DE1153298B - Schaltungsanordnung zum Anschluss an die Signaluebertragungs-einrichtung einer einen Gleichstrom liefernden Mess- und/oder UEberwachungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Anschluß an die Signalübertragungseinrichtung einer einen Gleichstrom liefernden Meß- und/oder Überwachungsanlage beispielsweise zum Überwachen, Messen, Aufzeichnen und/oder Steuern eines Verfahrenszustands, wie einer Temperatur, wobei die Größe des Gleichstroms dem zu messenden und/oder zu überwachenden Zustand entspricht, und zum Auslösen eines Alarmsignals bei Abweichung des Istwerts der Größe dieses Gleichstroms um mindestens einen vorgegebenen Betrag von einem Sollwert.

In den letzten Jahren wurden in immer größerem Umfang elektrische Meßsysteme verwendet, bei denen entfernt liegende Übertrager verschiedenen gemessenen Bedingungen entsprechende elektrische Signale einer zentralen Stelle übermitteln. Obwohl diese Signale verschiedene Form besitzen können, empfiehlt es sich in den meisten Fällen, ein Gleichspannungssignal zu übertragen, dessen Amplitude dem gemessenen Zustand proportional ist. Dieses Gleichspannungssignal kann nacheinander mehreren Einzelgeräten der Empfängerstation, beispielsweise Aufzeichengeräten, Steuergeräten usw., zugeführt werden, so daß alle Geräte genau das gleiche Eingangssignal erhalten. Darüber hinaus können auch in einfacher Weise Vorrichtungen vorgesehen sein, die ein besonderes Gleichspannungssignal hervorbringen, das die Abweichung des durch das Gleichspannungssignal wiedergegebenen, gemessenen Zustands von einem gewünschten Sollwert darstellt.

Bei derartigen Meß- und/oder Steuersystemen ist es häufig erwünscht, eine selbsttätige Alarmeinrichtung einzufügen, die beispielsweise durch Einschalten einer Signallampe oder Betätigung einer Glocke usw. das Bedienungspersonal davon in Kenntnis setzt, daß der gemessene Zustand um mehr als einen vorgegebenen Betrag von einem Sollwert abweicht. Wegen der heutzutage erforderlichen großen Genauigkeit bei der Steuerung von industriellen Vorgängen muß eine derartige Alarmvorrichtung innerhalb äußerst kleiner Grenzen zuverlässig arbeiten und sollte insbesondere eine »Reproduzierbarkeit« von nicht mehr als 1%, bezogen auf das obere Ende des Meßbereichs, besitzen. Mit anderen Worten sollte beispielsweise die einem Temperaturmeßsystem mit einem Meßbereich von 100° C zugeordnete Alarmeinrichtung in der Lage sein, anzusprechen, sobald die gemessene Temperatur um mehr als 1° C gegenüber einem vorgegebenen Sollwert ansteigt oder abfällt.

Es wurde bereits versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß ein Abweichgleichspannungssignal erzeugt und einem herkömmlichen Relais zugeführt Schaltungsanordnung
zum Anschluß an die Signalübertragungseinrichtung einer einen Gleichstrom liefernden Meß- und/oder Überwachungsanlage

Anmelder:

The Foxboro Company,
Foxboro, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. Henkel, Baden-Baden-Balg,

und Dr. rer. nat. W.-D. Henkel,
München 9, Eduard-Schmid-Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. September 1959 (Nr. 840 120)

David Arthur Richardson, Sheldonville, Mass.,
und Francis Joseph Ricker, Foxboro, Mass.

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

wird, das einen alarmauslösenden Stromkreis steuert. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die zur Zeit im Handel erhältlichen Relais innerhalb der erforderlichen engen Toleranzen nicht mit der genügenden Zuverlässigkeit arbeiten, wenn sie von einem derartigen Abweichgleichspannungssignal zum Ansprechen gebracht werden. Derartige Relais müssen äußerst genau dimensioniert sein, wenn sie mit Gleichstrom betrieben werden, zumal die Verwendung eines Gleich-Stromverstärkers aus bekannten Gründen unerwünscht ist. Schließlich sind derartige Anlagen nicht regelbar und daher nur sehr schwer an die jeweiligen Betriebsbedingungen oder Regelerfordernisse anpaßbar.

Gegenüber diesem Stand der Technik zeigt die Erfindung einen anderen Weg auf, der darin besteht, daß dem der Schaltungsanordnung von der Meßstelle

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aus zugeführten Istgleichstrom zwecks Hervorbrin- von Geräten in gleicher Weise verwendet werden

gung eines Abweichsignals ein entgegengerichteter Können.

Sollgleichstrom überlagert und dem auf diese Weise In diesen Geräten ist jeweils ein Widerstandsele-

erzeugten Abweichsignal wiederum ein pulsierender ment 18 bzw. 20 eingezeichnet, das den normalen Wechselstrom überlagert wird, der es periodisch 5 Eingangswiderstand der elektrischen Innenschaltung

unterbindet, so daß es in einem Wechselstromver- des Geräts darstellen soll. Der vom Übertrager abge-

stärker verstärkt und dann in gewünschter Weise gebene Strom fließt sowohl durch die Geräte 14 und

ausgenutzt werden kann. 16 als auch durch eine durch den Block 22 darge-

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung stellte Alarmeinrichtung, die, wie in Fig. 2 im einzelzum Anschluß an die Signalübertragungseinrichtung 10 nen dargestellt ist, einen Eingangswiderstand 24 aufeiner einen Gleichstrom liefernden Meß- und/oder weist, welcher einen Spannungsabfall hervorbringt, Überwachungsanlage, dessen Größe dem zu messen- dessen Größe von dem vom Übertrager 10 erzeugten den und/oder zu überwachenden Zustand entspricht, Gleichstrom abhängt. Der Widerstand 24 liegt in und zum Auslösen eines Alarmsignals bei Abwei- Reihe mit einem Potentiometer 26, das durch eine chung des Istwerts der Größe dieses Gleichstroms um 15 mit 28 bezeichnete regelbare Gleichspannungsquelle mindestens einen vorgegebenen Betrag von einem mit Strom versorgt wird. Dem als »Meßsignal« beSollwert, die gekennzeichnet ist durch einen einen zeichenbaren Spannungsabfall über dem Widerstand Widerstand der Signalübertragungseinrichtung ent- wirkt die als »Alarmauslösesignal« bezeichenbare haltenden Reihenkreis, bestehend mindestens aus Potentiometerspannung entgegen, wobei jeder Spaneinem Widerstand, einem Potentiometer, der Primär- 20 nungsunterschied zwischen diesen beiden Signalen wicklung eines Transformators, einem Gleichrichter dem einen Transformator 30, eine Gleichrichterdiode und einem zweiten Widerstand, in welchem nur dann 32, eine parallel mit einem Kondensator 36 geschalein Strom fließt, wenn der in der Signalübertragungs- tete zweite Gleichrichterdiode 34 und einen Widereinrichtung fließende Gleichstrom über den Wider- stand 38 aufweisenden Stromkreis zugeführt wird,
stand einen Spannungsabfall erzeugt, der eine diesem 25 Die Diode 34 und der Kondensator 36 gehören zu Reihenkreis zusätzlich aufgeprägte, dem Span- einem später noch näher erläuterten Temperaturkomnungsabfall über dem Widerstand entgegengerich- pensationskreis. Um die grundsätzliche Arbeitsweise tete Alarmauslöse-Bezugsgleichspannung über- bzw. der Alarmschaltung möglichst einfach verständlich unterschreitet, einen an diesen Reihenkreis ange- zu machen, werden in der unmittelbar folgenden Erkoppelten, über den Transformator eine pulsie- 30 läuterung die Diode 34 und der Kondensator 36 nicht rende Wechselspannung hervorbringenden Hilfskreis, berücksichtigt, d. h., es wird angenommen, daß der welche den Stromfluß im Reihenkreis periodisch Widerstand 38 durch Schließen eines durch die geunterbricht, indem sie den Gleichrichter in an sich strichelte Linie angedeuteten, gedachten Schalters 40 bekannter Weise periodisch entsprechend vorspannt, unmittelbar mit der Diode 32 verbunden ist.
und einen an den Transformator angekoppelten 35 Die Diode 32 ist so gepolt, daß nur dann ein Strom Wechselstromverstärker, der den im Alarmfall an durch den Kreis fließt, wenn das Alarmauslösesignal dem Transformator abnehmbaren, pulsierenden des Potentiometers 26 größer als das Meßsignal des Gleichstrom einer den Alarm auslösenden Einrich- Eingangswiderstands 24 ist. Dieser Strom tritt dann rung verstärkt zuführt. durch die Primärwicklung 42 des Transformators

Eine Weiterentwicklung dieses grundsätzlichen Er- 40 30 und durch den Widerstand 38, der außerdem

findungsgedankens besteht darin, daß der Reihenkreis durch einen aus einem Vorspanntransformator 44 mit

zusätzlich eine Temperaturkompensationsschaltung einer mittig angezapften Sekundärwicklung 46 und

aufweist. einer Primärwicklung 47 bestehenden Erregerkreis

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus mit periodisch wiederkehrenden halbwellenförmigen

der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung 45 Stromimpulsen versorgt wird. Die Primärwicklung 47

an Hand der Zeichnungen. Es zeigt wird mit Netzspannung gespeist, und die Sekundär-

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Meßsystems mit wicklung 46 ist über eine Gleichrichterdiode 48 und

einer erfindungsgemäßen Alarmeinrichtüng, Trennwiderstände 50, 52 mit dem Widerstand 38

Fig. 2 ein Einzelheiten der Alarmeinrichtung dar- verbunden. Die Diode 48 ist so geschaltet, daß die

stellendes Schaltbild und 50 pulsierende Vorspannung durch den Widerstand 38

Fig. 3 eine den pulsierenden Stromüuß durch den dem durch die Diode 32 durchgelassenen Strom ent-

Alarmkreis darstellende graphische Darstellung. gegenfließt, so daß der Strom durch die Diode 32

In Fig. 1 ist schematisch ein industrielles Meß- ebenfalls pulsiert.

system dargestellt, dessen Übertrager 10 einen Gleich- Dieser Zusammenhang ist noch deutlicher in strom hervorbringt, dessen Größe einem bestimmten 55 Fig. 3 dargestellt, in der die Spannung über der Diode Zustand, beispielsweise einer gemessenen Temperatur 32 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist. Bei oder einem gemessenen Druck entspricht. Dieser der in dieser Darstellung wiedergegebenen Lage ist Übertrager kann an sich beliebiger Art sein und bei- das Meßsignal des Widerstands 24 kleiner als das spielsweise eine Kompensationseinrichtung sein. Der Alarmauslösesignal des Potentiometers 26, so daß der Gleichspannungsausgang dieses Übertragers wird 60 Diode 32 normalerweise eine durch die über den geüber eine, wie durch den gestrichelten Abschnitt an- strichelten Abschnitten eingezeichnete waagerechte gedeutet, sehr lange Übertragungsdoppelleitung 12 Linie 54 dargestellte »positive« Spannung zugeführt der Reihe nach mehreren Instrumenten 14 und 16 wird. Diese positive Spannung wird jedoch periodisch zugeführt, die normalerweise in einer Steuerzentrale von einer negativen Halbwelle 56 überlagert, die von angeordnet sind. Die in der Zeichnung dargestellten 65 dem durch die Diode 48 erzeugten pulsierenden Geräte sind als Steuereinrichtung und als Registrier- Strom durch den Widerstand 38 herrührt. Die Amgeräte bezeichnet, doch soll es sich bei diesen An- plitude dieser negativen Spannung ist wesentlich gaben nur um Beispiele handeln, da andere Arten größer als die Amplitude der der Diode 32 normaler-

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weise zugeführten positiven Spannung und sperrt Die Diode 34 ist an die Diode 32 »angepaßt«,

diese während praktisch jeder zweiten Halbwelle der d. h., beide Dioden haben praktisch gleiche Tempe-

überlagerten Wechselspannung. raturcharakteristiken. Wenn die Temperatur dieser

Der Transformator 30 wird daher immer dann Dioden zunimmt, verringern sich ihre Widerstände, durch einen pulsierenden Strom erregt, wenn das 5 und beide Dioden werden besser stromleitend. Nun Meßsignal des Widerstands 24 negativer wird als das sind die Dioden 34 und 62 aber so gepolt, daß der Alarmauslösesignal des Potentiometers 26. Die Am- vom Transformator 44 erzeugte Strom den Kondenplitude dieses pulsierenden Stroms ist proportional sator36 mit einer dem Stromfluß durch die Diode dem Unterschied zwischen dem Meß- und dem Aus- 32 entgegenwirkenden Polarität auflädt. Die Entlösesignal. Da darüber hinaus die halbwellenförmige io ladezeit des Kondensators 36 ist groß gegenüber der Überlagerungsspannung 56 wesentlich größer ist als Impulslänge, so daß über dem Kondensator 36 eine die Abweichspannung 54, beeinflussen etwaige ge- praktisch unveränderte Spannung bestehen bleibt, die ringe Schwankungen in der Amplitude der Uberlage- durch geeignete Wahl der Widerstände 52 und 64 rungsspannung die Amplitude des dem Transforma- gleich dem Spannungsabfall über der Diode 32 bei tor 30 zugeführten pulsierenden Signals nicht merk- 15 einer Signalstärke gemacht wird, bei welcher der lieh, so daß der Vorspannungstransformator 44 un- Alarm ausgelöst wird. Da im Augenblick der Ausmittelbar vom Netz gespeist werden kann, ohne daß lösung des Alarms die Spannungsabfälle über den irgendwelche Wechselspannungs-Regeleinrichtungen Dioden 32 und 34 im wesentlichen gleich groß, jeerforderlich sind. doch von umgekehrter Polarität sind, wird die Ten-

Der vom Transformator 30 erzeugte pulsierende 20 denz der Diode 32, bei höherer Temperatur mehr Strom wird einem Wechselspannungs-Transistor-Ver- Strom zu leiten, durch die entsprechend vergrößerte stärker/I zugeführt. Da dieser Verstärker in her- Stromleitung durch die Diode 34 auf Grund der kömmlicher Weise geschaltet sein kann, ist sein Auf- höheren Temperatur kompensiert,
bau nicht näher erläutert. Der Ausgangstrom dieses Der Temperaturkompensationskreis braucht nicht Verstärkers wird der Spule eines herkömmlichen Re- 25 durch den Vorspanntransformator 44 mit Wechsellais 58 zugeführt, dessen Kontakte 60 in den Erreger- strom gespeist zu werden, sondern kann auch durch kreis einer Alarmanlage, beispielsweise einer Klingel- eine Gleichspannungsquelle mit Spannung versorgt anlage od. dgl., eingeschaltet werden können. Wenn werden.

demnach das beim Widerstand 24 auftretende Meß- Außerdem kann an Stelle der Gleichrichterdiode

signal merklich unter die Größe des am Potentiometer 30 34 des Temperaturkompensationskreises ein Netz-

26 erzeugten Alarmauslösesignals fällt, betätigt das werk mit negativem Temperaturkoeffizienten geeig-

hierdurch erzeugte, im Verstärker A verstärkte neter Temperaturcharakteristik verwendet werden.

Wechselspannungssignal das Relais 58, wodurch der Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich,

Alarm ausgelöst wird. daß die Größen der im Erregerkreis für die Diode 34

In dem eingangs kurz erwähnten, in der vorstehen- 35 eingeschalteten Schaltelemente auf die Charakteden grundsätzlichen Beschreibung jedoch außer acht ristiken der Dioden 32 und 34 abgestimmt sein müssen gelassenen Temperaturkompensationskreis werden die damit eine genaue Kompensation der temperatur-Diode 34 und der Kondensator 36 über eine weitere bedingten Widerstandsänderungen der Diode 32 ge-Gleichrichterdiode 62 einschließlich den zugehörigen währleistet ist. In dieser Beziehung haben sich Trennwiderständen 64 und 52 durch den Vorspann- 40 Alarmeinrichtungen mit einem Widerstand 24 von transformator 44 mit Spannung versorgt. Diese über 100 Ω, einem Potentiometer 26 von 1 kQ, einem der Diode 34 und dem Kondensator 36 erzeugte Widerstand 38 von 2 kQ, Widerständen 50, 52 und Spannung prägt der den Transformator 30 enthal- 64 von 47 kQ, Dioden 32 und 34, Dioden 48 und 62 tenden Reihenschaltung eine sich in Abhängigkeit normaler Ausführung und einem Kondensator 36 von von Temperaturschwankungen der Diode 34 an- 45 50 //F als zufriedenstellend erwiesen,
dernde Vorspannung auf. Genauer gesagt wird die Die beschriebene Alarmvorrichtung ist eine UnterDiode 34 in den Halbperioden, in denen durch die wertsignaleinrichtung, d. h., der Alarm wird ausDiode 32 ein Strom fließen kann, vom Transfer- gelöst, wenn die Größe des Meßsignals merklich mater 44 her an Spannung gelegt, wodurch sich der unter die Größe des Alarmauslösesignals fällt. Die parallel liegende Kondensator 36 auf die dem Span- 50 Einrichtung kann jedoch durch Umkehrung der nungsabfall über der Diode 34 entsprechende Span- Polung der einzelnen Dioden genausogut als Übernung auflädt. Da bei den in Frage kommenden Span- wertsignaleinrichtung ausgeführt werden. In mannungen der Widerstand der Diode 34 in Rückwärts- chen Geräten werden doppelte Einheiten eingebaut, richtung praktisch unendlich groß ist, entlädt sich die einen Alarm auslösen, wenn der gemessene Zuder Kondensator 36 in der nächsten Halbperiode 55 stand entweder einen zu niedrigen oder einen zu nicht merklich. Die die Hauptdiode 32 passierenden hohen Wert annimmt.

Impulse kufen trotz der gegengepolten Diode 34 Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtdurch den Temperaturkompensationskreis, da der lieh, daß die Erfindung die eingangs aufgezeigten Kondensator 36 gegenüber diesen Impulsen als ver- Ziele erreicht und eine gegenüber den bisher behältnismäßig niederohmiger Widerstand wirkt, d. h. 60 kannten Alarmeinrichtungen verbesserte Alarmeindurch diese Impulse entladen werden kann. heit schafft. Das erfindungsgemäße Gerät ist einfach

Wenn also eine Temperaturänderung auftritt, gebaut, arbeitet genau und zuverlässig und läßt sich welche eine Änderung der Größe der durch die zusammen mit billigen Wechselspannungsverstärkern, Diode 32 hindurchtretenden Stromimplse bewirkt, beispielsweise Transistorverstärkern, verwenden,
erfolgt gleichzeitig eine Änderung der Höhe der über 65 Obwohl in der vorstehenden Beschreibung eine dem Kompensationskreis aufgebauten Vorspannung, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einweiche der Änderung des Widerstandes der Diode 32 zelnen erläutert wurde, sei darauf hingewiesen, daß entgegenwirkt. diese Beschreibung nicht erschöpfend oder begren-

zend sein soll, sondern daß sie nur die Erfindung beschreiben und dem Fachmann ein Mittel an die Hand geben soll, das den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden kann, so daß die erläuterte Ausführungsform auf mannigfache Weise abgewandelt werden kann, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung zum Anschluß an die Signalübertragungseinrichtung einer einen Gleichstrom liefernden Meß- und/oder Überwachungsanlage, dessen Größe dem zu messenden und/ oder zu überwachenden Zustand entspricht, und zum Auslösen eines Alarmsignals bei Abweichung des Istwerts der Größe dieses Gleichstroms um mindestens einen vorgegebenen Betrag von einem Sollwert, gekennzeichnet durch einen einen Widerstand (24) der Signalübertragungseinrichtung (12) enthaltenden Reihenkreis, bestehend mindestens aus einem Widerstand (24), einem Potentiometer (26), der Primärwicklung (42) eines Transformators (30), einem Gleichrichter (32) und einem zweiten Widerstand (38), in welchem nur dann ein Strom fließt, wenn der in der Signalübertragungseinrichtung (12) fließende Gleichstrom über den Widerstand (24) einen Spannungsabfall erzeugt, der eine diesem Reihenkreis (bei 26) zusätzlich aufgeprägte, dem Spannungsabfall über dem Widerstand (24) entgegengerichtete Alarmauslöse-Bezugsgleichspannung über bzw. unterschreitet, einen an diesen Reihenkreis angekoppelten, über den Transformator (44) eine pulsierende Wechselspannung hervorbringenden Hilfskreis (50, 48, 46, 52), welche den Stromfluß im Reihenkreis periodisch unterbricht, indem sie den Gleichrichter (32) in an sich bekannter Weise periodisch entsprechend vorspannt, und einen an den Transformator (30) angekoppelten Wechselstromverstärker (A), der den im Alarmfall an dem Transformator (30) abnehmbaren, pulsierenden Gleichstrom einer den Alarm auslösenden Einrichtung (58, 60) verstärkt zuführt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenkreis (24, 26, 42, 30, 32, 38) zusätzlich eine Temperaturkompensationsschaltung (34, 36) aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensation durch einen dem Gleichrichter (32) gegensinnig gepolten zweiten Gleichrichter (34) erfolgt, dessen Temperaturcharakteristik gleich der des Gleichrichters (32) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine den Gleichrichter (34) mit Strom vorgegebener Amplitude versorgende Stromquelle (44) sowie einen parallel zu dem Gleichrichter (34) geschalteten Überbrückungskondensator (36) aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 041 397;
deutsche Patentschrift Nr. 824 365;
Dr. W. Stäblein, »Die Technik der Fernwirk-

anlagen«, R. Oldenbourg, München und Berlin, 1934,

S. 217, 218.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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