CH655778A5 - SIGNAL PROCESSING CIRCUIT FOR INTRINSICALLY SAFE PROCESSING OF SIGNALS FROM A SENSOR WORKING WITH DC VOLTAGE. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Signal-Aufbereitungsschaltung zur eigensicheren Verarbeitung von Signalen eines mit Gleichspannung arbeitenden Fühlers. The invention relates to a signal processing circuit for intrinsically safe processing of signals from a sensor working with DC voltage.
Solche Fühler werden z.B. in Flammenwächtern von Öl-bzw. Gasbrennern zum Überwachen und Anzeigen des Vorhandenseins einer Flamme verwendet. Diese Flammenwächter müssen zusammen mit ihren Fühlern weitgehend eigensicher sein, das heisst, jeder mögliche Defekt eines Bauteiles muss durch das Signal «Flamme erloschen» angezeigt werden. Such sensors are e.g. in flame monitors of oil or. Gas burners are used to monitor and indicate the presence of a flame. These flame monitors together with their sensors must be largely intrinsically safe, which means that every possible defect in a component must be indicated by the “flame extinguished” signal.
Die Selbstüberwachung kann erfolgen durch Überprüfung des Flammenwächters auf seine Funktionsfähigkeit vor jeder Inbetriebsetzung der Anlage. Ferner sind auch Anlagen mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Flammenwächtern verwendet und auf dauernd gleichsinnige Signalgabe überwacht worden. Self-monitoring can be carried out by checking the functionality of the flame monitor before starting up the system. In addition, systems with two flame monitors that work independently of one another have also been used and have been monitored for constant signaling in the same direction.
Ausserdem sind Flammen wächter bekannt, bei denen mittels Prüftakt in gewissen Zeitabständen das ordnungsgemässe Abschalten des Flammen wächters überprüft wird, wobei ein weiteres Relais die Speisung des Brennstoffventils bzw. ein zusätzlicher Elektromagnet die Unterbrechung der Fühlerbeleuchtung während der Prüfzeit übernimmt. Ein Flammenwächter der letzteren Art mit einer Signal-Aufbereitungsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der DE-OS 3 026 787 bereits vorgeschlagen worden. In addition, flame guards are known, in which the proper switching off of the flame guard is checked at certain intervals by means of a test cycle, with a further relay supplying the fuel valve or an additional electromagnet taking over the interruption of the sensor lighting during the test period. A flame monitor of the latter type with a signal processing circuit according to the preamble of claim 1 has already been proposed in DE-OS 3 026 787.
Alle diese Lösungen sind mit einem relativ hohen Aufwand verbunden, wobei die letztgenannten noch den Nachteil aufweisen, dass die Relais bzw. die Elektromagnete zur Erzielung einer möglichst kurzen Fehlererkennungszeit mit einer hohen Schalthäufigkeit betrieben werden. All of these solutions involve a relatively high outlay, the latter also having the disadvantage that the relays or the electromagnets are operated with a high switching frequency in order to achieve the shortest possible fault detection time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signal-Aufbereitungsschaltung zur eigensicheren Verarbeitung von Signalen eines mit Gleichspannung arbeitenden Fühlers zu finden, welche im Dauerbetrieb die erwähnten Nachteile vermeidet und fähig ist, den im angegebenen Stand der Technik beschriebenen Flammenrelais-Kreis oder eine ähnliche Schaltung zu steuern, ohne dass dabei Gleichspannungs-Driftprobleme auftauchen. The invention has for its object to find a signal conditioning circuit for intrinsically safe processing of signals of a sensor working with DC voltage, which avoids the disadvantages mentioned in continuous operation and is capable of the flame relay circuit described in the prior art or a similar circuit control without any DC drift problems.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Flammenwächters, 1 is a block diagram of a flame monitor,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Signal-Aufbereitungsschaltung, 2 is a circuit diagram of a signal conditioning circuit,
Fig. 3 ein Impulsdiagramm eines Impulsgenerators. Fig. 3 is a pulse diagram of a pulse generator.
Gleiche Bezugszahlen bezeichnen in allen Figuren der Zeichnung gleiche Teile. The same reference numerals designate the same parts in all figures of the drawing.
