DE102005060123A1 - Überwachungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zur Überwachung der Zuleitungen (3) zu einem oder mehreren parallel geschalteten niederohmigen Alarmgeräten (5, 8) sowie zur Überwachung des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte (5, 8) selbst unter Einsatz eines nichtlinearen Schaltungselementes (7), das in einer Richtung keinen Stromfluss zulässt, ist das nichtlineare Schaltungselement (7) parallel zum Alarmgerät (5) bzw. zu den Alarmgeräten (5, 8) geschaltet und lässt in der anderen Stromflussrichtung für eine Spannung unterhalb eines bekannten Schwellwertes (U¶0¶) keinen Stromfluss zu und weist für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes und darüber einen differentiellen Widerstand (R¶D¶) auf, der kleiner ist als der Innenwiderstand (R¶A¶) des Alarmgerätes (5) bzw. als jeder der Innenwiderstände (R¶A1¶, R¶A2¶) der Alarmgeräte (5, 8). Durch das Einprägen verschiedener Messströme (I¶1¶, I¶2¶, I¶3¶) und das Messen der dazugehörigen Spannungen (U¶1¶, U¶2¶, U¶3¶) lassen sich Werte für die Summe der Leitungswiderstände (R¶L¶) und den Innenwiderstand des Alarmgerätes bzw. die Innenwiderstände der Alarmgeräte oder für Verhältnisse dieser Größen bestimmen, deren Abweichungen von Referenzwerten Fehlfunktionen anzeigen können.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Zuleitungen zu einem oder mehreren niederohmigen Alarmgeräten sowie zur Überwachung des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte selbst unter Einsatz eines nichtlinearen Schaltungselementes, das in einer Richtung keinen Stromfluss zulässt. Die präzise Überwachung der Zuleitungen zu einem niederohmigen, sicherheitsrelevanten Alarmgerät sowie zur Überwachung des elektrischen Widerstandes des Alarmgerätes selbst ist insbesondere in Anlagen zum Schutz von Menschen aber auch von Sachwerten (beispielsweise einem Magnetventil in automatischen Löschanlagen) von großer Bedeutung.
  • Eine bekannte Methode zur Überwachung der Zuleitungen zu einem niederohmigen Alarmgerät sowie zur Überwachung des Alarmgerätes selbst besteht darin, beim Alarmgerät einen zusätzlichen im Vergleich dazu hochohmigen Messwiderstand in Serie zum Alarmgerät und parallel zu diesem Messwiderstand eine Diode zu schalten ( US 3,936,821 A ). Diese Anordnung besitzt – je nach der Richtung des angelegten Stromes – zwei unterschiedliche Impedanzen. In der Überwachungsstromrichtung werden die niederohmigen Zuleitungen, das niederohmige Alarmgerät und der hochohmige Messwiderstand vom Überwachungsstrom durchflossen. Soll das Alarmgerät aktiviert werden, muss die Stromrichtung umgepolt werden, sodass der Messwiderstand durch die parallel geschaltete Diode praktisch kurzgeschlossen wird und das Alarmgerät mit nahezu der vollen Betriebsspannung betrieben wird. Während der Überwachungsphase ist die Anordnung auf Unterbrechung oder Kurzschluss der Zuleitungen oder Unterbrechung innerhalb des Alarmgerätes oder des Messwiderstandes mit dieser Methode leicht elektrisch überwachbar. Ist jedoch die zum Messwiderstand parallel geschaltete Diode durch innere Unterbrechung defekt, ist dies für die Überwachungsschaltung nicht erkennbar, im Gefahrenfall kann das Alarmgerät durch Umpolen der Spannung nicht mehr aktiviert werden. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Methode besteht darin, dass eine Widerstandserhöhung der Zuleitungen oder innerhalb des Alarmgerätes (beispielsweise durch korrodierte Klemmstellen) oder eine Widerstandsverringerung innerhalb des Alarmgerätes (beispielsweise durch Windungsschlüsse der Spule eines Magnetventils) für den Überwachungsstrom keine nennenswerte Veränderung ergibt, da der Messwiderstand wesentlich hochohmiger ist als der Widerstand der Zuleitungen bzw. der Innenwiderstand des Alarmgerätes. Sehr wohl kann jedoch eine Widerstandserhöhung der Zuleitung um nur wenige Ohm dazu führen, dass im Gefahrenfall das Alarmgerät nicht mehr ausreichend mit Strom versorgt wird. Im anderen Fall kann es sein, dass durch Windungsschlüsse in einem Magnetventil die ordnungsgemäße Funktion des Magnetventils nicht mehr gegeben ist oder dass im Aktivierungsfall der Strom durch das Alarmgerät so groß wird, dass externe Überstrom-Schutzmaßnahmen ansprechen und das Alarmgerät abgeschaltet wird. Ein weitere Nachteil besteht darin, dass aufgrund beengter Platzverhältnisse die zusätzlichen Komponenten meist nicht im Magnetventil untergebracht werden können, sondern entfernt vorn Ventil in einem eigenen Installationsgehäuse eingebaut werden müssen. In diesem Fall wird ein Kurzschluss der Leitungen von dort zum Magnetventil nicht als Störung erkannt.
