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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Steuerung von
Druckumschaltgeräten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Steuerung von einem
Druckfühler vorgeschalteten Druckumschaltgeräten bei der oszillographischen Aufzeichnung von Drücken, besonders bei der Niederdruckindizierung von Brennkraftmaschinen.
Bei der Erfassung und oszillographischen Aufzeichnung von mit Druckänderungen verbundenen Vor- gängen, beispielsweise den Gaswechselvorgängen an Brennkraftmaschinen, besteht vielfach die Forde- rung, ausser der Druckkurve auch die Atmosphärenlinie oder den Verlauf eines beliebigen andern Be- zugsdruckes darzustellen. Man erhält dadurch ein anschaulicheres, leicht auswertbares Oszillogramm.
Für diesen Zweck sind Druckumschaltgeräte bekannt, die es gestatten, den Druckfühler wahlweise ent- weder dem veränderlichen Messdruck oder einem andern, im wesentlichen gleichbleibenden Bezugsdruck auszusetzen.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, die Mess- druckkurve, die dem Atmosphärendruck zugeordnete Nullinie sowie eine einem vorbestimmten Bezugs- druck entsprechende Drucklinie in rascher Aufeinanderfolge auf dem Bildschirm eines Kathodenstrahloszilloskops darzustellen. Dabei soll eine möglichst genaue Übereinstimmung der Abbildung auf dem
Bildschirm mit den tatsächlichen Druckverhältnissen erzielt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass drei von Halbleiterelementen gebildete, miteinander verkettete Schaltungteile vorgesehen sind, deren Ausgänge über ein ODER-Gatter gemeinsam an den Triggereingang eines Oszilloskops angeschlossen sind, wobei der erste, über einen Triggereingang von einem Impulsgeber angesteuerte Schaltungsteil einen ersten, mit dem Geberimpuls synchronen Triggerimpuls liefert, der zweite, von der Sägezahnspannung oder dem Torimpuls des Oszilloskops angesteuerte Schaltungsteil einen mit der abfallenden Flanke der Sägezahnspannung oder des Torimpulses synchronen Steuerimpuls liefert,
der ein über einen separaten Ausgang angeschlossenes erstes Druckumschaltgerät von einer dem Messdruck zugeordneten Schaltstellung in eine dem Atmosphärendruck zugeordnete Schaltstellung umsteuert und über eine erste monostabile Schaltstufe einen um die Laufzeit dieser Schaltstufe verzögerten zweiten Triggerimpuls liefert, der zugleich eine der ersten monostabilen Schaltstufe folgende bistabile Schaltstufe auslöst, und der dritte, über ein UND-Gatter von der Sägezahnspannung oder dem Torimpuls des Oszilloskops und dem Ausgangsimpuls der bistabilen Schaltstufe angesteuerte Schaltungsteil einen Steuerimpuls liefert,
der ein über einen separaten Ausgang angeschlossenes zweites Druckumschaltgerät von einer dem Atmosphärendruck zugeordneten Schaltstellung in eine einem wählbaren Bezugsdruck zugeordnete Schaltstellung umsteuert und über eine zweite monostabile Schaltstufe einen um die Laufzeit dieser monostabilen Schaltstufe verzögerten dritten Triggerimpuls an das Oszilloskop liefert.
Damit ist ein selbsttätiger Ablauf aller für die aufeinanderfolgende Darstellung der Messkurve, des Atmosphären- und Bezugsdruckes erforderlichen Schaltvorgänge gewährleistet, wobei durch die Verzögerung des zweiten und dritten Triggerimpulses gegenüber den entsprechenden Steuerimpulsen für die Druckumschaltgeräte auch die endlichen Schaltzeiten dieser Geräte berücksichtigt sind, die diese be- nötigen, um von der einen in die andere Schaltstellung zu gelangen.
Durch die Verwendung monostabiler Schaltstufen mit einstellbarer Laufzeit kann die Verzögerung
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der Triggerimpulse gegenüber den Steuerimpulsen den Schaltzeiten der verwendetenDruckumschalt- geräte genau angepasst werden, so dass auch die Möglichkeit besteht, die Messanlage mit zwei ver- schieden ausgeführten Druckumschaltgeräten mit unterschiedlicher Schaltzeit, z. B. mit einem von einem Drehmagnete betätigten Schieber und einem Dreiwegmagnetventil auszurüsten.
. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung erfüllt aber auch die mit Rücksicht auf die meist vor- handene Temperaturabhängigkeit des verwendeten Druckfühlers zu stellende Forderung einer möglichst raschen Umschaltung von einem auf den andern Druckbereich.
