DE3516251A1 - DEVICE FOR MONITORING A SWITCH OR A RESISTANCE CIRCUIT - Google Patents

DEVICE FOR MONITORING A SWITCH OR A RESISTANCE CIRCUIT

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DE3516251A1 DE19853516251 DE3516251A DE3516251A1 DE 3516251 A1 DE3516251 A1 DE 3516251A1 DE 19853516251 DE19853516251 DE 19853516251 DE 3516251 A DE3516251 A DE 3516251A DE 3516251 A1 DE3516251 A1 DE 3516251A1
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Description

Cambridge Instruments LimitedCambridge Instruments Limited

Viking Way Bar HillViking Way Bar Hill

Cambridge CB3 8EL EnglandCambridge CB3 8EL England

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Vorrichtung zum überwachen eines Schalters oder eines WiderstandskreisesDevice for monitoring a switch or a resistance circuit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum überwachen eines Schalters oder eines Widerstandskreises.The invention relates to a device for monitoring a switch or a resistor circuit.

Bei vielen Prozeßsteuervorgängen ist es notwendig, den Zustand eines Schalters, etwa eines Druckschalters, Durchflußschalters 5 oder eines Sicherheitsmikroschalters von einer entfernten Stelle aus zu überwachen. Beispielsweise in einer Einrichtung zum Steuern des Betriebs einer Gasturbine kann es notwendig sein, die Turbine abzustellen, wenn der Druck oder der Gasfluß einen vorbestimmten Wert erreicht. Ein Druck- oder Durchflußschalter ist vorgesehen, der schließt, wenn der Druck oder der Durchfluß den vorbestimmten Wert erreicht. In anderen Fällen kann ein Widerstandskreis verwendet werden, um einen Parameter, wie etwa die Temperatur, zu messen.In many process control operations it is necessary to monitor the state of a switch such as a pressure switch, flow switch 5 or a safety microswitch from a remote location to monitor. For example, in a device for controlling the When operating a gas turbine, it may be necessary to shut down the turbine, when the pressure or gas flow reaches a predetermined value. A pressure or flow switch is provided which closes when the pressure or flow reaches the predetermined value. In other cases a resistor circuit can be used to create a Measure parameters such as temperature.

Ein derartiger Schalter oder Widerstandskreis ist normalerweise unter ungünstigen Umgebungsbedingungen angeordnet, so daß es nicht möglich ist, den Schalter direkt zu verwenden, um eine elektrische Einrichtung zu betätigen, um den Prozeß abzuschalten, da das Schalten großer Lasten die Funkenbildungsgefahr erhöht. Es ist daher notwendig, den Zustand des Schalters aus der Entfernung und an einer elektrisch isolierten Stelle zu überwachen. Dies wurde bisher unter Verwendung eines Optoisolators vorgenommen, wobei eine lichtemittierende Diode und ein Photosensor vorgesehen ist. Die Diode kann in Reihe mit dem zu überwachenden Schalter und einer Spannungsquelle geschaltet sein derart, daß dann, wenn der Schalter geschlossen ist, die Diode Licht emittiert, das durch den isolierten Photosensor festgestellt wird, der einen Strom erzeugt, der verwendet werden kann, um die notwendige Abschaltung zu steuern. Die Verwendung eines derartigenSuch a switch or resistor circuit is normally arranged under adverse environmental conditions, so that it is not possible to use the switch directly to make an electrical Activate device to shut down the process as switching large loads increases the risk of sparking. It is therefore necessary to monitor the state of the switch remotely and in an electrically isolated location. This was previously under Made use of an optoisolator, being a light emitting Diode and a photosensor is provided. The diode can be connected in series with the switch to be monitored and a voltage source be such that when the switch is closed the diode emits light which is detected by the isolated photosensor which generates a current that can be used to control the necessary shutdown. The use of such a

