaturveränderung
entsprechend zu kompensieren.
Die Spannungsoffsetschaltung 18 enthält eine Spannungsreferenzvorrichtung
U63, die über einen Widerstand R48 an einen Operationsverstärker U61 angeschlossen ist. Ein Verstärkerreferenzwert
wird durch einen Widerstand R50 festgelegt; ein Wert für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers wird
durch einen Rückkopplungswiderstand R49 festgelegt. Das
Spannungsreferenzausgangssignal des Verstärkers U61 wird durch ein Potentiometer R11 eingestellt und über einen Widerstand
R41 an eine Offsetbereichswählschaltung angelegt, die aus Widerständen R42-R47 besteht. Durch Anschließen
eines Schaltdrahtes zwischen den verschiedenen Stiften (z.B. den Stiften 1 und 2) wird eine Offsetspannung über
einen Widerstand R5 an den Summierpunkteingang des Signalaufbereitungsverstärkers
20 angelegt. Wenn beispielsweise ein Schaltdraht zwischen die Stifte 1 und 2 der Offsetbereichswählschaltung
geschaltet ist, liefert der Widerstand R42 einen Spannungsabfall für die Referenzspannung,
so daß ein Offset von ±1,25 mV zu den an dem Summierpunkt
vorhandenen Signalen addiert wird. Das Potentiometer R11 ist zur Offsetbereichsfeineinstellung vorgesehen.
Der Signalaufbereitungsverstärker U60 ist ein zerhackerstabilisierter
Verstärker. Eine an den Ausgang des Verstärkers U60 angeschlossene Rückkopplungsverbindung enthält
eine Filterschaltung aus einem widerstand R60 und einem Kondensator C12. Das Ausgangssignal des Verstärkers
wird über ein Relais K1 mit Kontakten K1-2/4 an einen Ausgangsverstärker U1 angelegt. Die Arbeitsweise des
Relais K1 und des Verstärkers U1 sind unten erläutert.
-Vi-
Der Verstärkungsfaktor oder die Empfindlichkeit des Verstärkers
U60 wird mittels durch einen Schaltdraht wählbarer Widerstände R31-R35 festgelegt. Durch Anbringen eines
Schaltdrahtes zwischen geeigneten Klemmen (z.B. den Klemmen 1 und 2) ist eine gewünschte Signalaufbereitungs-Verstärkerempfindlichkeit
erzielbar. Der Verstärkungswählkreis wird durch Widerstände R61/R62 vervollständigt. Das
Wählen der Empfindlichkeit durch Anschließen von Widerständen mit Hilfe des Schaltdrahtes ergibt einen wählbaren
Empfindlichkeitsbereich von 2-5 mV, 5-10 mV, 10-20 mV, 20-50 mV oder 50-100 mV. Das NichtVorhandensein eines Schaltdrahtes
ergibt einen Empfindlichkeitsbereich von 100-200 mV.
Während des normalen Betriebes werden die in dem Summierpunkt des SignalaufbereitungsVerstärkers U60 summierten
Signale über die Relaiskontakte geleitet, wie oben beschrieben, und an den Eingang des Ausgangsverstärkers U1 angelegt.
Auf diese Weise wird ein Analogausgangssignal erzeugt, das die thermischen Bedingungen an einem überwachten Prozeßort,
die durch das Thermoelement gemessen werden, angibt.
Der Ausgangsverstärker U1 ist mit einer Schaltung zum Einstellen einer veränderbaren Verstärung versehen, die Widerstände
R15/R16 und ein Potentiometer R14 enthält, und
kann durch einen Eichstrom geeicht werden, wie es in Fig. 2C gezeigt ist. Während der Eichung des Verstärkers U1
ist das Relais K1 erregt, wodurch die Relaiskontakte K1-2/4 und K1-6/8 geöffnet sind. Dadurch wird der Signalaufbereitungsverstärker
von dem Ausgangsverstärker getrennt und der Eichstrom über die Relaiskontakte K1-7/8 dem Verstärker
U1 zugeführt. Der Eichstrom wird über die Relaiskontakte K1-2/3 zu seiner Quelle (nicht dargestellt) zu-
BAD
33425ÖU
rückgeleitet.