  • Eine weitere bekannte Methode zur Überwachung von niederohmigen Zuleitungen und niederohmigen Verbrauchern besteht darin, direkt an der entfernten Seite der Leitung eine elektrische Schwingungsfolge aufzugeben und diese Schwingungsfolge auf der Gegenseite mit der dort auftretenden resultierenden Schwingungsfolge zu vergleichen ( DE 36 04 399 A1 ). Diese Methode setzt auf der einen Seite aufwendige Einrichtungen zur Erzeugung einer Schwingungsfolge voraus, die wiederum eigene Versorgungsleitungen voraussetzen, und auf der Überwachungsseite präzise Indikationsverfahren zur Feststellung der veränderten Impulsstruktur bei Leitungsfehlern, die über grobe Fehler wie Unterbrechung oder Kurzschluss hinausgehen, durch Vergleich der Amplitude, Phasenlage bzw. Frequenz zur ursprünglichen Impulsstruktur. Ein zusätzlicher Nachteil dieser Methode besteht dann, wenn als Alarmgerät die Spule eines Magnetventils eingesetzt wird, die aufgrund der Induktivität eine hohe Impedanz für die auf die Leitungen aufgegebenen Schwingungsfolgen darstellt. Eine Veränderung des Leitungswiderstandes um geringe Werte ist in diesem Fall mit wirtschaftlich sinnvollen Mitteln nicht mehr festzustellen.
    •
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu einem oder mehreren parallel geschalteten Alarmgeräten sowie des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte selbst so auszugestalten, dass einerseits alle neben den Zuleitungen und dem/den Alarmgeräten) zusätzlich erforderlichen Komponenten in die Überwachung miteinbezogen werden und andererseits unzulässige Veränderungen der Zuleitungen, der zusätzlich erforderlichen Komponenten und des Innenwiderstandes des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte, die zu einem Fehlverhalten des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte im Gefahrenfall führen, nicht nur wenn ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung der Zuleitung vor liegt, rechtzeitig anzuzeigen. D.h. dass z.B. bereits eine Erhöhung des Leitungswiderstandes von z.B. 2 Ohm auf z.B. 10 Ohm (z.B. durch Korrosion oder durch eine nicht fest genug angezogene Klemmverbindung), welche die Funktion eines Alarmgerätes, das selbst 20 Ohm Innenwiderstand besitzt, verhindern kann, angezeigt wird.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass bei der eingangs definierten Überwachungsvorrichtung das nicht lineare Schaltungselement parallel zum Alarmgerät bzw. zu den Alarmgeräten geschaltet ist und in der anderen Stromflussrichtung für eine Spannung unterhalb eines bekannten Schwellwertes keinen Stromfluss zulässt und für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes und darüber einen differentiellen Widerstand aufweist, der kleiner ist als der Innenwiderstand des Alarmgerätes bzw. als jeder der Innenwiderstände der Alarmgeräte. Wenn in Zusammenhang mit dem nichtlinearen Schaltungselement davon gesprochen wird, dass es in bestimmten Bereichen keinen Stromfluss zulässt, so umfasst dies auch das Fließen einer vernachlässigbar kleinen Strommenge, wie sie z.B. auch durch eine Gleichrichterdiode in Sperrrichtung fließen kann, d.h. wenige μA. Diese Schaltung ermöglicht bei einem Alarmgerät, den Widerstand der Zuleitungen und den Innenwiderstand des Alarmgerätes mit einfachen Mitteln in ausreichender Genauigkeit zu messen und damit jede Veränderung dieser beiden Werte festzustellen und rechtzeitig anzuzeigen, wenn sich einer oder beide Werte so weit verändert haben, dass eine ordnungsgemäße Funktion des Alarmgerätes nicht mehr sichergestellt ist. Bei mehreren Alarmgeräten können der Einfachheit halber Verhältnisse der Leitungswiderstände bestimmter Leitungsabschnitte und der Innenwiderstände der Alarmgeräte bestimmt werden deren Veränderungen ebenfalls festgestellt und angezeigt werden kann, wenn sich ein oder mehrere Werte sich so verändern, dass eine ordnungsgemäße Funktion des Alarmgerätes nicht mehr sichergestellt ist. Vereinfacht wird die Bestimmung des Widerstands der Zuleitungen und des Innenwiderstand des Alarmgerätes, wenn der differentielle Widerstand des nichtlinearen Schaltungselementes für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes und darüber um mindestens einen Faktor 10 geringer ist als der Innenwiderstand des Alarmgerätes bzw. als jeder der Innenwiderstände der Alarmgeräte, da dann eine vereinfachte Berechnung mit ausreichender Genauigkeit erfolgen kann.
