DE1013547B

DE1013547B - Alarmsystem mit einer Wheatstoneschen Brueckenschaltung

Info

Publication number: DE1013547B
Application number: DES42209A
Authority: DE
Inventors: Clifford John Klein; Raymond Ewing Scott
Original assignee: Specialties Development Corp
Current assignee: Specialties Development Corp
Priority date: 1954-01-11
Filing date: 1955-01-05
Publication date: 1957-08-08
Also published as: US2850684A; GB779282A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Alarmsystem mit einer Wheatstcneschen Brückenschaltung, bei der die Verstimmung der Brücke durch Beeinflussung in ihrem Widerstandswert zustandsabhängiger Brückenzweige zur Alarmgabe ausgenutzt wird. Für diese Zwecke ist bereits eine Wheatstonesohe Brückenschaltung bekanntgeworden, die jederzeit abgestimmt und im Gleichgewicht ist, also keinen Stromfluß außer in dem Augenblick zuläßt, in. dein die Vorrichtung infolge einer eingetretenen, Störung anspricht. Der bekannten Anlage, haftet jedoch, der Nachteil an, daß sie für langsam einsetzende Zustandsänderungen, wie z. B. der Erwärmung infolge Sonneneinstrahlung, nicht unempfindlich genug war, wenn sie auf eine Anzeige auftretender Temperaturänderungen infolge eines ausbrechenden Brandes· eingestellt war.

Diesen Nachteil beseitigt die vorliegende Erfindung dadurch, daß die Brücke in Bereitschaft wie auch, im Alarmfall nicht abgeglichen ist und sich im Alarmfall die Richtung des Stromes im Brückennullzweig gegen die in Bereitschaft umkehrt und ein stromrichtungsempfindliches Schaltelement dadurch die Alarmgabe auslöst. Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist die Verwendung eines Polaritätsmessers im Stromkreis des Alarm-systems, der eine Pclaritätsumkehr, die im Stromkreis zwischen normalen und abnormalen Bedingungen besteht, anstatt der Größe des Fehlers oder des Wertes der Verstimmung der Brücke feststellt. Dieses Merkmal vereinfacht den gesamten Stromkreis wesentlich und ermöglicht es, ihn. mit einer Stromquelle zuverlässig arbeiten zu lassen, deren Spannungen in so weiten Bereichen wie plus oder minus 50% schwanken, ohne daß die Genauigkeit, mit der der Abfühlwiderstand den jeweiligen. Zustand feststellt, für den er eingestellt ist, wesentlich beeinträchtigt wird. Zwei Widerstände der Brücke haben gleiche und zwei Widerstände ungleiche Wi der stands werte, wobei einer der ungleichen Widerstände auf besondere Zustände, wie Hitze, Licht, Feuchtigkeit, Belastung, ansprechen kann. Bei Änderung des Wertes dieses letztgenannten Widerstandes ist die Brücke in umgekehrter Richtung verstimmt.

Erfindungsgemäß wird der in Reihe mit dem ersten Widerstand liegende veränderliche Widerstand als Spannungsteiler ausgebildet, und ebenso hat das polaritätsempfindliche Schaltelement eine Spule, die einen nahezu masselosen Kontakt je nach Stromrichtung an, einen von zwei Kontakten legt, so daß in Abhängigkeit von der Stromrichtung ein Strom- 5" kreis für die Alarmgabe geschlossen oder geöffnet wird. Ein fünfter Widerstand, der zwischen einem der Kontakte und einer Seite der Stromquelle angeordnet ist, dient als Begrenzungswiderstand. Ein Alarmsystem mit einer
Wheatstonesctien Brückenschaltung

Anmelder:

Specialties Development Corporation,
Belleville, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. K. Holzhäuser, Patentanwalt,
Offenbach/M., Herrnstr. 37