optischen Isolators erfordert jedoch eine Stromversorgung, die, obwohl sie klein sein kann, sich in der Nähe des zu überwachenden Schalters befindet. Da sich der Schalter und daher die Stromversorgung in einer ungünstigen Umgebung befinden können, kann diese Stromversorgung ein zusätzliches Sicherheitsrisiko darstellen.However, the optical isolator requires a power supply that, though it can be small, in the vicinity of the switch to be monitored is located. Since the switch and therefore the power supply can be located in an unfavorable environment, this power supply can be a represent an additional security risk.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Überwachung des Schaltzustands eines Schalters zu schaffen, die nicht erfordert, daß eine Stromversorgung in der Nähe des Schalters angeordnet ist und daher eine sicherere Betriebsweise auch in ungünstiger Umgebung liefert. The object of the invention is therefore to monitor the To create the switching state of a switch that does not require that a power supply is arranged in the vicinity of the switch and therefore provides a safer mode of operation even in unfavorable surroundings.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Der Teil des Schaltkreises, der den zu überwachenden Schalter oder Widerstandskreis enthält, ist seibststromversorgend, so daß keine Notwendigkeit für irgendeine Stromversorgung in einer ungünstigen Umgebung besteht. Vorausgesetzt, daß eine Magnetflußverbindung zwischen den beiden Wicklungen des Induktors vorgesehen werden kann, ist es nicht notwendig, daß diese sehr nahe zusammen angeordnet sein müssen.This object is achieved in accordance with claim 1. That part of the circuit that controls the switch or Resistive circuit is self-powered so there is no need for any power supply in an adverse environment. Provided that there is a magnetic flux connection between the two windings of the inductor can be provided, it is not necessary that these must be arranged very close together.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zum Messen der induzierten Umkehrspannung ein Komparator, von dem ein Eingang mit der Wicklung und der andere Eingang mit der Bezugsspannung verbunden ist. Der Ausgang des Komparators kann verwendet werden, um ein Abschalten oder das Betätigen eines Sicherheitskreises zu bewirken, wenn die induzierte Umkehrspannung derart ist, daß sie anzeigt, daß sich der Schalter in einer Position befindet, die für eine gefährliche Situation indikativ ist.Preferably, the device for measuring the induced reverse voltage is a comparator, one input of which is connected to the Winding and the other input is connected to the reference voltage. The output of the comparator can be used to switch off or to operate a safety circuit when the induced reverse voltage is such that it indicates that the Switch is in a position indicative of a dangerous situation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Ladungseinrichtung eine Stromversorgung und einen Schalter, die über den Anschlüssen der zweiten Windung des Induktors geschaltet sind, wobei der Schalter geschlossen und erneut geöffnet wird, um den Kondensator zu laden.According to a preferred embodiment, the charging device comprises a power supply and a switch which are connected across the terminals of the second turn of the inductor, wherein the switch is closed and opened again to charge the capacitor.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum überwachen des Zustands eines Schalters oder eines Widerstandskreises, bestehend aus den Schritten des Ladens eines Kondensators in Parallelschaltung mit dem zu überwachenden Schalter oder Widerstandskreis von einer Stromversorgung über einen Transformator und danach des Messens der Umkehrspannung, die in der Transformatorwicklung induziert wird, dieThe invention also includes a method of monitoring the state of a switch or a resistor circuit, consisting of the steps of charging a capacitor in parallel with the switch or resistance circuit to be monitored from a power supply via a transformer and then measuring the Reverse voltage induced in the transformer winding, the

mit der Stromversorgung im vorhergehenden Schritt verbunden ist.connected to the power supply in the previous step.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the accompanying figures.

Fig. 1 zeigt ein Schaltkreisdiagramm einesFig. 1 shows a circuit diagram of a

Geräts zum überwachen des Zustands eines
Schalters.Device for monitoring the status of a
Switch.

Fig. 2 zeigt eine typische Wellenform der Spannung
am Punkt A der Fig. 1.Fig. 2 shows a typical voltage waveform
at point A of FIG. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Schaltkreis ist geeignet, um zu überwachen, ob ein Schalter 2 sich in geöffnetem oder geschlossenem Zustand befindet. Der Schaltkreis ist in zwei voneinander isolierte Schaltkreisteile 4 und 6 geteilt. Die Elemente des Schaltkreisteils 4 können in einer widrigen Umgebung angeordnet sein. Die Schaltkreisteile 4, 6 sind durch einen Induktor 8 mit Doppelwicklung verbunden, der eine erste Wicklung 10, die mit dem Schaltkreisteil 4 verbunden ist, und eine zweite Wicklung 12, die mit dem Schaltkreisteil 6 verbunden ist, aufweist. Die Wicklungen 10, 12 sind induktiv durch eine geeignete Magnetflußverbindung (nicht dargestellt) verknüpft.The circuit shown in Fig. 1 is suitable to monitor whether a switch 2 is open or closed State. The circuit is isolated in two from each other Circuit parts 4 and 6 divided. The elements of circuit part 4 can be placed in an adverse environment. The circuit parts 4, 6 are connected by an inductor 8 with double winding, which has a first winding 10, which is connected to the circuit part 4 and a second winding 12 connected to the circuit part 6 is, has. The windings 10, 12 are inductively linked by a suitable magnetic flux connection (not shown).