Beschreibung der Fig. 1 : Description of Fig. 1:
Ein mit Gleichspannung betriebener bzw. Gleichspannung abgebender Fühler, der im folgenden verallgemeinernd Gleichspannungsfühler 1 genannt wird und im vorliegenden Beispiel ein lichtelektrischer Fühler ist, der von der Flamme eines Öl-, bzw. Gasbrenners beleuchtet wird, speist zweipolig eine Signal-Aufbereitungsschaltung 2, welche zweipolig von einem ersten Speisegerät 3, dessen positiver Pol z.B. am Massepotential liegt, mit einer negativen ersten Speisegleichspannung —Ui gespeist wird. Die Signal-Aufbereitungsschaltung s A sensor operated with DC voltage or emitting DC voltage, which is generally called DC voltage sensor 1 below and in the present example is a photoelectric sensor which is illuminated by the flame of an oil or gas burner, feeds a signal conditioning circuit 2 in two poles, which bipolar from a first supply device 3, the positive pole of which, for example is at ground potential, is fed with a negative first DC supply voltage —Ui. The signal processing circuit s
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2 steuert ihrerseits zweipolig über einen Relaisschaltverstärker 4 den Eingang eines Flammenrelais-Kreises 5. Der Relaisschaltverstärker 4 und der Flammenrelais-Kreis 5 werden zweipolig von einem gemeinsamen zweiten Speisegerät 6 mit einer positiven zweiten Speisegleichspannung U2 gespeist. Der negative Pol des Speisegerätes 6 ist dabei mit dem positiven Pol der negativen ersten Speisegleichspannung — Ui verbunden. Eine Netzwechselspannung Un speist zweipolig über einen Einphasen-Transformator 7 beide Speisegeräte 3 und 6. 2 in turn controls the input of a flame relay circuit 5 in a two-pole manner via a relay switching amplifier 4. The relay switching amplifier 4 and the flame relay circuit 5 are supplied with two poles from a common second supply device 6 with a positive second supply voltage U2. The negative pole of the supply device 6 is connected to the positive pole of the negative first supply voltage - Ui. A line AC voltage Un feeds two poles via a single-phase transformer 7, both supply devices 3 and 6.
Der Gleichspannungsfühler 1 ist z.B. eine für sichtbares oder UV-Licht empfindliche Zelle, deren Arbeitsspannung zu gering ist, um einen Schalttransistor direkt anzusteuern. The DC voltage sensor 1 is e.g. a cell that is sensitive to visible or UV light and whose working voltage is too low to directly control a switching transistor.
Mit Ausnahme der Signal-Aufbereitungsschaltung 2 sind die in der Fig. 1 dargestellten Schaltungsteile aus dem angegebenen Stand der Technik bekannt; sie werden daher im folgenden nicht näher erläutert. Zum besseren Verständnis sei jedoch erwähnt, dass der Flammenrelais-Kreis 5 aus zwei (nicht gezeichneten), parallelen und einander entgegengesetzt gepolten Strompfaden besteht, die beide einen gemeinsamen Relaiskondensator aufweisen. Der erste Strompfad, welcher der Stromflussrichtung der positiven zweiten Speisegleich-spanung U2 entspricht, besteht in der angegebenen Reihenfolge aus der Reihenschaltung einer ersten Diode, einer Halte-Wicklung des Flammenrelais, einer zweiten Diode und des gemeinsamen Relaiskondensators. Der zweite Strompfad umfasst wiederum den Relaiskondensator, eine dritte Diode, eine Anzugs-Wicklung des Flammenrelais und eine vierte Diode, die ebenfalls alle in der angegebenen Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Die entsprechende, zugehörige zeichnerische Darstellung findet sich im angegebenen Stand der Technik, DE-OS 3 026 787, Fig. 1, Bauteile 35 bis 41. With the exception of the signal processing circuit 2, the circuit parts shown in FIG. 1 are known from the stated prior art; they are therefore not explained in more detail below. For a better understanding, however, it should be mentioned that the flame relay circuit 5 consists of two (not shown), parallel and oppositely polarized current paths, both of which have a common relay capacitor. The first current path, which corresponds to the direction of current flow of the positive second DC supply voltage U2, consists in the order given of the series connection of a first diode, a holding winding of the flame relay, a second diode and the common relay capacitor. The second current path in turn comprises the relay capacitor, a third diode, a pull-in winding of the flame relay and a fourth diode, all of which are also connected in series in the order given. The corresponding, associated graphic representation can be found in the stated prior art, DE-OS 3 026 787, Fig. 1, components 35 to 41.