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1954

Clifford John Klein, Rivedale, N. J.,
und Raymond Ewing Scott, Lincoln Park, N. J.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

sechster, als Begrenzungswiderstand dienender Widerstand ist in Reihe mit einem Relaiskontaktsatz und der Spule über die Stromquelle verbunden. Ein Kondensator liegt zwischen dem Abgriff des zweiten Widerstandes und dem masselosen Kontakt, und zwei Gleichrichter sind in entgegengesetzten Richtungen parallel mit der Spule des polaritätsempfindlichen Schaltelements angeordnet. Dabei hat dann, die Stromquelle eine positive und eine negative Seite, und der erste und zweite Widerstand von positiv zu negativ sind in der genannten Ordnung verbunden, der fünfte Widerstand zwischen einem der Kontakte und der positiven Seite und der andere Kontakt mit der negativen Seite, und die Relaisspule liegt zwischen, dem Relaiskontakt und der negativen Seite, und das Relais hat einen Kontaktsatz, während der sechste Widerstand in Reihe mit dem Relaiskontakt und über die Stromquelle mit der Relaisspule verbunden ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben, und zwar sind

Fig. 1 und 2 Schaltbilder der in einem Stromkreis gemäß der Erfindung angeordneten Bestandteile unter normalen Bedingungen und im Bereitschaftszustand,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Stromkreises, das einige Abänderungen zeigt.

In Fig. 1 ist ein Stromkreis· veranschaulicht, der im wesentlichen eine Stromquelle für gerichteten elektrischen Strom enthält, die von den Leitern 10

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und 11 dargestellt wird, ein Paar unveränderlicher Widerstände 12 und 13 '-(erster und dritter Widerstand), einen veränderlichen Widerstand 15 (zweiter Widerstand), einen zustandsabhängigen Widerstand 16 (vierter Widerstand):, ein polaritätsempfindliches Schaltelement 17 mit einer Spule 19, ein Paar Kontakte 20. und 21 und einen Schalterteil 22 sowie ein Relais 24 mit einer Spule 25 und einen Schalterteil 26 zum Verbinden der Kontakte 27 und 28. Die Stromquelle kann eine Batterie oder ein Generator sein, der gleichgerichteten Wechselstrom oder pulsierenden Gleichstrom liefert. Der "Leiter 10 ist mit der positiven Seite der Stromquelle und der Leiter 11 mit der negativen Seite verbunden.

Die Widerstände 12 und 13 wirken als Ausgleichswiderstände und können- gleiche Widerstands werte haben. Diese Widerstände behalten ihren Widerstandswert bei Änderungen der Umgebungstemperatur innerhalb von — 18 bis .. + 70° C bei.

Der veränderliche Widerstand 15 ist als Spannungsteiler gezeigt, der!-in einem weiten Bereich genau einstellbar ist. Der' Widerstand 15 ist ebenfalls gegen Temperaturschwankungen unempfindlich. Der zustandsabhängige AVi der stand 16 kann jedes beliebige Element sein, das sich in seinem Widerstandswert, entsprechend, den ..verschiedenen festzustellenden Zuständen ändert. Sq kann es z.B. auf Hitze, Licht, Feuchtigkeit oder mechanische Kraft ansprechend gewählt werden. In der- beschriebenen Ausfübrungsform wird-das -Element dazu verwendet. Hitze oder Flammen in einem Flugzeug, einem Wasser- oder sonstigen Fahrzeug festzustellen, und besteht aus zwei Leitern für Strom, die durch einen Wärmewiderstand zeigenden Stoff getrennt sind, der einen sehr großen Widerstand bei normaler Temperatur hat, so· daß er üblicherweise für elektrischen Strom nicht leitend ist, bei normalen, von Hitze, Flammen oder Feuer erzeugten, .Temperaturen aber leitend wird. Solche Stoffe sind an sich bekannt und bedürfen im einzelnen keiner Erläuterung. - Das erfolgreiche Arbeiten des Stromkreises gemäß der Erfindung hängt im; wesentlichen von der Verwendung des hochempfindlichen, auf die Stromrichtung ansprechenden Schaltelementes in Form des Polaritätsmessers 17 ab, der so beschaffen ist, daß er die Veränderung der Stromrichtung des Brückenfehlers feststellt, wenn der Widerstand des Abfühlwiderstandes 16 einen vorher festgelegten Wert erreicht. Der Kontakt 22 dieses Polaritätsmessers ist für freie Bewegung ohne .Rückstellkraft drehbar angeordnet und hat keine'-merkliche Masse. Es wird von der Spule 19 gesteuert, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, wodurch bei einem Stromfluß durch die Spule in einer Richtung das Schalterelement mit dem Kontakt 20 in Berührung kommt, während es sich bei Stromdurchnuß durch die Spule in entgegengesetzter Richtung an den Kontakt 21 legt. Der Stromrichtungsanzeiger hat keine Rückstellkraft und dementsprechend keine Ruhestellung zwischen den Kontakten 20 und 21. Das Relais 24 kann beliebiger Art seih? wobei der Kontakt 26 unter dem Einfluß der Spule 25 mit den Kontakten 27 und 28 in Berührung gebradht wird, um einen Stromkreis -zu schließen, oder von 'ihnen entfernt wird, um den Stromkreis zu öffnen. .':