  • Vorzugsweise ist das nichtlineare Schaltungselement eine Silizium-Signaldiode. Diese besitzt die bekannten Eigenschaften, in der Sperrrichtung praktisch keinen Stromfluss zuzulassen, in der Durchlassrichtung einen temperatur- und stromabhängigen Span nungsabfall von 0,6V bis 0,8V aufzuweisen und einen in einem weiten Bereich praktisch konstanten und von der Temperatur weitgehendst unabhängigen differentiellen Durchlasswiderstand RD, der sehr klein ist und im wesentlichen nur vom Herstellungsprozess der jeweiligen Diodentype abhängt, zu besitzen. Als Beispiel für eine derartige Silizium-Signaldiode sei die weit verbreitete Type 1 N4004 genannt, die von mehreren Herstellern gefertigt wird und im Bereich von 100mA bis 300mA einen differentiellen Durchlasswiderstand von ca. 0,2 Ohm besitzt.
  • Eine weitere Ausführungsform für das nichtlineare Schaltungselement ist die Serienschaltung einer Silizium-Signaldiode und einer Zenerdiode. Je nach Kenndaten der Zenerdiode entsteht bei dieser Ausführung in der Durchlassrichtung ein Spannungsabfall von 3V und mehr, der bei der Wahl geeigneter Bauteile von der Temperatur weitgehendst unabhängig ist bei ebenfalls sehr kleinem und temperaturunabhängigen differentiellen Durchlasswiderstand.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der differentielle Widerstand des nichtlinearen Schaltungselementes für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes und darüber um mindestens einen Faktor 1000 geringer ist als der Innenwiderstand des Alarmgerätes bzw. als jeder der Innenwiderstände der Alarmgeräte. Praktisch kann daher der differentielle Widerstand mit 0 Ohm angenommen werden.
  • Das erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu einem niederohmigen Alarmgerät sowie zur Überwachung des Alarmgerätes selbst mit einer Überwachungseinrichtung wie oben beschrieben ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät und dem nichtlinearen Element ein Strom I1 in einer Höhe eingeprägt wird, dass am Alarmgerät ein Spannungsabfall von deutlich weniger als dem Schwellwert der Spannung (U0) entsteht und die Summe der Leitungswiderstände RL und des Innenwiderstandes RA des Alarmgerätes ermittelt wird als RL + RA = U1/I1, wobei U1 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen bei dem Messstrom I1 einstellt, in einem zweiten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät und dem nichtlinearen Element ein Strom I2 in einer Höhe eingeprägt wird, dass der Spannungsabfall an der Parallelschaltung des Alarmgerätes mit dem nichtlinearen Element den Wert U0 erreicht, wobei sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U2 einstellt, in einem dritten Messvorgang, der bei denselben Tempe raturverhältnissen erfolgt wie der zweite Messvorgang, über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät und dem nichtlinearen Element ein Strom I3 in einer Höhe eingeprägt wird, der deutlich höher ist als der Stromwert I2 des zweiten Messvorganges, wobei sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U3 einstellt, und die Summe der Leitungswiderstände RL ermittelt wird als
    Figure 00050001
    und dass die ermittelten Werte für die Summe der Leitungswiderstände RL und für den Innenwiderstand RA mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden.
  • Vereinfacht kann die Summe der Leitungswiderstände RL ermittelt werden als
    Figure 00050002
    wenn RD sehr viel kleiner ist als RA, d.h. um den Faktor 10 oder mehr.