Der Schaltkreisteil 4 umfaßt eine Diode 14, von der ein Anschluß mit einem Anschluß der Induktorwindung 10 und der andere Anschluß mit einem Anschluß eines Kondensators 16 verbunden ist, der seinerseits in Reihe mit der Induktorwindung 10 geschaltet ist. Eine Ohm'sche Last ist parallel zu dem Kondensator 16 geschaltet und besteht aus einem Reihenwiderstand 18, dem Schalter 2 und einem Widerstand 20, der in Nebenschluß zu dem Schalter 2 angeordnet ist.The circuit part 4 comprises a diode 14, one of which Connection to one connection of the inductor winding 10 and the other connection is connected to one terminal of a capacitor 16, which in turn is connected in series with the inductor winding 10. One Ohmic load is connected in parallel to the capacitor 16 and consists of a series resistor 18, the switch 2 and a resistor 20, which is arranged in shunt with the switch 2.

Der Schaltkreisteil 6 besteht aus einer Gleichstromquelle 22, die über einen Reihenhalbleiterschalter 24 an der Induktorwicklung 12 angeschlossen ist. Ein Anschluß der Induktorwicklung 12, der mit A bezeichnet ist, liefert einen Eingang zu einem Komparator 26. Der andere Eingang zum Komparator 26 ist eine Bezugsspannung, die wahlweise variabel sein kann, wobei die Quelle hierfür nicht dargestellt ist. Der Ausgang des Komparators 26 stellt den Ausgang desThe circuit part 6 consists of a DC power source 22, via a series semiconductor switch 24 on the inductor winding 12 is connected. One terminal of the inductor winding 12, labeled A, provides an input to a comparator 26. The other input to comparator 26 is a reference voltage which can optionally be variable, the source for which is not shown is. The output of the comparator 26 represents the output of the

" "C"" C

Schaltkreises dar und ist in Abhängigkeit davon, ob der Schalter 2 offen oder geschlossen ist, logisch hoch oder niedrig. Der Schaltkreis arbeitet wie folgt:
Der Schalter 24 wird während einer vorbestimmten kurzen Zeit geschlossen, um die Gleichstromquelle 22 mit der Wicklung 12 des Induktors 8 zu verbinden und zu trennen. Während der Schalter 24 geschlossen ist, fließt in der Wicklung 12 ein Strom, wodurch in dem magnetischen Kreis des Induktors 8 Energie gespeichert wird. Wenn der Schalter 24 geöffnet wird, bewirkt die Spannung, die über der Wicklung 10 induziert wird, daß die Diode 14 leitend und Energie auf den Kondensator 16 übertragen wird.Circuit represents and is depending on whether the switch 2 is open or closed, logic high or low. The circuit works as follows:
The switch 24 is closed for a predetermined short time in order to connect the direct current source 22 to the winding 12 of the inductor 8 and to disconnect it. While the switch 24 is closed, a current flows in the winding 12, as a result of which energy is stored in the magnetic circuit of the inductor 8. When the switch 24 is opened, the voltage induced across the winding 10 causes the diode 14 to conduct and energy to be transferred to the capacitor 16.

