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Spannungskomparator mit mindestens einer Spannungskomparatorstufe
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungskomparator mit mindestens einer Spannungskompara- torstufe für elektrische Messungen, insbesondere zur Feststellung, ob eine bestimmte Spannung innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches liegt oder nicht.
Es gibt eine Anzahl von industriellen Steuer- und Prüfanordnungen, bei welchen es notwendig ist, genau und schnell zu bestimmen, ob eine bestimmte Spannung innerhalb eines bestimmten Toleranzbe- reiches ist oder nicht. Bei solchen Anordnungen ist es gewöhnlich notwendig, dass sie sehr genau arbeiten. Weiters variieren die häufig benötigten Spannungen sehr in ihrer Grösse. Es liegt daher das techni- sche Bedurfnis vor, einen Spannungskomparator mit genugender Anpassungsmöglichkeit an die verschiedenen Toleranzbereiche zu schaffen.
Bei den bisher bekannten Komparatoranordnungen war die Grösse der Spannung, welche geprüft werden sollte, durch die Eingangsnennwerte der Anordnungen begrenzt. Es war daher notwendig, die Bestandteile der Anordnung, wie z. B. Dioden und Widerstände individuell auszuwählen, um eine gewünschte Genauigkeit zu erzielen. Weiters waren die bekannten Spannungskomparatoren nicht störungssicher, da eine Fehlfunktion nicht unbedingt in einer ausserhalb des Toleranzbereiches erfolgenden Anzeige ihren Ausdruck fand.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungskomparator mit mindestens einer Spannungskomparatorstufe, wobei die Komparatorstufe einen Eingangskreis, zwei Kreise mit je einer Vergleichsspannungsquelle, deren Vergleichsspannung bei einem Kreis höher wie die Nennmessspannung und bei dem andern Kreis niedriger wie die Nennmessspannung ist und einen Oszillator enthält, welcher bei Abweichung der Messspannung von der Nennmessspannung in der einen Richtung Schwingungen erzeugt und bei Abweichung der Messspannung von der Nennmessspannung in der andern Richtung keine Schwingungen erzeugt.
Der erfindungsgemässe Spannungskomparator ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Oszillator und dem Eingangskreis eine Brückenschaltung eingeschaltet ist, von welcher zwei Brückenzweig je eine Diode gleicher Polarität enthalten und im die Dioden verbindenden Eckpunkt der Brücke die Messspannung zugeführt wird und an den entgegengesetzten Endpunkten der Dioden je eine Vergleichsspannungsquelle angeordnet ist, weiters ein Transformator vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung gegebenenfalls zusammen mit einem Kondensator den die Frequenz des Oszillators bestimmenden Schwingungskreis bildet und dessen Primärwicklung eine Mittelanzapfung besitzt, wobei die Wicklungsteile der Primärwicklung weitere Zweige der Brückenschaltung bilden und der Oszillator einen Transistor besitzt,
die Basis des Transistors mit der Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators verbunden ist, die Sekundärwicklung des Transformators in Serie mit dem Kollektor, Emitter und einer Spannungsquelle geschaltet ist, und der Kollektor oder der Emitter über eine Parallelschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator an Masse angelegt ist.
Der Spannungskomparator ist nach der weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator einen Transistor besitzt, die Basis des Transistors mit der Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators verbunden ist, die Sekundärwicklung des Transformators in Serie mit dem Kollektor, Emitter und einer Spannungsquelle geschaltet ist, und der Kollektor oder der Emitter auf einer Parallelschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator an Masse angelegt ist.
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chen Wert unterschiedlich sein müssen, dass die über den Dioden 3 und 4 auftretenden Spannungen bei einer Messspannung, welcher der Nennmessspannung entspricht, nicht ausreicht, dass eine Diode mehr als die andere leitet.
Eine Änderung der Nennmessspannung darf nur unter gleichzeitiger Änderung der Vergleichsspannungen der Vergleichsspannungsquellen 18 und 20 erfolgen.
In der Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dort sind zwei Spannungskomparatoren 38 und 39 vorgesehen, wobei der Komparator 38 gleich dem Komparator 1 ist und der Komparator 39 die in Fig. 4 dargestellten Dioden 3a und 4a besitzt, welche die umgekehrte Polarität wie die Dioden 3 und 4 des Komparators 38 haben und die in Fig. 4 dargestellten Vergleichsspannungsquellen 18a und 20a besitzt, welche gegenüber den Vergleichsspannungsquellen 18 und 20 des Kom- parators 38 vertauscht sind.
Es sei nun zur weiteren Erklärung der Fig. 2 zunächst die Fig. 4 näher beschrieben. Es wird z. B. als Nennmessspannung l, 875 V an der Eingangsklemme lla gewählt (die zweite nicht gezeichnete Eingangsklemme ist mit Masse verbunden). Die Vergleichsspannung der Vergleichsspannungsquelle 18a sei 0, 75 V.
Die Vergleichsspannung der Vergleichsspannungsquelle 20a sei 3, 00 V.
Wenn nun die Messspannung an der Eingangsklemme lla grösser als 1, 875 V ist, dann leitet die Diode 3a mehr als die Diode 4a, wobei eine Mitkopplung für den Oszillator 24 auftritt und ihn zum Schwingen bringt.
Wenn im gegenteiligen Falle die Messspannung unter den Wert von 1, 875 V sinkt, dann leitet die Diode 4a mehr als die Diode 3a, wobei eine Gegenkopplung auftritt, welche die Schwingungen verhindert.
In Fig. 2 sind die Eingangsklemmen 11 und lla der Komparatoren 38 und 39 vereinigt und als eine Klemme 40 herausgeführt. Die Ausgangsklemmen 37 und 37a sind mit einer in bekannter Weise ausgeführten Mischstufe 41 verbunden. Der Ausgang der Mischstufe 41 ist mit dem Eingang eines Band-PassFilters 42 verbunden, welches entweder die Summen- oder die Differenzfrequenz des Ausgangssignals der Mischstufe 41 durchlässt. Das Filter 42 ist mit einer Anzeigevorrichtung 43 verbunden, welche das Vorhandensein eines Ausgangssignals vom Filter 42 anzeigt.
In Fig. 3 sind die Spannungsverhältnisse (U) in bezug auf die Zeit (t) dargestellt. Die Spannungen haben folgende Werte :
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<tb>
<tb> E1............... <SEP> 5,25 <SEP> v
<tb> El............... <SEP> 5. <SEP> 25 <SEP> V <SEP>
<tb> E,............... <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP> V <SEP>
<tb> E3............... <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP> V
<tb> V, <SEP> 4. <SEP> 125 <SEP> V <SEP>
<tb> V2 <SEP> ................. <SEP> 1,875V
<tb>
E 1 ist die Vergleichsspannung der Vergleichsspannungsquelle 18 im Komparator 38. E ist die Vergleichsspannung der Vergleichsspannungsquelle 20 im Komparator 38. E, ist die Vergleichsspannung der Vergleichsspannungsquelle 20a im Komparator 39. E, ist die Vergleichsspannung der Vergleichsspannungsquelle 18a im Komparator 39.
Vl ist die Nennmessspannung im Komparator 38 und Vz ist die Nennmessspannung im Komparator 39.
Die Nennmessspannungen sind jene Spannungen, bei welchen im Komparator die Dioden nicht leiten.
Der Oszillator 24 des Komparators 38 schwingt dann, wenn die Messspannung an der Klemme 40 (Fig. 2) unter die Nennmessspannung V fällt, während der Oszillator des Komparators 39 dann schwingt,
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Es folgt daraus, dass zwischen den Werten von Vl bis 4, 125 V und Vz bis 1, 875 V, also innerhalb eines Bereiches von 2,25 V beide Oszillatoren der Komparatoren 38 und 39 schwingen.
Die Frequenz der Oszillatoren der Komparatoren 38 und 39 werden durch die Werte der Transformatoren 30 und Kondensatoren 38 bestimmt. Der Komparator 38 kann z. B. die Frequenz f1und der Komparator 39 die Frequenz f erzeugen. Wenn z. B. das Filter 42 so eingerichtet ist, dass es die Summe dieser beiden Frequenzen (fi+ ) durchlasst, dann gibt dieses Filter nur dann eine Ausgangsspannung an die Anzeigeeinrichtung 43, wenn beide Oszillatoren der Komparatoren 38 und 39 schwingen. Es erfolgt also die Anzeige, dass die Messspannung zwischen den Werten der Nennmessspannungen Vl und V ; liegt.
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man auch das Band-Pass-Filter 42 zum Durchlassen der Differenzfrequenz abstimmen.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausbildung der Fig. 2 dargestellt. Während nach Fig. 2 nur angezeigt wird, ob die Messspannung zwischen den Nennmessspannungen Vit und Vz liegt, kann durch die Anordnung nach Fig. 5, wo zwei weitere an die Mischstufe 41 angeschaltete Band-Pass-Filter 44 und 45 vorgesehen sind, eine Anzeige in weiteren zwei Anzeigeeinrichtungen 46 bzw. 47 erfolgen.
Das Band-Pass-Filter 44 ist auf die Frequenz fl aus dem Komparator 38 abgestimmt. Das Band-PassFilter 45 ist auf die Frequenz f2 aus dem Komparator 39 abgestimmt.
Wenn der Indikator 46 allein anzeigt, dann liegt die Messspannung unter der Nenmnessspannung Vz.
Wenn der Indikator 47 allein anzeigt, dann liegt die Messspannung ober der Nennmessspannung Vi. Wenn alle drei Indikatoren 43, 46 und 47 anzeigen, dann liegt die Messspannung innerhalb der Nennmessspannung V, und Va.
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Wenn z. B. die Toleranzgrenze 40 250 V statt 2. 250 V sein soll, dann ist es bloss nötig, gleichzeitig die Vergleichsspannungen Eund E auf 7, 25 V bzw. 5, 00 V zu verschieben. Die andern Vergleichsspan- nungen Es und E4 bleiben, wie vorher angegeben, unverändert. Auf diese Art ist die untere Toleranzgrenze l, 875 V (wie früher beschrieben) und die obere Toleranzgrenze 6,125 V. Man kann also die Toleranzgrenze entweder durch Verschiebung der Werte Ei und E und bzw. oder der Werte Eg und Es beliebig verschieben.
Die Indikatoren 43, 46 und 47 können z. B. Verstärker sein, welche ein Relais betätigen, deren Kontakte eine Anzeigelampe betätigen.
Es ist offensichtlich, dass der erfindungsgemässe bistabile Komparator, bei welchem sowohl Mitkopplung wie auch Gegenkopplung im gleichen Oszillator auftritt, die Anzeigeempfindlichkeit wesentlich verbessert ist. Die Verwendung einer Brückenschaltung beseitigt die Notwendigkeit, die Dioden, die Wi- derstände und sonstigen Elemente genau aufeinander abzugleichen, wie dies bei den bekannten Komparatoren notwendig ist. Weiters wird bemerkt, dass die Brückenschaltung weitgehend gegen Temperaturänderungen unempfindlich ist, da beide Brückenzweige in gleicher Weise beeinflusst werden.
Weiters wird bemerkt, dass die erfindungsgemässe Schaltung feststehende Elemente benützt und dadurch nur schwer Fehler auftreten. Auch die Tatsache, dass beide Komparatoren arbeiten müssen, um eine Anzeige herbeizuführen, hebt die Anzeigesicherheit. Der erfindungsgemässe Komparator ergibt eine schnellere und empfindlichere Anzeige mit einer geringeren Zahl von Einzelteilen gegenüber den bisher bekannten Komparatoren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spannungskomparator mit mindestens einer Spannungskomparatorstufe, wobei die Komparatorstufe einen Eingangskreis, zwei Kreise mit je einer Vergleichsspannungsquelle, deren Vergleichsspannung bei einem Kreis höher wie die Nennmessspannung und bei dem andernKreis niedriger wie die Nennmessspannung ist, und einen Oszillator enthält, welcher bei Abweichung der Messspannung von der Nennmessspannung in der einen Richtung Schwingungen erzeugt und bei Abweichung der Messspannung von der Nennmessspannung in der andern Richtung keine Schwingungen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Oszillator (23) und dem Eingangskreis (11) eine Brückenschaltung (2) eingeschaltet ist, von welcher zwei Brückenzweige je eine Diode (3, 4 bzw.
3a, 4a) gleicher Polarität enthalten und im die Dioden verbindenden Eckpunkt (12) der Brücke die Messspannung zugeführt wird und an den entgegengesetzten Endpunkten (15, 16) der Dioden je eine Vergleichsspannungsquelle (18,20) angeordnetr ist, weiters ein Transformator (8) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung gegebenenfalls zusammen mit einem Kondensator (38) den die Frequenz des Oszillators bestimmenden Schwingungskreis bildet und dessen Primärwicklung (5) eine Mittelanzapfung (26) besitzt, wobei die Wicklungsteile der Primärwicklung weitere Zweige der Brückenschaltung bilden und der Oszillator einen Transistor (24) besitzt, die Basis (25) des Transistors (24) mit der Mittelanzapfung (26) der Primärwicklung (5) des Transformators (8) verbunden ist, die Sekundärwicklung (31) des Transformators (8) in Serie mit dem Kollektor (34), Emitter (28)
und einer Spannungsquelle (32) geschaltet ist, und der Kollektor (34) oder der Emitter (28) über eine Parallelschaltung eines Widerstandes (35) mit einem Kondensator (36) an Masse angelegt ist.