  • Aus den Messungen können somit mit allgemein bekannten Mitteln die Werte für den Widerstand RL der Zuleitungen und für den Innenwiderstand RA des Alarmgerätes ermittelt werden. Die Werte, die bei der Inbetriebnahme der ungestörten Einrichtung ermittelt wurden, werden in der Messeinrichtung als Referenzwerte gespeichert, mit denen die in späteren Kontrollmessungen ermittelten Werte verglichen werden. Bei unzulässigen Abweichungen dieser Istwerte von den Referenzwerten, beispielsweise einer Erhöhung des Leitungswiderstandes durch Übergangswiderstände in korrodierten Anschlussklemmen oder durch einen unzulässig niedrigen Isolationswiderstand der Zuleitungen, oder einer Verringerung des Innenwiderstandes des Alarmgerätes durch fehlerhafte Isolation der Wicklung einer Magnetspule, oder eine unzulässige Veränderung des Verhältnisses der Widerstände RA/RL, oder einem Defekt des nichtlinearen Elementes oder dessen Anschlussleitungen wird durch die Messeinrichtung eine Störungsmeldung an geeigneter Stelle angezeigt. Im Gegensatz zu den Verfahren der Schaltungen des Standes der Technik werden sowohl die Zuleitungen als auch das Alarmgerät selbst und auch die zusätzliche zur Überwachung erforderliche Komponente, nämlich das nichtlineare Element überwacht und zwar nicht nur auf Kurzschluss oder Unterbrechung sondern auch auf eine Änderung des jeweiligen Widerstandes, die ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Alarmgerätes verhindern könnte.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der differentielle Widerstand des nichtlinearen Schaltungselementes für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes und darüber um mindestens einen Faktor 1000 geringer als der Innenwiderstand des Alarmgerätes. Ein solches nichtlineares Schaltungselement kann z.B. die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors sein, dessen Basisanschluss mit dem Kollektor verbunden ist. Das nichtlineare Element besitzt somit die Eigenschaften, in einer Richtung praktisch keinen Stromfluss zuzulassen, und in der entgegengesetzten Richtung bei Spannungen < U0 einen sehr hochohmigen Zustand einzunehmen und ab einer Spannung U0 einen differenziellen Widerstand von praktisch 0 Ohm zu besitzen. Der Wert der Spannung U0 muss so gewählt werden, dass das Alarmgerät bei dieser Spannung mit Sicherheit noch nicht aktiviert wird.
  • Bei einem Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu einem niederohmigen Alarmgerät sowie zur Überwachung des Alarmgerätes selbst mit einer Überwachungseinrichtung wie im vorangegangenen Absatz beschrieben wird in einem ersten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät und dem nichtlinearen Element ein Strom (I1) in einer Höhe eingeprägt, dass am Alarmgerät ein Spannungsabfall von deutlich weniger als dem Schwellwert der Spannung entsteht und die Summe der Leitungswiderstände RL und des Innenwiderstandes RA des Alarmgerätes wird ermittelt als RL + RA = U1/I1, wobei U1 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen bei dem Messstrom I1 einstellt, wird in einem zweiten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät und dem nichtlinearen Element ein Strom (I2) in einer Höhe eingeprägt, dass der Spannungsabfall an der Parallelschaltung des Alarmgerätes mit dem nichtlinearen Element den Wert U0 erreicht, wobei sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U2 einstellt, und die Summe der Leitungswiderstände RL wird ermittelt als RL =(U2 – U0)/I2 und die ermittelten Werte für die Summe der Leitungswiderstände RL und den Innenwiderstand RA werden mit gespeicherten Referenzwerten verglichen.
  • Aus den beiden Messungen können somit mit einfachen, allgemein bekannten Mitteln die Werte für den Widerstand RL der Zuleitungen und den Innenwiderstand RA des Alarmgerätes ermittelt werden.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu mehreren parallel geschalteten niederohmigen Alarmgeräten sowie zur Überwachung der Alarmgeräte selbst mit einer oben beschriebenen Überwachungseinrichtung wird in mehreren Messvorgängen über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus den Alarm geräten und dem nichtlinearen Element Strom verschiedener Stärke eingeprägt und die jeweiligen Spannungen werden am Anfang gemessen, wobei bei mindestens einem Messvorgang die Stromstärke so gewählt wird, dass die Spannung am nichtlinearen Element deutlich unter dem Schwellwert der Spannung liegt. Damit werden Werte für die Leitungswiderstände verschiedener Zuleitungsabschnitte und für die Innenwiderstände der Alarmgeräte oder Verhältnisse dieser Werte zueinander ermittelt und werden mit gespeicherten Referenzwerten für die Leitungswiderstände der Zuleitungsabschnitte und für die Innenwiderstände der Alarmgeräte oder mit Referenzwerten für Verhältnisse dieser Werte verglichen.