Die Höhe der Spannung, die in der Wicklung 10 induziert wird, um zu bewirken, daß die Diode 14 leitend wird, hängt von der Spannung über dem Kondensator 16 ab. Die Spannung über dem Kondensator 16 hängt von dem Widerstand der parallelen Widerstandslast, gebildet aus dem Schalter 2 und den Widerständen 18 und 20, ab. Wenn daher der Schalter 2 geschlossen ist, wird der Widerstand dieser Widerstandslast relativ niedrig sein, wodurch der meiste Strom durch die Widerstandslast fließt, anstatt den Kondensator 16 aufzuladen. Wenn jedoch der Schalter 2 geöffnet ist, wird der Kondensator 16 auf eine höhere Spannung aufgeladen.The amount of voltage induced in the winding 10 to cause the diode 14 to conduct depends on the Voltage across the capacitor 16 from. The voltage across the capacitor 16 depends on the resistance of the parallel resistive load formed from switch 2 and resistors 18 and 20. So if the Switch 2 is closed, the resistance of this resistive load will be relatively low, allowing most of the current through the resistive load flows instead of charging the capacitor 16. However, when switch 2 is open, capacitor 16 is set to a higher level Voltage charged.

Während die Spannung über der Wicklung 10 induziert wird, wird eine umgekehrte Spannung über der Wicklung 12 aufgrund der gegenseitigen Flußverbindung induziert. Die Größe dieser induzierten Umkehrspannung hängt von der ursprünglichen Spannung ab, die am Kondensator 16 anlag und daher davon, ob der Schalter 2 geöffnet oder geschlossen war.While the voltage across the winding 10 is induced, a reverse voltage across the winding 12 is due to the induced mutual flow connection. The magnitude of this induced reverse voltage depends on the original voltage on the capacitor 16 system and therefore whether the switch 2 was open or closed.

Ein typisches Diagramm der Spannung, aufgetragen gegenüber der Zeit im Punkt A, an einem Anschluß der Wicklung 12, ist in Fig. 2 dargestellt. Zur Zeit tQ ist der Halbleiterschalter 24 bis zum Zeitpunkt t. geschlossen. Dies bewirkt eine induzierte Umkehrspannung einer relativ großen -Höhe, die erzeugt wird, wenn der Schalter 24 wieder geöffnet wird, falls der Schalter 2 offen ist. Zur Zeit t0, wird der Schalter 24 geschlossen, während der Schalter 2 ebenfalls geschlossen ist. Wenn der Schalter 24 zur Zeit t., wieder geöffnetA typical diagram of the voltage plotted against time at point A at one terminal of the winding 12 is shown in FIG. At the time t Q , the semiconductor switch 24 is up until the time t. closed. This causes an induced reverse voltage of a relatively large magnitude, which is generated when the switch 24 is opened again if the switch 2 is open. At time t 0 , switch 24 is closed, while switch 2 is also closed. When switch 24 is opened again at time t

wird, ist die induzierte Umkehrspannung von geringerer Höhe als vorher. Die Größen der Widerstände 18 und 20 können ohne weiteres so gewählt werden, daß die Größen der induzierten Umkehrspannungen auf jeweils eine Seite der vorbestimmten Bezugsspannung fallen,- wenn der Schalter 2 geöffnet bzw. geschlossen ist. Beispielsweise kann der Widerstand 18 einen Widerstandswert von 1 k/i und der Widerstand 20 einen Widerstandswert von 100 k/lhaben. Der Widerstand der Last beträgt daher etwa HcQ, wenn der Schalter 2 geschlossen ist, und 10OkJfI, wenn der Schalter 2 geöffnet ist.the induced reverse voltage is of a lower magnitude than before. The sizes of the resistors 18 and 20 can easily be selected in this way that the magnitudes of the induced reverse voltages are based on each one side of the predetermined reference voltage drop when the switch 2 is open or closed. For example, the resistance 18 have a resistance value of 1 k / l and the resistor 20 have a resistance value of 100 k / l. The resistance of the load is therefore about HcQ when switch 2 is closed and 10OkJfI when switch 2 is open.

Manchmal ist es erforderlich, den Widerstand einer Last absolut zu überwachen. Eine derartige Last kann ein Widerstandsthermometer sein. Dieser variable Widerstand würde dann parallel über einen Kondensator 16 anstelle der Widerstandslast, die durch den Schalter 2 und die Widerstände 18 und 20 gebildet wird, geschaltet werden.Sometimes it is necessary to have the resistance of a load absolutely monitor. Such a load can be a resistance thermometer. This variable resistor would then be in parallel across a Capacitor 16 instead of the resistive load formed by switch 2 and resistors 18 and 20 can be switched.

in diesem Falle wäre die induzierte Umkehrspannung direkt proportional zu dem Lastwiderstand. Die Bezugsspannung des !Comparators 26 kann dann auf einen Wert eingestellt werden, der indikativ für eine bestimmte erreichte Temperatur ist.in this case the induced reverse voltage would be directly proportional to the load resistance. The reference voltage of the comparator 26 can then can be set to a value which is indicative of a specific temperature reached.