Die vorgenannten Bestandteile sind in dem Stromkreis in der nachstehend beschriebenen Weise angeordnet. Die Widerstände 12 und 15 (erster und ■zweiter Widerstand) sind in Reihe mit den Leitern 10 und 11 {Stromquelle) verbunden, und die Widerstände 13 und 16 (dritter und vierter Widerstand) stehen ebenfalls in Verbindung mit den Leitern 10 und 11. Eine Klemme der Spule 19 des Stromrichtungsanzeigers 17 ist mit dem Abgriff des Wider-Standes 15 und das andere Ende der Spule 19 mit der Verbindung der Widerstände 13 und 16 verbunden. Der Kontakt 20 des Richtungsanzeigers ist mit dem Leiter 10 (einer Seite der Stromquelle) durch den Leiter 30 und der Kontakt 21 mit dem Leiter 11 ίο (anderer Seite der Stromquelle) durch einen Leiter 31 verbunden. Ein Ende der Relaisspule 25 ist mit dem Kontakt 22 und das andere Ende der Spule mit dem Leiter 11 verbunden. Der Relaiskontakt 26 und die Kontakte 27 und 28 steuern einen Hilfsstromkreis, der als ein Alarmstromkreis einschließlich einer Anzeigevorrichtung, wie etwa der Lampe 32, und einer Stromquelle, wie der Batterie 33, dargestellt ist. Gegebenenfalls könnte die Batterie auch weggelassen werden, wenn der Schalter 26, 27, 28 über die Leiter 10 und 11 mit der Lampe 32 in Reihe gelegt wird'. Aus vorstehendem ergibt sich, daß das Relais 24 eine Anzahl Kontakte 26 betätigen könnte, die Stromkreise zum Erzielen bestimmter anderer, gewünschter Vorgänge¹ schließen. Ebenso ist offensichtHoh, daß diese Kontakte so angeordnet sein können,- daß sie ■ normalerweise einen Stromkreis öffnen oder schließen oder daß bestimmte Kontakte einen Stromkreis öffnen, während andere einen Stromkreis schließen. Ebenso könnten die Relaiskontakte als doppelpolige Hebelschalter wirken, um getrennte Stromkreise · in beiden Stellungen des Relais zu schließen.

Bei der Arbeit des vorstehend beschriebenen Stromkreises wird unter der Annahaie, daß er als Hitzeoder Flammenwarnanlage dient, der Widerstandswert des Widerstandes 15 so eingestellt, daß der Stromkreis bei einer Temperatur abgeglichen wird, bevor der Widerstand 16 dem Temperaturzustand unterworfen wird, die wenig unterhalb der liegt, auf die er ansprechen soll. Bei gewöhnlichen: Temperatüren ist dann der Stromkreis nicht abgeglichen, und es fließt Strom durch die Spule 19 und die anderen Bestandteile, wie von den Pfeilen angedeutet, wodurch der Kontakt 22 in Anlage am Kontakt 21 gehalten wird, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Relais 24 ist strotnlos, während sich der Stromkreis in diesem Zustand befindet, und seine ungewollte Betätigung infolge Erschütterungen oder Bewegungen des Flugzeuges, die den Kontakt 22 veranlassen könnten, sich zu bewegen und den Kontakt 20 zu berühren, wird verhindert, denn der Polaritätsmesser steht unter Strom, um den Kontakt in der gezeigten Stellung zu halten. Wird der Abfühlwiderstand 16 einer Hitzeeinwirkung oder Flammen ausgesetzt, sinkt sein Widerstandswert, so daß er besser leitend wird wie der Widerstand 15, und die Brücke ist in umgekehrter Richtung verstimmt. Es fließt ein Strom durch die Spule 19 und die anderen Teile, der durch die Pfeile angedeutet ist, wodurch der Kontakt 22 in Anlage mit dem Kontakt 20 gebracht und gehalten wird, wie Fig. 2 zeigt. Das Relais 24 ist dann mit den Leitern 10 und 11 verbunden und wird erregt, so daß sein Kontakt 26 mit den Kontakten 27 und 28 in Berührung kommt und den Alarmstromkreis schließt. Während der Stromkreis sich in diesem Zustand befindet, wird ein unbeabsichtigtes Stromloswerden des Relais infolge Erschütterungen und ähnlicher Bewegungen, die eine Unterbrechung herbeiführen könnten, verbindert, weil der Stromrichtungsanzeiger unter Strom steht, um den Kontakt in seiner Stellung zu halten. Dadurch- wird ein Flackern der Lampe 32