  • Erfindungsgemäß werden die Messvorgänge in zeitlichen Abständen von 100 Sekunden oder kürzer, vorzugsweise alle 20 bis 25 Sekunden durchgeführt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Ausgangsspannung der Messeinrichtung während der Messvorgänge auf einen Wert zu begrenzen, der auch im Fehlerfall, beispielsweise bei Störung des nichtlinearen Elementes durch Unterbrechung seiner Zuleitung, so niedrig ist, dass das Aktivieren des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte mit Sicherheit verhindert ist. Ist z.B. das nichtlineare Element durch z.B. Unterbrechung seiner Zuleitung gestört, könnte der durch die Stromquelle der Messeinrichtung eingeprägte Messstrom durchaus in der Lage sein, das Alarmgerät zu aktivieren. Um dies zu verhindern wird noch in der Messeinrichtung die Ausgangsspannung der Messeinrichtung, die sonst nur von der Summe der Leitungswisderstände RL und dem Innenwiderstand des Alarmgerätes RA bestimmt wird, auf einen Wert begrenzt, bei dem das Alarmgerät mit Sicherheit noch nicht aktiviert wird. Hat z.B. der Innenwiderstand RA des Alarmgerätes 20 Ohm und beträgt die Nennspannung zum Aktivieren 24V und ist das Magnetventil im Alarmgerät aus Sicherheitsgründen so konstruiert, dass es bereits bei 10V, d.h. bei einem Strom von 500 mA öffnet, würde das Magnetventil auch durch einen eingeprägten Messstrom von 500 mA aktiviert werden, wenn der gesamte Messstrom durch das Magnetventil fließt, weil das nichtlineare Element defekt ist. Verhindert wird dies durch Begrenzung der Ausgangsspannung während der Messphase auf einen Wert, der weit unterhalb des Ansprechwertes des Alarmgerätes liegt (im Beispiel z.B. auf 5V). Diese Begrenzung könnte im einfachsten Fall durch eine Zenerdiode, die parallel zur Stromquelle geschaltet ist erfolgen.
    •
  • Nunmehr soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Dabei zeigt 1 die Kennlinie eines nichtlinearen Elementes und 2 eine Messschaltung, die ein nichtlineares Element mit einer Kennlinie gemäß 1 enthält. 3 zeigt die Kennlinie eines anderen nichtlinearen Elementes und 4 eine Messschaltung, die ein nichtlineares Element mit einer Kennlinie gemäß 3 enthält. S zeigt eine Messschaltung, die als nichtlineares Element eine Signaldiode enthält. 6 zeigt eine Messschaltung mit zwei parallel geschalteten Alarmgeräten, die zu überwachen sind.
  • 1 zeigt die Kennlinie eines nichtlinearen Elementes mit den Eigenschaften, in einer Richtung praktisch keinen Stromfluss zuzulassen, und in der entgegengesetzten Richtung bei Spannungen < U0 einen sehr hochohmigen Zustand einzunehmen, und ab einer Spannung von U0 einen differenziellen Widerstand von praktisch 0 Ohm zu besitzen.
  • 2 zeigt eine Messeinrichtung 1, an der über die Zuleitungen 3 das Alarmgerät 5 und das nichtlineare Element 7, das die in 1 dargestellte Kennlinie aufweist, angeschlossen sind. In der Messeinrichtung 1 ist eine Einrichtung 2 vorgesehen, die dazu dient, über die Zuleitungen 3 einen Strom in mindestens zwei Größen der Parallelschaltung aus Alarmgerät 5 und nichtlinearem Element 7 einzuprägen. In den Zuleitungen 3 sind symbolisch die Widerstände 4 der Leitung dargestellt, die in den vorangegangenen Erläuterungen als gemeinsamer Leitungswiderstand RL bezeichnet wurden. Im Alarmgerät 5 selbst ist der Innenwiderstand 6 dargestellt, der in den vorangegangenen Erläuterungen mit RA bezeichnet ist.
  • Der Wert der Spannung U0 muss so gewählt werden, dass das Alarmgerät 5 bei dieser Spannung mit Sicherheit noch nicht aktiviert wird.
  • Wird in einem ersten Messvorgang von der Einrichtung 2 über die Zuleitungen 3 der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät 5 und dem nichtlinearen Element 7 ein Strom I1 in einer Höhe eingeprägt, dass am Innenwiderstand 6 (RA) des Alarmgerätes 5 ein Spannungsabfall von weniger als U0 entsteht, kann die Wirkung des nichtlinearen Elementes 7 vernachlässigt werden und damit kann die Summe der Leitungswiderstände 4 (RL) und des Innenwiderstandes 6 (RA) des Alarmgerätes 5 ermittelt werden als RL + RA = U1/I1, wobei U1 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen 3 bei dem Messstrom I1 einstellt.