Funktionsbeschreibung der Schaltung nach Fig. 1: Functional description of the circuit according to FIG. 1:
Die kleine Spannung des Gleichspannungsfühlers 1 wird in der Signal-Aufbereitungsschaltung 2 in eine Reihe von Schaltimpulsen umgewandelt, die den Eingang des Relaisschaltverstärkers 4 mit Hilfe eines Ausgangsschalters periodisch kurzschliessen. Der Ausgangsschalter des Relaisschaltverstärkers 4, z.B. ein bipolarer Transistor, schaltet im Rhythmus der Impulse den Flammenrelais-Kreis 5 kurz. Dessen beide Strompfade sind so ausgelegt, dass nur der zweite Strompfad das Flammenrelais zum Anziehen bringen kann, während der erste Strompfad lediglich einen Haltestrom für das Flammenrelais liefert. The low voltage of the DC voltage sensor 1 is converted in the signal conditioning circuit 2 into a series of switching pulses which periodically short-circuit the input of the relay switching amplifier 4 with the aid of an output switch. The output switch of the relay switching amplifier 4, e.g. a bipolar transistor, switches the flame relay circuit 5 briefly to the rhythm of the pulses. The two current paths of which are designed such that only the second current path can pull the flame relay in, while the first current path only supplies a holding current for the flame relay.
Solange der Ausgangsschalter der Signal-Aufbereitungsschaltung 2 offen ist, ist auch der Ausgangsschalter des Relaisschaltverstärkers 4 offen, und der gemeinsame Relaiskondensator wird über den ersten Strompfad geladen. Solange ein Ladestrom fliesst, wird das Flammenrelais, falls es zu Beginn des Ladevorganges angezogen war, gehalten. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Ladevorgängen ist so gewählt, dass der Ladestrom des Relaiskondensators bei ordnungsgemässem Zustand der Schaltung jeweils gerade noch ausreicht, um das Halten des Flammenrelais zu bewirken. Im vorliegenden Beispiel darf der zeitliche Abstand höchstens 900 ms betragen. As long as the output switch of the signal conditioning circuit 2 is open, the output switch of the relay switching amplifier 4 is also open and the common relay capacitor is charged via the first current path. The flame relay is held as long as a charging current is flowing, if it was activated at the beginning of the charging process. The time interval between two charging processes is selected such that the charging current of the relay capacitor, when the circuit is in the correct state, is just sufficient to cause the flame relay to hold. In the present example, the time interval may not exceed 900 ms.
Ist der Ausgangsschalter der Signal-Aufbereitungsschal-tung 2 geschlossen, so ist auch derjenige des Relaisschaltverstärkers 4 geschlossen, der Flammenrelais-Kreis 5 kurzgeschlossen, und der gemeinsame Relaiskondensator entlädt sich über den zweiten Strompfad und erregt dadurch das Flammenrelais. Dessen Schaltkontakt zeigt im erregten Zustand das Vorhandensein einer Flamme an. If the output switch of the signal conditioning circuit 2 is closed, that of the relay switching amplifier 4 is also closed, the flame relay circuit 5 is short-circuited, and the common relay capacitor discharges via the second current path and thereby excites the flame relay. Its switch contact indicates the presence of a flame when excited.
Durch die Ausgangsimpulse der Signal-Aufbereitungs-schaltung 2 wird somit der Relaiskondensator periodisch geladen und entladen. Dies findet jedoch nur so lange statt, wie alle Bauteile korrekt funktionieren und der Gleichspannungsfühler 1 eine Flamme wahrnimmt. The relay capacitor is thus periodically charged and discharged by the output pulses of the signal processing circuit 2. However, this only takes place as long as all components function correctly and the DC voltage sensor 1 detects a flame.
Die Dauer des Entladestroms des Relaiskondensators :. sollte einem vorgegebenen Wert, z.B. annähernd 50"ms,.ent- " sprechen. Ist sie wesentlich länger, etwa wegen irgendeines Fehlers, so wird der Kondensator zu stark entladen und ist. s dann nicht mehr fähig, den Haltestrom zu liefern.' Ebenso. .. darf diese Dauer nicht wesentlich kürzer sein, da der R,elais-kondensator sich sonst zu wenig entlädt und der Ladestrom, in der nachfolgenden Ladephase zu schwach ist, um das, Flammenrelais zu halten. The duration of the discharge current of the relay capacitor:. should have a predetermined value, e.g. speak approximately 50 "ms, .ent-". If it is much longer, for example due to some fault, the capacitor will be over-discharged and will. s then no longer able to supply the holding current. ' As well. .. this duration must not be significantly shorter, since otherwise the R relay capacitor will discharge too little and the charging current in the subsequent charging phase will be too weak to hold the flame relay.
