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Induktiver Grenzwertabgriff für Meßinstrumente Die Erfindung betrifft
einen induktiven Grenzwertabgriff für Meßinstrumente mit zeigerähnlich bewegbaren
Auslenkorganen mit zwei richtungsabhängig beeinflußten Oszillatoren zur Grenzwertanzeige.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwischen den beiden Rückkopplungsspulen
der beiden Oszillatoren eine gemeinsame, weitere Rückkopplungsspule koaxial angeordnet
ist, die bei Durchgang des Auslenkorgans mittels der Abschirmung zunächst bezüglich
der einen, dann bezüglich der anderen in entsprechender zeitlicher Reihenfolge entkoppelt
ist.
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Bekannte induktive Grenzwertabgriffe als Bestandteile von Meßgeräten
mit Auslenkorganen weisen als Initiator normalerweise einen Oszillator auf, dessen
Rückkopplung mittels eines am Auslenkorgan des Meßinstrumentes angebrachten Fähnchens
veränderbar ist. Meistens liefert der Oszillator im unbeeinflußten Betriebszustand
eine hochfrequente Wechselspannung, die dann verschwindet, wenn das Fähnchen zwischen
den Rückkopplungsspulen hindurchtritt. Durch Gleichrichtung und Glättung kann die
Ausgangsgröße dann in einfacher Weise in elektrische Ja- und Nein-Signale umgeformt
werden, die auf die Schaltelektronik einwirken. In bekannter Weise kann letztere
als monostabile Kippstufe eine mit Transistoren bestückte Schmitt-Triggerschaltung
aufweisen. welcher als weiteres Glied in der Wirkungskette ein zur Betätigung eines
Relais eingesetzter Verstärkertransistor folgt. Bei derartig aufgebauten an sich
bekannten Schaltungsanordnungen für einen induktiven Grenzwertabgriff ist der Warnbereich
durch die Breite des am Auslenkorgan angebrachten Fähnchens bestimmt, welches aus
visuellen Gründen nicht zu großflächig und mit Rücksicht auf das Betriebsverhalten
nicht zu schwer sein soll. Es ist deshalb auch üblich, bei begrenzter Breite des
Fähnchens bei dei Grenzmarke einen Anschlag vorzusehen, der bei überschreiten dieser
Marke das Auslenkorgan in einem der Breite des Fähnchens entsprechenden Bereich
festhält. Liegt jedoch das Ausschlagorgan an dem Anschlag,.dann kann der wahre Meßwert
nicht angezeigt oder registriert werden.
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Der nach seinem funktionellen Aufbau geschilderte Oszillator kann
schaltungstechnisch, wie in F i g. 1
gezeigt, verwirklicht werden. Die Betriebsspannung
UB, die von der Klemme 2 zur Klemme 1 gerichtet ist, liegt
einerseits an einem aus den Widerständen 3 und 4 bestehenden Spannungsteiler
und andererseits an der aus einer Spule 5, der Kollektor-Emitter-Strecke
eines Transistors 6 und einem Widerstand 7 zusammengefügten Reihenschaltung.
Der Mittelpunkt des Spannungsteilers 3, 4 ist mit der Basis des Transistors
6 verbunden, welche zudem über einen eine Spule 8 und einen Kondensator
9 aufweisenden Reihenschwingkreis mit dem Emitter gekoppelt ist. Die Spulen
5 und 8 stellen die Rückkopplungsspulen der Anordnung dar, mittels
deren der Oszillator durch das am Auslenkorgan des Meßinstrumentes angebrachte Fähnchen
beeinflußbar ist. Die geforderten, an den Klemmen 12 und 13 abnehmbaren Gleichstromsignale
werden mit Hilfe des Gleichrichters 10 und des Kondensators 11 erhalten.
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Faßt man in bekannter Weise zwei Oszillatoren mit je zwei Spulen
zusammen und führt man deren Signalspannungen je einem der beiden Eingänge
eines bistabilen Multivibrators züi, so ergibt sich bei aufeinanderfolgender Abdeckung
der beiden Spulenpaare ein richtungsabhängiger Grenzwertabgriff. Hierbei ist jedem
der durch den Grenzwert geteilten Ausschlagsbereiche des Meßinstrumentes eine eindeutige
Schaltstellung des Relais zugeordnet. Bei einer bekannten Schaltung dieser Art ist
die Einbaugröße einer Grenzmarke durch die beiden entlang der Bewegungsbahn des
Zeigerfähnehens angeordneten Spulenpaare festgelegt. Unbefriedigend ist insbesondere
die Baubreite, die die Freizügigkeit der Einstellung der Grenzmarke entlang der
Skala einschränkt. Ein durch zwei Grenzmarken festgelegter Ausschlagsmittelbereich
kann beispielsweise nicht beliebig klein gewählt werden, da die Grenzmarken nur
bis zu ihrer Berührung gegeneinander geführt werden können. Der nicht mehr weiter
zu verkleinernde Ausschlagsmittelbereich ist dabei durch die beiden außenliegenden
Spulenpaare begrenzt. Darüber hinaus hat der Aufbau solcher Grenzmarken mit nebeneinanderliegenden
Spulenpaaren den Mangel, daß die Schaltzeitpunkte
in den beiden
Durchlaufrichtungen unterschiedlich sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen induktiven Grenzwertabgriff mit zwei richtungsabhängig
beeinflußten Oszillatoren werden die mit der Bauweise der Grenzmarken zusammenhängenden
Nachteile vermieden.