  • Wird in einem zweiten Messvorgang von der Einrichtung 2, die an den Zuleitungen 3 zum Alarmgerät 5 angeschlossen ist, über die Zuleitungen 3 der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät 5 und dem nichtlinearen Element 7 ein Strom I2 in einer Höhe eingeprägt, dass der Spannungsabfall an der Parallelschaltung des Alarmgerätes 5 mit dem nichtlinearen Element 7 den Wert U0 erreicht, besitzt der Innenwiderstand 6 (RA) des Alarmgerätes 5 keinen Einfluss auf die Messung, da der Spannungsabfall an dem Alarmgerät 5 den bekannten konstanten Wert U0 annimmt, und es ergibt sich der Leitungswiderstand 4 (RL) mit RL = (U2 – U0)/I2, wobei U2 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen 3 bei dem Messstrom 12 einstellt.
  • Die Aktivierung des Alarmgerätes 5 erfolgt durch Anlegen einer umgekehrt gepolten Spannung UV in der für die Aktivierung des Alarmgerätes 5 erforderlichen Höhe. Das parallel zum Alarmgerät 5 angeschlossene nichtlineare Element 7 lässt erfindungsgemäß in umgekehrter Richtung keinen Stromfluss zu und hat daher in diesem Zustand keinen Einfluss auf die Funktion des Alarmgerätes 5.
  • 3 zeigt die Kennlinie eines nichtlinearen Elementes 7 mit den Eigenschaften, in einer Richtung praktisch keinen Stromfluss zuzulassen, und in der entgegengesetzten Richtung bei Spannungen < U0 einen hochohmigen Zustand einzunehmen, und ab einer Spannung von U0 einen kleinen, über einen bestimmten Strombereich nahezu konstanten differenziellen Widerstand RD zu besitzen, der jedoch deutlich geringer ist, als der Innenwiderstand RA des Alarmgerätes.
  • Bei der in 4 gezeigten Messschaltung weist das nichtlineares Element 7 die in 3 dargestellte Kennlinie auf. Die Einrichtung 2 kann mindestens drei verschiedene Stromwerte I1, I2, I3 einprägen.
  • Um der nichtidealen Kennlinie dieses nichtlinearen Elementes 7 sowie der unbekannten Temperatursituation Rechnung zu tragen, müssen zur Ermittlung des Leitungswiderstandes 4 (RL) der Zuleitungen sowie des Innenwiderstandes 6 (RA) des Alarmgerätes 5 mindestens drei Messvorgänge durchgeführt werden, um die Werte mit hinreichender Genauigkeit ermitteln zu können.
  • Wird in einem ersten Messvorgang von der Einrichtung 2 über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät 5 und dem nichtlinearen Element 7 ein Strom I1 in einer Höhe eingeprägt, dass am Alarmgerät 5 ein Spannungsabfall von deutlich weniger als U0 entsteht und damit praktisch noch kein Strom durch das nichtlineare Elemente 7 fließt, kann die Summe der Leitungswiderstände RA und des Innenwiderstandes RA des Alarmgerätes 5 ermittelt werden als RL + RA = U1/I1, wobei U1 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen 3 bei dem Messstrom I1 einstellt.
  • In einem zweiten Messvorgang wird von der Einrichtung 2, die an den Zuleitungen 3 zum Alarmgerät 5 angeschlossen ist, über die Zuleitungen 3 der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät 5 und dem nichtlinearen Element 7 ein Strom I2 in einer Höhe eingeprägt, dass der Spannungsabfall an der Parallelschaltung des Alarmgerätes 5 mit dem nichtlinearen Element 7 den Wert U0 erreicht, dabei stellt sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U2 ein.
  • In einem dritten Messvorgang wird von der Einrichtung 2, die an den Zuleitungen 3 zum Alarmgerät 5 angeschlossen ist, über die Zuleitungen 3 der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät 5 und dem nichtlinearen Element 7 ein Strom I3 eingeprägt, der deutlich höher ist als der Stromwert I2 des zweiten Messvorganges, dabei stellt sich am Anfang der Zuleitungen 3 eine Messspannung U3 ein.
  • Aus der Kombination des zweiten und dritten Messvorganges ist abzuleiten, dass der Wert des Leitungswiderstandes RL von der temperaturabhängigen Durchlassspannung des nichtlinearen Elementes 7 unabhängig ist, vorausgesetzt, dass der zweite und der dritte Messvorgang bei denselben Temperaturverhältnissen erfolgt. Der Korrekturfaktor für den differenziellen Durchlasswiderstand RD braucht nur in Sonderfällen berücksichtigt werden, da RA im allgemeinen um ein Vielfaches größer ist als RD.