10 Beschreibung der Fig. 2: . , . . - 10 Description of Fig. 2:. ,. . -
In der Fig. 2 speist der Gleichspannungsfühler 1 die Signal-Aufbereitungsschaltung 2, indem sein erster Pol über einen, ersten Widerstand Rl mit einem ersten Pol des Eingangs eines Pi-Netzwerkes 8 verbunden ist, dessen Ausgang seiner-, 15 seits den Steuereingang eines ersten Schalters 9 ansteuert. Der Eingangsquerzweig des Pi-Netzwerkes 8 besteht au? einem, ersten Kondensator Cl, sein Längszweig aus einer Induktivität 10 und sein Ausgangsquerzweig aus einem zweiten r. , -Schalter 11, dessen Steuereingang über einen zweiten Widér-20 stand R2 mit dem Ausgang eines Impulsgenerators ,12 ver-bunden ist. Der erste Schalter 9 enthält z.B. einen bipolaren Halbleiterschalter 13, dessen Basis als Steuereingang.arbeitet und über einen dritten Widerstand R3 angesteuert wird, " _ wobei der Basis-Emitter-Strecke eine Spannungsbegren-2s zungsdiode 14 parallelgeschaltet ist. Die Diodenkathode ist mit des Basis der bipolaren Halbleiterschalters 13 verbunden, während dessen Kollektor den einpoligen Ausgang.äer Signal-Aufbereitungsschaltung 2 bildet. Der bipolare Halbleiterschalter 13 istz.B. ein NPN-Transistor. Der zweite 3» Schalter 11 ist z.B. ein N-Kanal-Feldeffekttransistör. Der zweite Pol des Gleichspannungsfühlers 1, der gemeinsame Pol des ersten Kondensators Cl und des zweiten Schalters 11, die Anode der Spannungsbegrenzungsdiode 14 und der Emitter des bipolaren Halbleiterschalters 13 sind mitein-35 ander verbunden und liegen am positiven Pol der negativen ersten Speisegleichspannung -Ui, der z.B. mit dem Massepotential verbunden ist. 2, the DC voltage sensor 1 feeds the signal conditioning circuit 2 by connecting its first pole via a first resistor R1 to a first pole of the input of a Pi network 8, the output of which, in turn, 15 is the control input of a first Switch 9 controls. The input cross branch of the Pi network 8 consists of? a, first capacitor C1, its longitudinal branch from an inductor 10 and its output transverse branch from a second r. Switch 11, the control input of which was connected via a second Widér-20 R2 to the output of a pulse generator 12. The first switch 9 contains e.g. a bipolar semiconductor switch 13, the base of which works as a control input and is controlled via a third resistor R3, "_ wherein the base-emitter path is connected to a voltage limiting diode 14 in parallel. The diode cathode is connected to the base of the bipolar semiconductor switch 13, while the collector forms the single-pole output signal processing circuit 2. The bipolar semiconductor switch 13 is, for example, an NPN transistor, and the second 3 switch 11 is, for example, an N-channel field-effect transistor, the second pole of the DC voltage sensor 1, the common pole of the first capacitor C1 and the second switch 11, the anode of the voltage limiting diode 14 and the emitter of the bipolar semiconductor switch 13 are connected to one another and are connected to the positive pole of the negative first DC supply voltage -Ui, which is connected, for example, to the ground potential.
Der Impulsgenerator 12 besteht aus einem ersten astabilen Multivibrator 15, dessen Ausgang den Steuereingang, eines 40 nachgeschalteten ersten monostabilen Multivibrators 16 speist, dessen Ausgang seinerseits den Freigabeeingang eines nachgeschalteten, gegenüber dem Multivibrator 15 höherfre-quenten zweiten astabilen Multivibrators 17 steuert. Der Ausgang des letzteren ist auf den Steuereingang eines nachge-45 schalteten zweiten monostabilen Multivibrators 18 The pulse generator 12 consists of a first astable multivibrator 15, the output of which feeds the control input, of a first monostable multivibrator 16 connected downstream, the output of which in turn controls the enable input of a downstream second astable multivibrator 17 which is higher in frequency than the multivibrator 15. The output of the latter is connected to the control input of a second monostable multivibrator 18 connected downstream
geschaltet, dessen Ausgang den Ausgang des Impulsgenerators 12 bildet. switched, the output of which forms the output of the pulse generator 12.