Für die oszillographische Aufzeichnung kann vorteilhafterweise jedes handelsübliche Oszilloskop verwendet werden, das neben der externen Triggermöglichkeitdie Abnahme derAblenksägezahnspan- nung bzw. eines Torimpulses gestattet.
Bei der Anwendungder erfindungsgemässenSchaltungsanQrdnung bei der Niederdruckindizierung von
Brennkraftmaschinen kann zur Auslösung der aufeinanderfolgenden Schaltfunktionen ein in bekannter
Weise an der Brennkraftmaschine angebrachter elektromagnetischer oder photoelektrischer Impulsgeber herangezogen werden, der bei Zweitaktmaschinen bei jeder Kurbelwellenumdrehung und bei Viertakt- maschinen bei jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung einen Geberimpuls an den Triggereingang des ersten Schaltungsteiles abgibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Schaltungsteil eine dem Impulsgeber nach- geschaltete Impulsformerstufe auf, die den Geberimpuls in einen Rechteckimpuls umwandelt, der eine mit ihrem linken Eingang der Impulsformerstufe nachgeschaltete, über eine am rechten Eingang ange- schlossene Starttaste rückstellbare bistabile Schaltstufe ansteuert, deren linker Ausgang mit dem ODER-
Gatter verbunden ist. Um die Betriebsbereitschaft der Anlage herzustellen, braucht daher lediglich die
Starttaste betätigt zu werden, die die bistabile Schaltstufe zunächst in die rechte Lage bringt, bis der erste von der Impulsformerstufe abgegebene Impuls am linken Eingang derbistabilen Schaltstufe ein- trifft und diese in die linke Lage schaltet.
Der hiebei von der bistabilen Schaltstufe abgegebene erste
Triggerimpuls gelangt über das ODER-Gatter an den externen Triggereingang des Oszilloskops. Gleich- zeitig damit wird das Oszilloskop entsprechend der vorgewählten Ablenkzeit abgelenkt und die Mess- druckkurve abgebildet.
Erfindungsgemäss weist der zweite Schaltungsteil eine zweite Impulsformerstufe auf, deren Ausgang mit dem UND-Gatter des dritten Schaltungsteiles sowie mit dem linken Eingang einer zweiten bistabilen
Schaltstufe verbunden ist, an deren linkem Ausgang sowohl die erste monostabile Schaltstufe als auch eine dem ersten Druckumschaltgerät vorgeschaltete erste Schaltstufe angeschlossen ist. Für die Steuerung des zweiten Schaltungsteiles ist hiebei die abfallende Impulsflanke des dem Oszilloskop entnommenen Sägezahn- bzw. Torimpulses massgebend. Damit wird die zweite bistabile Schaltstufe in die linke Lage gebracht, deren Ausgangsimpuls die erste Schaltstufe ansteuert, die somit das erste Druckumschaltgerät betätigt.
Zugleich wird die monostabile Schaltstufe ausgelöst, die dann den um ihre Laufzeit verzögerten zweiten Triggerimpuls über das ODER-Gatter an den externen Triggereingang des Oszilloskops abgibt. Die Laufzeit dieser ersten monostabilen Schaltstufe ist hiebei so bemessen, dass das erste Druckumschaltgerät, beispielsweise ein von einem Drehmagneten betätigter Schieber, in die dem Atmosphärendruck zugeordnete Schaltstellung gelangt und die Temperaturkompensation des verwendeten Druckfühlers abgeklungen ist. Durch diese Massnahme wird eine verzerrungsfreie Zeichnung der Nulllinie auf dem Bildschirm gewährleistet.
Weiters weist gemäss der Erfindung der dritte Schaltungsteil eine mit ihrem linken Eingang an das UND-Gatter angeschlossene vierte bistabile Schaltstufe auf, an deren linkem Ausgang sowohl die zweite monostabile Schaltstufe als auch eine dem zweiten Druckumschaltgerät vorgeschaltete zweite Schaltstufe angeschlossen ist. Man erreicht damit auch für den zweiten Umschaltvorgang, bei dem der Druckfühler vom Atmosphärendruck auf einen beliebigen Bezugsdruck umgeschaltet wird, eine der Schaltdauer des zweitenDruckumschaltgerätes angemessene Verzögerung des dritten Triggerimpulses, der über das ODER-Gatter das Oszilloskop auslöst.
Bei der Einstellung der Laufzeit der zweiten monostabilen Schaltstufe ist darauf Rücksicht zu nehmen, dass gegebenenfalls auftretende Druckausgleichsvorgänge bis zur Abgabe des dritten Triggerimpulses bereits abgeklungen sind.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die rückstellbaren Schaltglieder durch einen zusätzlichen, von der Sägezahnspannung oder dem Torimpuls des Oszilloskops gesteuerten Rückstellschaltkreis in ihre Ausgangslage rückführbar sind. Die Anlage ist daher sofort nach dem dritten Ablauf des Oszilloskops für eine neuerliche Auslösung betriebsbereit. Es besteht somit die Möglichkeit, die Einrichtung mehrmals in rascher Aufeinanderfolge auszulösen, um die Druckvorgänge laufend beobachten zu können. Durch die selbsttätige Rückstellung wird auch die Bedienung der Anlage
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kannStellung umgesteuert wird.
Das mit Trägheitskräften behaftete Umschaltgerät benötigt für die Umschal- tung von der einen in die andere Schaltstellung eine gewisse Zeitspanne, innerhalb derer vor dem
Druckfühler ein Druckausgleich stattfindet und die Temperaturkomkonsation des Druckfühlers wirksam wird. Der für die Zeichnung der Atmosphärenlinie Pa benötigte zweite Triggerimpuls darf deshalb i nicht vor Ablauf dieser Ausgleichsvorgänge abgegeben werden. Die hiefür erforderliche Impulsver- zögerung wird durch eine entsprechende Einstellung der Laufzeit der monostabilen Schaltstufe 8 er- zielt.
Der nach Ablauf dieser Laufzeit am Ausgang der monostabilen Schaltstufe erscheinende Impuls gelangt einerseits als zweiter Triggerimpuls über das ODER-Gatter 4 an das Oszilloskop und anderseits an den linken Eingang einer der monostabilen Schaltstufe 8 nachgeschalteten dritten bistabilen Schalt- stufe 11. Auch diese befindet sich im Anfangszustand in der rechten Kipplage. Der Ausgang dieser dritten bistabilen Schaltstufe 11 ist gemeinsam mit dem Ausgang der zweiten Impulsformerstufe 6 an das UND-Gatter 12 geschaltet.
Der dritte Schaltungsteil 12 - 17 wird von den über das UND-Gatter 12 ankommenden
Impulsen gesteuert. Das UND-Gatter 12 ist mit dem linken Eingang einer vierten bistabilen Schalt- stufe 14 verbunden, deren Anfangslage gleichfalls die rechte Kipplage ist. Der Ausgangsimpuls der vierten bistabilen Schaltstufe 14 wird einerseits an eine zweite Schaltstufe 16 geführt, die über ihren Ausgang 17 einen synchronen Steuerimpuls an ein zweites Umschaltgerät abgibt. Dieses zweite
Umschaltgerät, das beispielsweise als Dreiwegmagnetventil ausgebildet ist, wird damit von einer dem
Atmosphärendruck zugeordneten Schaltstellung in eine einem vorbestimmten Bezugsdruck entsprechende
Schaltstellung umgesteuert. Der Ausgang der vierten bistabilen Schaltstufe 14 ist anderseits mit dem
Eingang einer zweiten monostabilen Schaltstufe 15 verbunden.
Auch die Laufzeit dieser zweiten monostabilen Schaltstufe 15 richtet sich nach der für die Umsteuerung des zweiten Umschaltgerätes und der für den Druckausgleichsvorgang vor dem Druckfühler erforderlichen Zeitspanne. Die monostabile
Schaltstufe 15 gibt somit nach Ablauf ihrer Laufzeit über das ODER-Gatter 4 einen dritten und letzten Triggerimpuls an den externen Triggereingang des Oszilloskops ab. Die durch den zweiten
Triggerimpuls abgebildete Atmosphärenlinie Pa wird somit durch die am Bildschirm erscheinende
Bezugsdrucklinie Pr abgelöst. Der Abbildungsvorgang ist mit dem dritten Ablauf des Oszilloskops beendet.
Zur Rückführung aller rückstellbaren Schaltglieder in ihre Anfangslage ist ein separater Rückstell- schaltkreis 19 - 24 vorgesehen. Dieser Rilckstellschaltkreis weist eine fünfte bistabile Schaltstufe 22 auf, der ein zweites ODER-Gatter 18 vorgeschaltet ist, das über die Leitungen 19 und 20 mit dem
UND-Gatter 12 und der Starttaste 21 verbunden i$t. Dieser bistabilen Schaltstufe 22 ist eine
Rückstellschaltung 23 nachgeschaltet, deren Ausgang über eine Rückstelleitung 24 mit den rechten
Eingängen der bistabilen Schaltstufen 7,11 und 14 des zweiten und dritten Schaltungsteiles verbunden ist. Die Rückstellschaltung 23 wird jedoch nur dann betätigt, wenn die fünfte bistabile Schaltstufe 22 von der rechten in die linke Lage kippt.
Das bedeutet aber, dass beim ersten Auftreten des von der bistabilen Schaltstufe 11 über das UND-Gatter 12 gelieferten Impulse die Rückstellschaltung 23 nicht anspricht. Erst nach dem dritten Ablauf des Oszilloskops kippt die bistabile Schaltstufe 22 in ihre Ausgangslage zurück. Dabei werden die bistabilen Schaltstufen 7, 11 und 14 in die rechte Kipplage zurückgeführt und die gesamte Schaltung ist für einen neuerlichen Betrieb wieder einsatzbereit.
Die Form und zeitliche Zuordnung der an den einzelnen Schaltgliedern auftretenden Impulse ist aus Fig. 2 ersichtlich ; a bezeichnet den durch die Starttaste 21 eingeleiteten Impuls, durch den die Betriebsbereitschaft der Einrichtung hergestellt wird. Dieser einzige willkürliche Impuls kann nach Ablauf des Abbildungsvorganges in beliebigen Zeitabständen neuerlich gegeben werden. Der Impuls b tritt an der bistabilen Schaltstufe 3 auf ; c bezeichnet den von der Impulsformerstufe 2 gelieferten Impuls. Die über das ODER-Gatter 4 an den Triggerausgang der Schaltung gelieferten Impulse d treten im Verlauf eines Arbeitsspieles ebenso wie die dem Oszilloskop entnommenen Sägezahnimpulse e bzw. Torimpulse f insgesamt dreimal auf.
Die zweite bistabile Schaltstufe 7 liefert hingegen nur einen Ausgangsimpuls g. Der Steuerimpuls für das erste Druckumschaltgerät ist mit h bezeichnet. Die an der monostabilen Schaltstufe 8 auftretende Impulsspannung j bleibt während der durch die vordere und rückwärtige Impulsflanke definierten Laufzeit dieser Schaltstufe aufrecht. Die am UND-Gatter 12 aufscheinenden Impulse sind mit k bezeichnet.
Den bistabilen Schaltstufen 11 und 14 sind die Impulse 1 und m zugeordnet ; n zeigt den Verlauf der Steuerspannung des von der bistabilen Stufe 14 angesteuerten zweiten Umschaltgerätes.
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Aus der Impulsdarstellung o der zweiten monostabilen Schaltstufe 15 ist die der Laufzeit dieser Stufe 15 entsprechende, durch die beiden Impulsflanken definierte Impulsverzögerung erkennbar.
Die am Ende des Abbildungsvorganges einmalig wirksame R11ckstellschaltung wird durch den Impuls p der fünften bistabilen Schaltstufe 22 ausgelöst. Diese liefert ihrerseits den R11ckstellimpuls q, der die bistabilen Schaltstufen 7, 11 und 14 in die rechte Lage zurückführt.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Steuerung von einem Druckfühler vorgeschalteten Druckumschaltgeräten bei der oszillographischen Aufzeichnung von DrUcken, besonders bei der Niederdruckindizierung von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass drei von Halbleiterelementen gebildete, miteinander verkettete Schaltungsteile vorgesehen sind, deren Ausgänge über ein ODER-Gatter (4) gemeinsam an den Triggereingang eines Oszilloskops angeschlossen sind, wobei der erste, über einen Triggereingang (1) von einem Impulsgeber angesteuerte Schaltungsteil (1-3) einen ersten, mit dem Geberimpuls synchronen Triggerimpuls liefert, der zweite, von der Sägezahnspannung oder dem Torimpuls des Oszilloskops angesteuerte Schaltungsteil (5 - 11) einen mit der abfallenden Flanke der Sägezahnspannung oder des Torimpulses synchronen Steuerimpulse liefert,
der ein über einen separaten Ausgang (10) angeschlossenes erstes Druckumschaltgerät von einer dem Messdruck zugeordneten Schaltstellung in eine dem Atmosphärendruck zugeordnete Schaltstellung umsteuert und über eine erste monostabile Schaltstufe (8) einen um die Laufzeit dieser Schaltstufe verzögerten zweiten Triggerimpuls liefert, der zugleich eine der ersten monostabilen Schaltstufe (8) folgende bistabile Schaltstufe (11) auslöst, und der dritte, über ein UND-Gatter (12) von der Sägezahnspannung oder dem Torimpuls des Oszilloskops und dem Ausgangsimpuls der bistabilen Schaltstufe (11) angesteuerte Schaltungsteil (12-17) einen Steuerimpuls liefert, der ein über einen separaten Ausgang (17)
angeschlossenes zweites Druckumschaltgerät von einerdem Atmosphätendruck zugeordnetenschaltstellung in eine einem wählbaren Bezugsdruck zugeordnete Schaltstellung umsteuert und über eine zweite monostabile Schaltstufe (15) einen um die Laufzeit dieser monostabilen Schaltstufe (15) verzögerten dritten Triggerimpuls an das Oszilloskop liefert.