  • Figure 00100001
  • Werden z.B. bei einem differentiellen Widerstand RD von 0,2 Ohm des nichtlinearen Elementes bei Inbetriebnahme der ungestörten Einrichtung die Stromwerte I1 = 10mA, I2 = 200mA und I3 = 500mA eingeprägt und dazugehörig die Spannungen mit U1 = 210mV, U2 = 900mV und U3 = 1200mV gemessen, so ergeben sich mit ausreichender Genauigkeit für die Referenzwerte RL = 1 Ohm – 0,2 Ohm = 0,8 Ohm und RL + RA = 21 Ohm und somit RA = 20,2 Ohm. Der Korrekturfaktor kann vernachlässigt werden da RA >> RD. Werden in der Folge bei den Überwachungsmessungen abweichende Werte für die Spannungen gemessen und daraus abweichende Werte für die Summe der Leitungswiderstände und/oder den Innenwiderstand des Alarmgerätes errechnet, die über vorbestimmte Schwankungen hinausgehen, ist das Vorliegen eines Fehlers, der die sichere Funktion des Alarmgerätes verhindern kann, diagnostiziert.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in 5 dargestellt und besteht darin, als nichtlineares Element die Silizium-Signaldiode, die üblicherweise zur Unterdrückung von Spannungsspitzen bei der Abschaltung von Induktivitäten, beispielsweise bei Spulen von Magnetventilen, eingesetzt wird, mitzuverwenden, wodurch sich eine weitere Vereinfachung ergibt. Derartige Signaldioden werden in vielen Anwendungsfällen bereits vom Hersteller in die Anschlusselemente von Magnetspulen integriert. Damit braucht für die Erfindung kein zusätzliches nichtlineares Element an das Alarmgerät angeschlossen werden. In anbetracht der üblicherweise beengten Platzverhältnisse in derartigen Magnetventilen stellt dies einen erheblichen Vorteil dar. Weiters wird damit auch die Störungswahrscheinlichkeit verringert, da die Signaldiode bereits im Werk unter Werksbedingungen von Fachleuten eingebaut wird und nicht erst auf der Baustelle.
  • Die 6 zeigt eine Messschaltung mit zwei parallel geschalteten Alarmgeräten 5, 8, mit den Innenwiderständen 6, 11 (RA1, RA2) die beide überwacht werden sollen. Parallel zu den Alarmgeräten 5, 8 ist da nichtlineare Element 7 geschalten. Die Leitungswiderstände RL1, RL2 der verschiedenen Zuleitungsabschnitte sind mit 9 und 10 bezeichnet. Von der Einrichtung 2 werden zwei verschiedene Stromwerte I1 und I2 eingeprägt und die entsprechenden Spannungen U1, U2 am Anfang der Zuleitungen gemessen, wobei bei der ersten Messung die Spannung am nichtlinearen Element unter der Schwellspannung U0 liegen muss. Aus den beiden Messergebnissen können die resultierenden Werte der beiden Alarmgeräte 5, 8 bzw. der Leitungswiderstände zumindest näherungsweise in Form von Verhältnissen ermittelt werden. Dies reicht aus um unzulässige Veränderungen eines der vier Werte zu erkennen.

Claims (11)

  1. Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Zuleitungen zu einem oder mehreren parallel geschalteten niederohmigen Alarmgeräten sowie zur Überwachung des Alarmgerätes bzw. der Alarmgeräte selbst unter Einsatz eines nichtlinearen Schaltungselementes, das in einer Richtung keinen Stromfluss zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht lineare Schaltungselement (7) parallel zum Alarmgerät (5) bzw. zu den Alarmgeräten (5, 8) geschaltet ist und in der anderen Stromflussrichtung für eine Spannung unterhalb eines bekannten Schwellwertes (U0) keinen Stromfluss zulässt und für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes und darüber einen differentiellen Widerstand (RD) aufweist, der kleiner ist als der Innenwiderstand (RA) des Alarmgerätes (5) bzw. als jeder der Innenwiderstände (RA1, RA2) der Alarmgeräte (5, 8).
  2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der differentielle Widerstand (RD) des nichtlinearen Schaltungselementes (7) für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes (U0) und darüber um mindestens einen Faktor 10 geringer ist als der Innenwiderstand (RA) des Alarmgerätes (5) bzw. als jeder der Innenwiderstände (RA1, RA2) der Alarmgeräte (5, 8).
  3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der differentielle Widerstand (RD) des nichtlinearen Schaltungselementes (7) für eine Spannung in Höhe des Schwellwertes (U0) und darüber um mindestens einen Faktor 1000 geringer ist als der Innenwiderstand (RA) des Alarmgerätes (5) bzw. als jeder der Innenwiderstände (RA1, RA2) der Alarmgeräte (5, 8).