Der astabile Multivibrator 15 bzw. 17 besteht aus einem ersten, zwei Eingänge aufweisenden Schmitt-Triggp-Nand-50 Gatter 19 bzw. einem zweiten zwei Eingänge aufweisenden Schmitt-Trigger-Nand-Gatter 20, welches mit einer ersten RC-Reihenschaltung R4-C2 bzw. einer zweiten RC-Reihenschaltung R5-C3 belastet ist, wobei der jeweilige gemeinsame erste Pol des die RC-Reihenschaltung bildenden Wider- ; 55 standes und Kondensators mit einem ersten Eingang des zugehörigen Schmitt-Trigger-Nand-Gatters 19 bzw, 20, verbunden ist. Die RC-Reihenschaltung R4-C2 besteht aus einem vierten Widerstand R4 und einem zweiten, Kondensator C2 und die RC-Reihenschaltung R5-C3 aus einem v so fünften Widerstand R5 und einem dritten Kondensator C3. Der Ausgang der Nand-Gatters 19 ist mit dem zweiten Pol, des Widerstandes R4 verbunden und bildet gleichzeitig den Ausgang des Multivibrators 15. Der Ausgang des Nand-Gatters 20 ist mit dem zweiten Pol des Widerstandes R5 ver- ,: :, es bunden und bildet gleichzeitig den Ausgang des Multivibrä-. tors 17. Der jeweils zweite Pol der Kondensatoren ÇZ und Ç3 liegt am negativen Pol der Speisegleichspannung —Ui. Die ' zweiten Eingänge der beiden Nand-Gatter 19 und 20 sind die The astable multivibrator 15 or 17 consists of a first, two-input Schmitt-Trigger-Nand-50 gate 19 or a second two-input Schmitt-Trigger-Nand gate 20, which is connected to a first RC series circuit R4-C2 or a second RC series circuit R5-C3, the respective common first pole of the resistor forming the RC series circuit; 55 stand and capacitor with a first input of the associated Schmitt trigger nand gate 19 or, 20, is connected. The RC series circuit R4-C2 consists of a fourth resistor R4 and a second capacitor C2 and the RC series circuit R5-C3 consists of a fifth resistor R5 and a third capacitor C3. The output of the nand gate 19 is connected to the second pole of the resistor R4 and at the same time forms the output of the multivibrator 15. The output of the nand gate 20 is connected to the second pole of the resistor R5,::, it and simultaneously forms the output of the Multivibrä. tors 17. The second pole of the capacitors ÇZ and Ç3 lies at the negative pole of the DC supply voltage —Ui. The 'second inputs of the two Nand gates 19 and 20 are the
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jeweiligen Freigabeeingänge, wobei derjenige des Nand-Gat-ters 19 dauernd an Massepotential und damit am logischen Wert « 1 » liegt und somit dauernd freigegeben ist. respective enable inputs, the one of the nand gate 19 being permanently connected to ground potential and thus to the logic value “1” and thus being permanently enabled.
Die monostabilen Multivibratoren 16 und 18 bestehen jeweils aus einem dritten Schmitt-Trigger-Nand-Gatter 21 bzw. aus einem vierten Schmitt-Trigger-Nand Gatter 22 und einem ersten CR-Netzwerk C4-R6 bzw. einem zweiten CR-Netzwerk C5-R7, wobei der jeweilige gemeinsame erste Pol des das betreffende CR-Netzwerk bildenden Widerstandes und Kondensators auf den ersten Eingang des zugehörigen Nand-Gatters 21 bzw. 22 geschaltet ist. Das CR-Netzwerk C4-R6 besteht aus einem vierten Kondensator C4 und einem sechsten Widerstand R6 und das zweite CR-Netzwerk C5-R7 aus einem fünften Kondensator C5 und einem siebten Widerstand R7. Der Steuereingang des monostabilen Multivibrators 16 ist mit dem zweiten Pol des Kondensators C4, der Steuereingang des monostabilen Multivibrators 18 mit dem zweiten Pol des Kondensators C5 und der jeweilige zweite Pol bzw. Eingang der Widerstände R6 und R7, der Nand-Gatter 21 und 22 mit dem positiven Pol der Speisegleichspannung —Ui, der z.B. an Massepotential liegt, verbunden. The monostable multivibrators 16 and 18 each consist of a third Schmitt trigger nand gate 21 or a fourth Schmitt trigger nand gate 22 and a first CR network C4-R6 or a second CR network C5-R7 , wherein the respective common first pole of the resistor and capacitor forming the relevant CR network is connected to the first input of the associated nand gate 21 or 22. The CR network C4-R6 consists of a fourth capacitor C4 and a sixth resistor R6 and the second CR network C5-R7 consists of a fifth capacitor C5 and a seventh resistor R7. The control input of the monostable multivibrator 16 is connected to the second pole of the capacitor C4, the control input of the monostable multivibrator 18 to the second pole of the capacitor C5 and the respective second pole or input of the resistors R6 and R7, the Nand gates 21 and 22 the positive pole of the DC supply voltage —Ui, which, for example is connected to ground potential.
Für die vier Schmitt-Trigger-Nand-Gatter 19,20,21 und 22 kann z.B. ein CMOS «Quad 2-Input Nand Schmitt-Trigger» vom Typ MC 14093B der Firma Motorola, Phoenix, Arizona, verwendet werden. For the four Schmitt trigger nand gates 19, 20, 21 and 22, e.g. a CMOS “Quad 2-Input Nand Schmitt Trigger” of the type MC 14093B from Motorola, Phoenix, Arizona, can be used.
Funktionsbeschreibung der Schaltung nach Fig. 2 anhand des Diagramms nach Fig. 3: Functional description of the circuit according to FIG. 2 using the diagram according to FIG. 3:
Der astabile Multivibrator 15 erzeugt an seinem Ausgang dauernd niederfrequente Rechteckimpulse mit einer Periodendauer von z.B. T = 500 ms, welche in Funktion der Zeit t als Kennlinie A in der Fig. 3 dargestellt sind. Der nachfolgende monostabile Multivibrator 16 wird durch die negativ gehende Flanke der Ausgangsimpulse des astabilen Multivibrators 15 getriggert und liefert seinerseits an seinem Ausgang für jede negativ gehende Flanke, also mit einer Wiederholungszeit von ebenfalls T = 500 ms, einen positiven Impuls mit einer Dauer von z.B. tP = 50 ms. Dieses Ausgangssignal ist in der Fig. 3 als Kennlinie B in Funktion der Zeit t dargestellt. The astable multivibrator 15 continuously generates low-frequency square-wave pulses with a period of e.g. T = 500 ms, which are shown as a characteristic A in FIG. 3 as a function of time t. The subsequent monostable multivibrator 16 is triggered by the negative going edge of the output pulses of the astable multivibrator 15 and in turn provides at its output a positive pulse with a duration of e.g. for each negative going edge, i.e. with a repetition time of also T = 500 ms. tP = 50 ms. This output signal is shown in FIG. 3 as characteristic curve B as a function of time t.
Der zweite astabile Multivibrator 17 schwingt mit einer Frequenz, die etwa um den Faktor 1000 grösser ist als die Frequenz des Ausgangssignals des astabilen Multivibrators 15, allerdings nur während der durch den monostabilen Multivibrator 16 vorgegebenen Freigabezeit tP —50 ms; dieses Signal erscheint in der Fig. 3 als Kennlinie C. The second astable multivibrator 17 oscillates at a frequency which is about a factor 1000 greater than the frequency of the output signal of the astable multivibrator 15, but only during the release time tP -50 ms given by the monostable multivibrator 16; this signal appears in FIG. 3 as characteristic curve C.