Im Eichbetrieb ist außerdem ein zweites Relais K2 erregt. Infolgedessen empfangen ein Potentiometer R64 und zugeordnete
Widerstände R12, R36-R38, R51 und R52 den Eichstrom. Der Ausgangsverstärker wird durch Einstellen des Potentiometers
R64 geeicht. Z-Dioden ZR2/ZR3 und zugeordnete Kondensatoren C5/C6 sind zum Schutz der Schaltung vorgesehen.
Zum Testen der Signalaufbereitungsschaltung, während diese in ein System eingebaut und in Betrieb ist, ohne deren normalen
Betrieb zu stören, wird ein Testimpuls kurzer Dauer (in der Größenordnung von 1 ms) Festkörperschaltern U58-5
(Testwählschaltung) und U58-6 (Schaltung zum Wählen der Verstärkung des Signalaufbereitungsverstärkers) zugeführt.
Der Testimpuls schließt den Schalter U58-6, wodurch der Widerstand R62 kurzgeschlossen wird und der Signalaufbereitungsverstärker
U60 einen bekannten und festgelegten Empfindlichkeits- oder Verstärkungswert hat.
Der Testimpuls schließt außerdem den Schalter U58-5, wodurch ein Widerstand R54 zwischen Masse und einen Testschaltungsausgangsschaltungspunkt
geschaltet wird. Jedes Testsignal, das durch die Testschaltung erzeugt wird, erzeugt
einen Spannungabfall an dem Widerstand R54; ein Testschaltungsausgangssignal wird dadurch über ein Filter,
das aus einem Kondensator C11 und einem Widerstand R63 besteht, zu dem Summierpunkteingang des Verstärkers U60
geleitet.
Die Testwählschaltung kann entweder eine positive Referenzspannung
(+V REF) oder eine negative Referenzspannung (-V REF) für Testzwecke an den Summierpunkt des Ver-
-U-
stärkers U60 anlegen. Auf diese Weise kann ein Test auf
der Skala oben oder auf der Skala unten ausgeführt und das Ansprechen der Schaltung sowie deren Integrität und
Kontinuität getestet werden.
Zum Wählen eines Tests auf der Skala oben wird ein Skalaoben-Testwählsignal
TU über eine Widerstandsschaltung R17/ R18, einen Inverter U54-4 und einen Widerstand R19 an
einen Optoisolator U57 angelegt. Ein Optoisolator wird benutzt, um Übergangsvorgänge in dem Testimpuls oder einen
falschen Testimpuls am Triggern einer Testfolge zu hindern. Der Optoisolator ist außerdem vorgesehen, um die
wesentliche Testschaltungsanordnung, wie beispielsweise die Signalaufbereitungsschaltung, von der übrigen Systemschaltungsanordnung
(nicht dargestellt) zu trennen.
Das Skala-oben-Testsignal betätigt den Optoisolator U57,
der einen Spannungsabfall an einem Widerstand R23 erzeugt. Der dadurch erzeugte Impuls wird über einen Filterkondensator
C9 und eine Widerstandsschaltung R25/R26 an einen Eingang eines Schmitt-Triggers U55-11 angelegt. Der
Schmitt-Trigger erzeugt einen sehr steilen und schnellen Testimpuls, der an den Festkörperschalter U58-3 angelegt
wird. Wenn die Signalaufbereitungsschaltung in eine Testfolge versetzt wird, wird durch die Betätigung des Schalters
U58-3 eine positive Referenzspannung über einen Widerstand
R53 an den Summierpunkteingang des Verstärkers
U60 angelegt.
Ein Skala-unten-Testimpuls TD wird über eine Widerstandsschaltung aus Widerständen R20, R21, einen Inverter U54-6
und einen Widerstand R22 an einen Optoisolator U59 angelegt. Wenn der Optoisolator betätigt ist, fällt eine Spannung
an einem Widerstand R24 ab. Der dadurch erzeugte Impuls wird über einen Filterkondensator C10 und eine Wider-
BAD ORiQfMAL
Ständsschaltung aus Widerständen R27/R28 an einen Schmitt-Trigger
U55-10 angelegt. Der durch den Schmitt-Trigger erzeugte
Impuls betätigt einen Festkörperschalter U58-4 der seinerseits eine negative Referenzspannung über einen Widerstand
R55 an den Summiereingang des Verstärkers U60 anlegt.
Um zu gewährleisten, daß ein negativer und ein positiver Testimpuls nicht gleichzeitig an den Summierpunkt angelegt
werden, ist der Ausgang eines NAND-Gatters U55-3 mit dem Festkörperschalter U58-5 verbunden. Falls sowohl das TU-als
auch das TD-Signal gleichzeitig vorhanden sind, erzeugt das NAND-Gatter ein Signal, das den Betrieb des Schalters
U58-5 sperrt und dadurch die Testfolge stoppt, wenn diese der Signalaufbereitungsschaltung zugeordnet ist.
Vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Erfindung einen Signalaufbereitungsverstärker schafft, der ein extrem
empfindliches Frontende hat und zum Testen während des tatsächlichen Schaltungsbetriebes an Ort und Stelle benutzt
werden kann. Die Amplitude des Testimpulses kann für alle verschiedenen wählbaren Signalaufbereitungsschal-
^ tungsempfindlichkeiten konstant sein. Darüber hinaus ist
ein Summierpunkt vorgesehen, der die Verwendung von unterschiedlichen
Thermoelementen und außerdem das Vorsehen eines Offset und von anderen solchen Einstellungen gestattet.
Sämtliche Signale, die an dem Summierpunkt vorhanden sind, sind unabhängig von den anderen wirksam.
Die charakteristische Ansprechkontur der thermischen Aufbereitungsschaltung kann auf jeden gewünschten Verwendungszweck
oder jeden Thermoelementtyp eingestellt werden. Diese Vielseitigkeit gekoppelt mit der Eigenzuverlässigkeit einer
Schaltung, die von einem zum anderen Ende testbar ist wie die Schaltung nach der Erfindung, gestattet das Herstellen
ZO
einer Schaltungskomponente in Modulbauweise, die für viele unterschiedliche Verwendungszwecke eingesetzt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung bietet sich über die oben beschriebene exemplarische Ausführungsform hinaus eine Vielzahl
von Änderungsmöglichkeiten. Beispielsweise könnten die Werte der Schaltungselemente, die in dem Schaltbild angegeben
sind, für andere Verwendungszwecke geändert werden, was auch für die besonderen aktiven Vorrichtungen gilt,
die in der Zeichnung angegeben sind. Darüber hinaus könnte die Eichstromschaltung modifiziert oder ganz weggelassen
werden.
PAD ORSGSNAL
Leerseite
Claims (15)
- Patentansprüche :Λ J Analogsignalauf bereitungsschaltung für durch ein Thermoelement erzeugte Signale niedrigen Wertes in einer Vorrichtung zum überwachen von thermischen Bedingungen an ausgewählten Stellen in einer Industrieanlage , gekennzeichnet durch:einen Signalaufbereitungsverstärker (20), der eine Summierpunkteingangsklemme zum Empfangen der Thermoelernentsignale hat und ein diesen entsprechendes Analogausgangssignal erzeugt; eine Kontureinrichtung (16, 18), die mit der Summierpunkteingangsklemme verbunden ist, zum Formen des charakteristischen Ansprechens des Verstärkers (20) auf das Thermoelementsignal; und eine Einrichtung (14) zum Einspeisen eines Testsignals in die Summierpunkteingangsklemme während eines gewählten Testintervalls zum Testen der Signalaufbereitungs* schaltung (10).
- 2. Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontureinrichtung (16, 18) enthält:eine Umgebungstemperaturmeßeinrichtung (U62), die mit der Summierpunkteingangsklemme verbunden ist, um ein Umgebungstemperaturkompensations- und Thermoelementreferenzsignal zu liefern.
- 3. Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontüreinrichtung (16, 18) weiter enthält:eine Vorspanneinrichtung (18)f die mit der Summierpunkteingangsklemme verbunden ist, um ein gewähltes Offsetsignal zu dem Thermoelementsignal zu addieren.
- 4. Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Offsetsignal mittels eines Schaltdrahtes wählbar ist.
- 5. Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalaufbereitungsverstärker (20, U60) auf irgendeine von mehreren
wählbaren Eingangsempfindlichkeiten einstellbar ist. - 6. Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (L1, L2, R1-R3, C1-C3)
zwischen dem Thermoelement (12) und der Summierpunkteingangsklemme des Signalaufbereitungsverstärkers (U60) zum Unterdrücken von Thermoelementsignalrauschen. - 7. Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (R6) zum
Erkennen eines Thermoelementausfalls. - 8. Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungseinrichtung (14) eine Einrichtung zum Wählen eines Testsignalwertes enthält.
- 9. Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungseinrichtung eine Einrichtung (R31-R35, R61/R62) enthält zum Einstellen des Signalaufbereitungsverstärkers (U60) derart, daß er eine Empfindlichkeitscharakteristik hat, die dem Testsignalwert entspricht.
- 10. Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Ausgangsverstärker (22) mit einem Eingang zum Empfangen des Analogausgangssignals des Signalaufbereitungsverstärkers (20), wobei der Ausgangsverstärker ein entsprechendes Analogausgangssignal mit einem gewählten Signalwert erzeugt.
- 11. Testschaltung für eine Analogsignalaufbereitungsschaltung für durch ein Thermoelement erzeugte Signale niedrigen Wertes in einer Vorrichtung zum Überwachen von thermischen Bedingungen an ausgewählten Stellen in einer Kernreaktorstromerzeugungsanlage, mit einem Signalaufbereitungsverstärker (U60), mit einer Summierpunkteingangsklemme zum Empfangen der Thermoelementsignale und zum Erzeugen eines diesen entsprechenden Analogausgangssignals und mit einer Kontureinrichtung (16, 18), die mit der Summierpunkteingangsklemme verbunden ist, um das charakteristische Ansprechen des Verstärkers auf die Thermoelementsignale zu formen, gekennzeichnet durch:eine erste Schaltvorrichtung (U58-6), die mit dem Signalaüfbereitungsverstärker (U6 0) verbunden ist, um auf einenTestimpuls kurzer Dauer hin die Empfindlichkeit des Signalaufbereitungsverstärkers auf einen vorgewählten Wert einzustellen; undeine zweite Schaltvorrichtung (U58-5), die mit der Summierpunkteingangsklemme des Signalaufbereitungsverstärkers (U60) verbunden ist, um diesem auf den Testimpuls hin ein Testsignal zu liefern.
- 12. Testschaltung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine dritte Schaltvorrichtung (U58-3), die mit der Summierpunkteingangsklemme des Signalaufbereitungsverstärkers (ü60) verbunden ist, um auf einen Testwertbefehl hin einen Testsignalwert zu wählen.
- 13. Testschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schaltvorrichtung enthält:einen ersten Wertwählkreis zum Empfangen eines ersten Werttestbefehls; undeinen zweiten Wertwählkreis zum Empfangen eines zweiten Werttestbefehls.
- 14. Testschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Testsignalwertwählkreis eine Einrichtung (U57) zum Trennen des Testwertbefehls von der Analogsignalaufbereitungsschal tung (10) enthält.
- 15. Testschaltung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (U55-3),, die das Vorhandensein von mehr als einem Testwertbefehl erkennt und daraufhin die Testschaltung sperrt.BAD ORIGINAL
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