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Claims (6)

Ansprüche 10Claims 10 1. Vorrichtung zum überwachen eines Schalters (2) oder eines Widerstands kreises, dadurch gekennzeichnet, daß ein Doppelwicklungsinduktor (8), ein Kondensator (16) und der Schalter (2) oder der Widerstandskreis, die zu überwachen sind, mit den Enden einer Wicklung (10) des Induktors (8) parallel geschaltet sind, während eine Einrichtung (22, 24) zum Laden des Kondensators (16) durch Anlegen eines Stroms an die andere Wicklung (12) des Induktors (8) und eine Einrichtung (26) zum Überwachen der Spannung vorgesehen sind, die in der Wicklung (12) durch die Wicklung (10) induziert wird, nachdem die Einrichtung (22,24) aufgehört hat zu arbeiten.1. Device for monitoring a switch (2) or one Resistance circuit, characterized in that a double-winding inductor (8), a capacitor (16) and the switch (2) or the resistance circuit, which are to be monitored, with the ends of a winding (10) of the inductor (8) are connected in parallel, while a device (22, 24) for charging the capacitor (16) by applying a Current to the other winding (12) of the inductor (8) and a device (26) for monitoring the voltage are provided in the Winding (12) is induced by the winding (10) after the device (22,24) has stopped working. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zum Überwachen der induzierten Spannung einen Komparator (26) umfaßt, von dem ein Eingang mit der Wicklung (12) und der andere Eingang mit einer Bezugsspannung verbunden ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the means (26) for monitoring the induced voltage a Comparator (26) comprises, one input of which is connected to the winding (12) and the other input to a reference voltage. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (26) einen Ausgang aufweist, der mit einem Betriebsstillegungskreis verbunden ist, der bedienbar ist, wenn die induzierte Spannung in der Wicklung (12) einen unsicheren Zustand des Schalters (2) oder des Widerstandskreises anzeigt.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring device (26) has an output, which is connected to an operational closure circle that can be operated is when the induced voltage in the winding (12) is unsafe The state of the switch (2) or the resistance circuit. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22,24) eine Spannungsquelle (22) und einen Schalter (24) umfaßt, die über die Anschlüsse der Wicklung (12) geschaltet sind, wobei der Schalter (24) geschlossen und erneut geöffnet wird, um den Kondensator (16) zu laden.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the device (22,24) has a voltage source (22) and a switch (24) connected across the terminals of the winding (12), the switch (24) being closed and again is opened to charge the capacitor (16). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) oder der Widerstandskreis, der Kondensator (16) und die Wicklung (10) in einer widrigen Umgebung montiert sind, während die andere Wicklung (12) die Einrichtung (22,24) und die überwachungseinrichtung (26) außerhalb der widrigen Umgebung montiert sind, wobei eine Schlußverbindung zwischen den Wicklungen (10,12) des Induktors (8) über eine Barriere vorgesehen ist, die die widrige Umgebung umgibt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switch (2) or the resistance circuit, the Capacitor (16) and the winding (10) are mounted in an adverse environment, while the other winding (12) is the device (22,24) and the monitoring device (26) outside the adverse Environment are mounted, with a final connection between the windings (10,12) of the inductor (8) provided via a barrier that surrounds the adverse environment. 6. Verfahren zum überwachen des Zustands eines Schalters oder eines Widerstandskreises, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (16) in Parallelschaltung mit dem Schalter (2) oder dem Widerstandskreis von einer Spannungsquelle (22) über einen Transformator (8) geladen und danach die Umkehrspannung gemessen wird, die in der mit der Spannungsquelle (22) vorher verbundenen Wicklung (12) des Transformators (8) induziert wird.6. Method of monitoring the status of a switch or a resistance circuit, characterized in that a capacitor (16) is connected in parallel with the switch (2) or the resistance circuit from a voltage source (22) via a transformer (8) is charged and then the reverse voltage is measured, which is in the with the voltage source (22) previously connected winding (12) of the transformer (8) is induced.
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