Der zweite monostabile Multivibrator 18 wird durch die negativ gehenden Flanken der Ausgangsimpulse des astabilen Multivibrators 17 getriggert und liefert während der Freigabezeit tP=50 ms im Takt seiner Eingangsfrequenz kurze positive Impulse mit einem Tastverhältnis von z.B. 1/2 bis 1/3 der Periode des astabilen Multivibrators 17, je nach Bemessung des Kondensators C5 und des Widerstandes R7. Diese Ausgangsimpulse entsprechen der Kennlinie D der Fig. 3. Alle in der Fig. 3 dargestellten Impulse besitzen die Pegelwerte OV und — Ui. Allenfalls kann ein Teil des Widerstands R7 zur Erhöhung der Empfindlichkeit am Eingang des Schaltverstärkers 4 mittels eines nicht gezeichneten Schalters kurzgeschlossen werden, da dadurch die Ausgangsimpulse schmäler und somit die Energieentnahme aus dem Kondensator Cl geringer wird. The second monostable multivibrator 18 is triggered by the negative going edges of the output pulses of the astable multivibrator 17 and delivers short positive pulses with a pulse duty factor of e.g. 1/2 to 1/3 of the period of the astable multivibrator 17, depending on the dimensioning of the capacitor C5 and the resistor R7. These output pulses correspond to the characteristic curve D in FIG. 3. All the pulses shown in FIG. 3 have the level values OV and - Ui. At most, part of the resistor R7 can be short-circuited to increase the sensitivity at the input of the switching amplifier 4 by means of a switch (not shown), since this reduces the output pulses and thus the energy consumption from the capacitor C1 is reduced.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten bzw. vorgeschlagenen Lösungen wird in der vorliegenden Lösung die geringe Fühlergleichspannung nicht direkt als Gleichspannungssignal verstärkt, sondern mit Hilfe des zweiten steuerbaren Schalters 11 zerhackt und mittels der Induktivität 10 hochtransformiert. Damit ist das bei den sonst benötigten Gleichspannungsverstärkern auftretende Driftproblem eliminiert. In contrast to the previously known or proposed solutions, the low DC sensor voltage is not amplified directly as a DC voltage signal in the present solution, but chopped with the aid of the second controllable switch 11 and transformed up by means of the inductor 10. This eliminates the drift problem that occurs with the otherwise required DC voltage amplifiers.
Die von dem Gleichspannungsfühler 1 erzeugte Spannung lädt den Kondensator Cl. Die so gespeicherte Energie wird dann innerhalb sehr kurzer Zeit diesem Kondensator Cl entnommen und auf höherem Spannungsniveau dem Halbleiterschalter 13 zugeführt. Dies geschieht periodisch etwa 2mal pro Sekunde. Der Ausgang des Halbleiterschalters 13 steuert den nachfolgenden Relaisschaltverstärker 4. The voltage generated by the DC voltage sensor 1 charges the capacitor C1. The energy stored in this way is then removed from this capacitor C1 within a very short time and fed to the semiconductor switch 13 at a higher voltage level. This happens periodically about 2 times per second. The output of the semiconductor switch 13 controls the subsequent relay switching amplifier 4.
Um die im Kondensator Cl gespeicherte Energie möglichst verlustarm auf den Steuereingang des Halbleiterschalters 13 zu übertragen, wird die Spannung des Kondensators Cl im oben genannten Halbsekundentakt jeweils während ca. 50 ms mit hoher Frequenz an die Induktivität 10 zu- und abgeschaltet. Die Wahl einer hohen Frequenz hat den Vorteil, dass die Induktivität 10 sehr klein gewählt werden kann. Ausserdem sind die den zweiten Schalter 11 steuernden Impulse unsymmetrisch gewählt, und zwar so, dass die Einschaltdauer kürzer ist als die Ausschaltdauer, was den Wirkungsgrad der Energieübertragung günstig beeinflusst. In order to transmit the energy stored in the capacitor C1 with as little loss as possible to the control input of the semiconductor switch 13, the voltage of the capacitor C1 is switched on and off to the inductor 10 at high frequency in the above-mentioned half-second cycle in each case for approximately 50 ms. The choice of a high frequency has the advantage that the inductance 10 can be chosen to be very small. In addition, the pulses controlling the second switch 11 are selected asymmetrically, in such a way that the on-time is shorter than the off-time, which has a favorable effect on the efficiency of the energy transmission.
In der Fig. 3 sind die Steuerimpulse rein schemtatisch als Kennlinie D dargestellt. 3, the control pulses are shown purely schematically as characteristic curve D.