  4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtlineare Schaltungselement (7) eine Silizium-Signaldiode ist.
  5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtlineare Schaltungselement (7) eine Serienschaltung einer Silizium-Signaldiode und einer Zenerdiode ist.
  6. Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu einem niederohmigen Alarmgerät sowie zur Überwachung des Alarmgerätes selbst mit einer Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät (5) und dem nichtlinearen Element (7) ein Strom (I1) in einer Höhe eingeprägt wird, dass am Alarmgerät (5) ein Spannungsabfall von deutlich weniger als dem Schwellwert der Spannung (U0) entsteht und die Summe der Leitungswiderstände (RL) und des Innenwiderstandes (RA) des Alarmgerätes ermittelt wird als RL + RA = U1/I1, wobei U1 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen bei dem Messstrom I1 einstellt, in einem zweiten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät (5) und dem nichtlinearen Element (7) ein Strom (I2) in einer Höhe eingeprägt wird, dass der Spannungsabfall an der Parallelschaltung des Alarmgerätes (5) mit dem nichtlinearen Element (7) den Schwellwert (U0) erreicht, wobei sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U2 einstellt, in einem dritten Messvorgang, der bei denselben Temperaturverhältnissen erfolgt wie der zweite Messvorgang, über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät (5) und dem nichtlinearen Element (7) ein Strom (I3) in einer Höhe eingeprägt wird, der deutlich höher ist als der Stromwert (I2) des zweiten Messvorganges, wobei sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U3 einstellt, und die Summe der Leitungswiderstände (RL) ermittelt wird als
    Figure 00130001
    und dass die ermittelten Werte für die Summe der Leitungswiderstände (RL) und für den Innenwiderstand (RA) mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Leitungswiderstände (RL) ermittelt wird als
    Figure 00130002
  8. Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu einem niederohmigen Alarmgerät sowie zur Überwachung des Alarmgerätes selbst mit einer Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät (5) und dem nichtlinearen Element (7) ein Strom (I1) in einer Höhe eingeprägt wird, dass am Alarmgerät (5) ein Spannungsabfall von deutlich weniger als dem Schwellwert der Spannung (U0) entsteht und die Summe der Leitungswiderstände (RL) und des Innenwiderstandes (RA) des Alarmgerätes (5) ermittelt wird als RL + RA = U1 I1, wobei U1 die Spannung ist, die sich am Anfang der Zuleitungen bei dem Messstrom I1 einstellt, in einem zweiten Messvorgang über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus dem Alarmgerät (5) und dem nichtlinearen Element (7) ein Strom (I2) in einer Höhe eingeprägt wird, dass der Spannungsabfall an der Parallelschaltung des Alarmgerätes (5) mit dem nichtlinearen Element (7) den Schwellwert (U0) erreicht, wobei sich am Anfang der Zuleitungen eine Messspannung U2 einstellt, und die Summe der Leitungswiderstände (RL) ermittelt wird als RL = (U2 – U0)/I2 und dass die ermittelten Werte für die Summe der Leitungswiderstände (RL) und für den Innenwiderstand (RA) mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden.
  9. Verfahren zur Überwachung der Zuleitungen zu mehreren parallel geschalteten niederohmigen Alarmgeräten sowie zur Überwachung der Alarmgeräte selbst mit einer Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren Messvorgängen über die Zuleitungen der Parallelschaltung aus den Alarmgeräten (5, 8) und dem nichtlinearen Element (7) Strom verschiedener Stärke eingeprägt wird und die jeweiligen Spannungen am Anfang gemessen werden, wobei bei mindestens einem Messvorgang die Stromstärke so gewählt wird, dass die Spannung am nichtlinearen Element (7) deutlich unter dem Schwellwert der Spannung (U0) liegt, dass Werte für die Leitungswiderstände (RL1, RL2) verschiedener Zuleitungsabschnitte und für die Innenwiderstände (RA1, RA2) der Alarmgeräte (5, 8) oder Verhältnisse dieser Werte zueinander ermittelt werden und mit gespeicherten Referenzwerten für die Leitungswiderstände der Zuleitungsabschnitte und für die Innenwiderstände der Alarmgeräte oder mit Referenzwerten für Verhältnisse dieser Werte verglichen werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorgänge in zeitlichen Abständen von 100 Sekunden oder kürzer, vorzugsweise alle 20 bis 25 Sekunden durchgeführt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung der Messeinrichtung (1) während der Messvorgänge auf einen Wert begrenzt ist, der auch im Fehlerfall so niedrig ist, dass das Aktivieren des Alarmgerätes (5) bzw. der Alarmgeräte (5, 8) mit Sicherheit verhindert ist.
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