verhütet, weil ein Ein- und Ausschalten des Relais 24 unterbunden ist.

Nachdem das Feuer oder die andere Ursache, die den Abfühlwiderstand 16 erhitzt hat, nicht mehr vorhanden ist und der Widerstandswert im Widerstand 16 größer wird, während der Widerstand sich abkühlt, wird die Brücke wieder in ihrer ursprünglichen Richtung verstimmt, so daß sich der Kontakt 22 an den Kontakt 21 legt. Dadurch wird¹ die Relaisspule kurzgeschlossen, so daß sie stromlos und der Alarmstromkreis geöffnet wird.

Das besondere Merkmal der Arbeitsweise des Stromkreises nach· Fig. 1 und 2 liegt darin, daß die Stromrichtungsumkehr anstatt der Größe des Fehlers oder des Wertes der Verstimmung der Brücke festgestellt wird, die in dem Stromkreis zwischen normalen und abnormalen Bedingungen herrscht. Dadurch wird der gesamte Stromkreis erheblich vereinfacht und ermöglicht, daß er zuverlässig arbeitet, und zwar mit einer Stromquelle, deren Spannung in so¹ weiten Bereichen, wie plus oder minus 50%, schwankt, ohne daß die Genauigkeit wesentlich: beeinträchtigt wird, mit der der Abfühlwiderstand 16 den Zustand prüft, für den er eingestellt ist.

Fig. 3 zeigt einen nach dem gleichen Grundsatz, wie in Fig. 1 und 2 erläutert, arbeitenden Stromkreis. Dabei sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Stromkreis enthält jedoch Verfeinerungen', die dazu dienen, seine Verwendbarkeit zu erhöhen. In diesem Stromkreis hat das Relais 24 einen zusätzlichen Kontaktteil 26 a sowie Kontakte 27a und 28a, die das Relais unmittelbar mit den Leitern 10 und 11 verbinden und es in selbsterregtem Zustand halten, ohne daß es- notwendig ist, auf den Stromdurchfluß durch den Kontakt 22 zurückzugreif en, durch den der Stromrichtungsanzeiger 17 erregt gehalten wird, um den Kontakt 22 gegen den Kontakt 20 zu legen. Wenn der Leiter 31, wie vorstehend beschrieben, die Relaisspule kurzschließt, unterbricht das Relais seinen Haltestromkreis.

Um den Kontakt 22 und die Kentakte 20 und 21 gegen übermäßigen Strom zu schützen, ist im Leiter 30 ein Begrenzungswiderstand 35 (fünfter Widerstand) vorgesehen, und ein Begrenzungswiderstand 36 (sechster Widerstand) ist in Reihe mit dem Kontaktsatz 26 a, 27a, 28 a geschaltet, ebenso- die Relaisspule 25 mit den Leitern 10 und 11. Diese Widerstände begrenzen, auch den Stromfluß durch die Relaisspule. Eine Anzeigevorrichtung, wie die Lampe 37, kann in Serie mit der Relaisspule 25 und dem Widerstand 36 geschaltet sein.

Um die Arbeit des Stromrichtungsanzeigers 17 sicherzustellen, ist ein Rückkopplungskondensator 38 oder eine ähnliche Vorrichtung zwischen dem Ende der Spule 19, die an dem Abgriff der Widerstände 12 und 15 liegt, und dem Kontakt 22 angeordnet.

Die Spule 19 ist gegen hohe Spannungsstöße durch ein Paar Gleichrichter 39 und 40 geschützt, die entgegengesetzt angeordnet und parallel mit der Spule verbunden sind. Diese erhöhen ihren- Durchlaß widerstand mit steigender Spannung, so daß hochgespannter Strom durch diese Widerstände fließt, um die Spule 19 kurzzuschließen und die Wirkung von Spannraigsstößen auf sie auszuschalten.