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Die Erfindung wird an Hand der F i g. 2 bis 4 näher erläutert.
In F i g. 2 ist als Beispiel schematisch eine Möglichkeit für die Anordnung
der drei Rückkopplungsspulen 15, 20 und 25 dargestellt und außerdem
veranschaulicht, wie das zwei Abdeckplättchen 16 und 17 aufweisende
Fähnchen beispielsweise am Zeiger 18 eines Meßinstrumentes angebracht ist.
In F i g. 3 ist die Zusammenschaltung zweier Oszillatoren, die im Prinzip
dem in F i g. 1 dargestellten Oszillator entsprechen, wiedergegeben. In F
i g. 4 ist schließlich die Gesamtschaltung eines induktiven Grenzwertabgriffes
nach der Erfindung gezeigt. Bei der Erläuterung insbesondere der F i g. 4
werden weitere Vorteile dargelegt.
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Die in F i g. 3 zusammengeschalteten Oszillatoren unterscheiden
sich im wesentlichen von der in F i g. 1
dargestellten Ausführung durch die
Ausbildung der Emitter und Basis der Transistoren verbindenden Reihenschwingkreise.
Es ist nämlich für beide Schwingkreise gemeinsam nur eine Spule, und zwar die Rückkopplungsspule
20, verwendet, undzwischen sie und die Anschlüsse der Transistoren 21 und 22 sind
jeweils ein, insgesamt also vier Kondensatoren 23, 24, 26 und
27 eingefügt. Die Aufteilung der Kapazität eines jeden Reihenschwingkreises
auf zwei beidseitig der gemeinsamen Induktivität angeordnete Kondensatoren dient
der Gleichstromentkopplung. Beide Teile der Schaltung haben besondere Eingänge
28, 29 und besondere Ausgänge 30 und 31. Legt man nur einen
der Eingänge 28 und 29 an die Betriebsspannung, so wird nur einer
der beiden Oszillatoren in bekannter Weise betrieben. Versorgt dagegen ein und dieselbe
Spannungsquelle beide Eingänge, so schwingen bei gleicher Phasenlage beide Oszillatoren,
bei entgegengesetzter Phasenlage keiner.
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In F i g. 4 wird gezeigt, wie der Initiator nach F i
g. 3 mit einem Transistor-Flip-Flop und einem Transistorschaltverstärker
zur Gesamtschaltung eines Grenzwertabgriffes vereinigt ist. Die Initiatorschaltung
sowie die Flip-Flop-Schaltung mit den Transistoren 35 und 36 erhalten
die Betriebsspannung von den Klemmen 37 und 38 über die Widerstände
39
und 40. Leitet einer der Transistoren 35 und 36, so sinkt
die Betriebsspannung der entsprechenden Initiatorhälfte um den Spannungsabfall am
Widerstand 39 bzw. 40. Die Restspannung reicht dann nicht mehr aus, den Oszillator
dieser Hälfte schwingen zu lassen. Durch diese Maßnahme wird das bistabile Verhalten
des Flip-Flops auch dem Initiator aufgedrückt. Ein Signal, das nach Gleichrichtung
mittels eines gegenüber dem Gleichrichter 10 in F i g. 1 entgegengesetzt
gerichteten Gleichrichters 10 a
am Ausgang 30 der einen Seite
des Initiators erscheint, beeinflußt die Basis des Transistors 36, während
ein ebenfalls gleichgerichtetes Signal am Ausgang 31 der anderen Seite des
Initiators die Basis des Transistors 35 beaufschlagt. Jede Seite des Initiators
steuert dabei also die andere Seite des Flip-Flops an. Die Basis des Transistors
35 ist außerdem unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 41 mit der Eingangsklemme
38 verbunden, die Basis des Transistors 36 ebenso über einen Widerstand
42. Die Emitter dieser Transistoren sind gemeinsam über einen Widerstand 43 an die
gleiche Klemme angeschlossen. Vom Kollektoranschluß des Transistors 36 wird
der Schaltteil angesteuert, welcher im wesentlichen einen Transistor 44 und drei
in üblicher Weise angeordnete Widerstände 45 bis 4.7 besitzt. Im Kollektor-Emitter-Kreis
dieses Transistors ist ein mechanisches Relais 48 eingefügt, welchem eine sogenannte
Freilaufdiode 50 parallel geschaltet ist. Diese Diode verhindert das Auftreten
von Spannungsspitzen beim Schalten des Relais und damit die Beschädigung oder Zerstörung
des Transistors 44. Das Relais 48 mit seinem Hilfskontakt 49, der als Wechsler ausgeführt
ist, kann zwei verschiedene Schaltstellungen einnehmen und in Ab-
hängigkeit
davon ein Signal oder einen Befehl abgeben.
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Bei der Erläuterung der Wirkungsweise werden die F i g. 4 unter
Zuhilfenahme von F i g. 3 und außerdem F i g. 2 gemeinsam betrachtet.
Es sei zunächst angenommen, daß die linke Seite des Transistor-Flip-Flops, also
der Transistor 35 leitend sei. Durch den Spannungsabfall am Widerstand
39 ist die Betriebsspannung der linken Seite des Initiators mit dem Transistor
21 verringert, so daß diese Seite nicht schwingen kann. Zur gleichen Zeit ist der
Transistor 36 gesperrt. Die rechte Seite des Initiators mit dem Transistor
22 liegt dabei über den Widerstand 40 praktisch an der vollen, den Eingangsklemmen
37
und 38 zugeführten Speisespannung, so daß dieser Teil schwingt.
Der Ausgang 31 führt dabei ein Signal, welches auf die Basis des Transistors
35 einwirkt und diesen leitend hält. In diesem Schaltzustand ist auch das
Relais 48 über den Transistor 44 erregt, weil dessen Basis bei Ausbleiben eines
nennenswerten Spannungsabfalles am Widerstand 40 in Richtung auf negative Werte
vorgespannt ist. Bei Verminderung der Kopplung zwischen den Spulen 20 und
25 hört die rechte Seite des Initiators mit dem Transistor 22 auf zu schwingen.
Die Gleichspannung am Signalausgang 31 dieser Seite -setzt dabei aus, und
der Transistor 35 sperrt. Der über den Widerstand 31a, den Signalausgang
31, die Diode, die Spule 25 und den Widerstand 40 fließende Strom
reicht nämlich nicht aus, den Transistor 35 offenzuhalten. Bei ausbleibendem
nennenswertem Spannungsabfall am Widerstand 39 erhöht sich die Betriebsspannung
der linken Seite des Initiators mit dem Transistor 21 entsprechend, so daß diese
Seite ins Schwingen kommt. Dabei steuert die Gleichspannung am Signalausgang
30 die Basis des Transistors 36 in dem Sinne an, daß dieser leitend
wird. Der Transistor 44 wird dabei undurchlägsig, und das Relais 48 fällt ab, wobei
es seine Schaltstellung wechselt.
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Es sei festgehalten, daß die Schaltung jeweils dann kippt, wenn die
induktive Kopplung zwischen der Spule 20 und derjenigen der Spulen 15, 25
geschwächt wird, welche in der gerade schwingenden Seite des Initiators angeordnet
ist. Es sei zur F i g. 2 zurückgekehrt. Stehen Schaltstellung des Relais
und Ausschlagsbereich des Zeigers 18 in der geforderten eindeutigen Zuordnung,
so bewirkt jeweils das zuletzt zwischen den Spulen hindurchtretende Abdeckplättchen
des Zeigers 18 das Kippen der Schaltung. Wenn der Zeiger 18 aus dem
Normalbereich, dem die Normalstellung des Relais zugehört, in Pfeilrichtung in den
Warnbereich übertritt, wird bei richtiger Schaltstellung des Relais das Abdeckplättchen
17 die Anordnung zum Kippen bringen. Nimmt das Relais
jedoch
im Normalbereich des Zeigers 18 dei Warnschaltstellung ein, so wird beim
überwechseln des Zeigers 18 ein zweimaliges Kippen der Anordnung bewirkt.
Ein einmaliges überfahren der Grenzmarke genügt demnach, die Eindeutigkeit der Zuordnung
herzustellen. Man kann die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 4 unsymmetrisch
auslegen, so daß bei Inbetriebnahme zunächst immer der Warnzustand gegeben ist.
Außerdem soll im Warnzustand das Relais 48 abgefallen sein, so daß sowohl bei Leitungsbruch
als auch bei Spannungsausfall eine Warnung erfolgt.
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Ein beträchtlicher Vorteil des Ausführungsbeispiels nach der Erfindung
besteht darin, daß für den Initiator und die Schaltelektronik nicht mehr wie bei
den bekannten Anordnungen getrennte Spannungsquellen erforderlich sind, sondern
die Gesamtschaltung mit ein und derselben Betriebsspannung betrieben werden kann.
Weiterhin ist es möglich, mehrere erfindungsgemäße Anordnungen parallel an die gleiche
Spannungsquelle anzuschließen, was bei den bekannten Schaltungen ebenfalls nicht
ohne weiteres erreicht werden kann. Infolge des raumsparenden Aufbaues läßt sich
die erfindungsgemäße Grenzmarke leicht über die ganze Skala einstellen, und außerdem
kann man sehr schmale Skalenbereiche abgrenzen, wenn man zwei Grenzmarken bis zur
Berührung gegeneinander führt.