In der Zeit tp-^50 ms, während der die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 12 den zweiten Schalter 11 leitend machen, wird der Kondensator Cl weitgehend entladen. Die während dieser Zeit am Ausgang des Halbleiterschalters 13 auftretenen O-Impulse werden im nachfolgenden Relaisschaltverstärker 4 geglättet, so dass letztendlich ein 50 ms dauernder Impuls für den Flammenrelais-Kreis 5 zur Verfügung steht. Um diesen Impuls periodisch im Halbsekundentakt zu erhalten, muss also der Kondensator Cl immer wieder ausreichend aufgeladen werden, was nur geschehen kann, wenn der zweite Schalter 11 offen ist und der Gleichspannungsfühler 1 genügend Spannung erzeugt. Prinzipiell wäre es auch möglich, aus der Kondensatorladung einen Einzelimpuls zu erzeugen und mit diesem eine monostabile Kippstufe zu triggern, die den 50-ms-Impuls dann liefert. Jedoch bietet die Steuerung mit einer Reihe von Schaltimpulsen eine höhere Sicherheit gegen einzelne Störimpulse, und die Verwendung eines einfachen integrierten Bausteins ist für die gewählte Art der Impulsaufbereitung geradezu augenfällig. Weitere Schaltungsvarianten sind denkbar und beeinträchtigen keineswegs das wesentliche Prinzip der Erfindung. In the time tp ^ 50 ms during which the output pulses of the pulse generator 12 make the second switch 11 conductive, the capacitor C1 is largely discharged. The O pulses occurring at the output of the semiconductor switch 13 during this time are smoothed in the subsequent relay switching amplifier 4, so that ultimately a 50 ms pulse is available for the flame relay circuit 5. In order to receive this pulse periodically every half second, the capacitor C1 must always be sufficiently recharged, which can only happen when the second switch 11 is open and the DC voltage sensor 1 generates sufficient voltage. In principle, it would also be possible to generate a single pulse from the capacitor charge and use it to trigger a monostable multivibrator that then delivers the 50 ms pulse. However, the control with a series of switching pulses offers a higher level of security against individual interference pulses, and the use of a simple integrated module is almost obvious for the type of pulse processing selected. Further circuit variants are conceivable and in no way impair the essential principle of the invention.
Das Signal am ersten Eingang des Schmitt-Trigger-Nand-Gatters 19 bzw. 20 des astabilen Multivibrators 15 bzw. 17 wird, wenn dessen zweiter Eingang freigegeben ist, im Nand-Gatter invertiert, in der nachgeschalteten RC-Reihenschaltung R4-C2 bzw. R5-C3 zeitverzögert und anschliessend wieder auf den ersten Eingang des Nand-Gatters 19 bzw. 20 zurückgegeben, so dass dessen Eingangssignal und mit ihm das Ausgangssignal des astabilen Multivibrators 15 bzw. 17 fortlaufend zeitverzögert seinen Digital wert ändert und die betreffende Schaltung somit als Generator rechteckförmiger Signale arbeitet. The signal at the first input of the Schmitt trigger nand gate 19 or 20 of the astable multivibrator 15 or 17 is inverted in the nand gate when its second input is enabled, in the downstream RC series circuit R4-C2 or R5-C3 with a time delay and then returned to the first input of the nand gate 19 or 20, so that its input signal and with it the output signal of the astable multivibrator 15 or 17 continuously change its digital value with a time delay and thus the circuit in question as a generator rectangular signals works.
Beim Erscheinen einer negativ gehenden Flanke am Steuereingang des monostabilen Multivibrators 16 bzw. 18 durchfliesst ein impulsförmiger Ladestrom den Kondensator C4bzw. den Kondensator C5 und erzeugt im nachgeschalteten Widerstand R6 bzw. R7 einen negativen Spannungsimpuls, dessen Dauer duch die Werte des betreffenden Kondensators und Widerstandes bestimmt ist und der im nachfolgenden Nand-Gatter 21 bzw. 22 in einen positiven Spannungsimpuls invertiert wird. Bei positiv gehenden Flanken des Steuereingangssignals geschieht nichts, da beide Pole des betreffenden Kondensators C4 bzw. C5 dann an Masse liegen. When a negative going edge appears at the control input of the monostable multivibrator 16 or 18, a pulse-shaped charging current flows through the capacitor C4 or. the capacitor C5 and generates a negative voltage pulse in the downstream resistor R6 or R7, the duration of which is determined by the values of the relevant capacitor and resistor and which is inverted in the subsequent Nand gate 21 or 22 into a positive voltage pulse. Nothing happens on positive going edges of the control input signal, since both poles of the relevant capacitor C4 or C5 are then grounded.
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
B B
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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Family Applications (1)
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