Der Stromkreis nach der Erfindung kann so angeordnet werden, daß das Relais 24 normalerweise erregt ist, um den Stromkreis mit dem Heizelement 41 (Fig. 3) zu schließen, der abgeschaltet wird, wenn eine vorher festgelegte Temperatur erreicht ist. Dabei dient der Stromkreis mehr als eine industrielle Heizelementsteuerung denn als Gerät zum Feststellen von Feuer oder Brand. Er ist in diesem Sinne zu verändern, indem entweder die Polarität der Stromquelle, wie gezeigt, oder die Verbindungen zu den Klemmen der Relaisspule umgekehrt werden.

Wohlverstanden kann der Abfühlwiderstand 16 besser einen positiven als einen negativen Widerstandskoeffizieinten haben, d. h., der Widerstand leitet besser, wenn die Temperatur sinkt. Bei einer solchen Anordnung dient der Stromkreis dazu, abnormal niedrige Temperaturen festzustellen, und kann, dazu verwendet werden, eine Heizanlage einzuschalten oder eine Kühlanlage abzuschalten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung einen einfachen, praktischen, sehr zuverlässig arbeitenden und wirtschaftlichen, auf bestimmte Zustände ansprechenden Stromkreis schafft, der vollautomatisch arbeitet und sich selbst wieder zurückschaltet.

Claims

Patentansprüche:

1. Alarmsystem mit einer Wheatstoneschen Brückenschaltung, bei der die Verstimmung der Brücke durch-Beeinflussung in ihrem Widerstandswert zustandsabhängiger Brückenzweige zur Alarmgabe ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke in Bereitschaft wie auch im Alarmfall nicht abgeglichen ist und sich im Alarmfall die Richtung des Stromes im Brückennullzweig gegen die in Bereitschaft umkehrt und ein stromrichtungsempfindliches Schaltelement dadurch die Alarmgabe auslöst.

2. Alarmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Widerstände (12,13) der Brücke gleiche und zwei Widerstände (15,16) ungleiche Widerstandswerte haben und einer der ungleichen Widerstände (16) auf besondere Zustände (Hitze, Licht, Feuchtigkeit, Belastung) ansprechen kann.

3. Alarmsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung des Wertes des Widerstandes (16) die Brücke in umgekehrter Richtung unabgeglichen ist.

4. Alarmsystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe mit dem ersten Widerstand (12) liegende veränderliche Widerstand (15) als Spannungsteiler ausgebildet ist.

5. Alarmsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das polaritätsempfindliche Schaltelement (17) eine Spule (19) hat, die einen nahezu masselosen Kontakt (22) je nach Stromrichtung an einen von zwei Kontakten (20, 21) legt, so daß in Abhängigkeit von der Stromrichtung ein Stromkreis (24, 25, 26, 27, 28) für die Alarmgabe geschlossen oder geöffnet wird.

6. Alarmsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein fünfter Widerstand (35) zwischen einem der Kontakte (20) und einer Seite der Stromquelle angeordnet ist und als Begrenzungswiderstand dient.

7. Alarmsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein sechster Widerstand (36), der als Begrenzungswiderstand dient, in Serie mit einem Relaiskontaktsatz (26a, 27a, 28a) und der Spule (25) über die Stromquelle verbunden ist.

8. Alarmsystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einKondensator (38) zwischen dem Abgriff des zweiten Widerstandes und dem Kontakt (22) liegt.

9. Alarmsystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gleichrichter (39, 40) in entgegengesetzten Richtungen parallel mit der Spule (19J des polaritätsempfindlichen Schaltelements (17) angeordnet sind.

10. Alarmsystem nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine positive und eine negative Seite hat und daß der erste und zweite Widerstand (12 und 15) von positiv zu negativ in der genannten Ordnung verbunden sind, der fünfte Widerstand (35) zwischen

einem der Kontakte (20) und der positiven Seite und der andere Kontakt (21) mit der negativen Seite Verbunden, ist und die Relaisspule (24) mit einer Klemme an der negativen Seite liegt und ihre andere Klemme mit einem sechsten Widerstand (36) verbunden ist, dessen anderes Ende mit dem Kontakt (28 a) des Re'aiskontaktsatzes (26 a, 27c, 28 a, 26, 27, 28) in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 060 215.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen