DE1256320B - UEberspannungs-Anzeigeschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIr

Deutsche KL: 2Ie-36/01

Nummer: 1256 320

Aktenzeichen: E 27984IX d/21 e

Anmeldetag: 20. Oktober 1964

Auslegetag: 14. Dezember 1967

Die Erfindung betriSt eine Überspann ungs-Anzeigeschaltung, welche anzeigt, sobald eine anliegende Klemmenspannung einen vorgegebenen Schwellwert von beiderlei Polarität übersteigt.

In elektrischen Meßanordnungen finden häufig Brückenschaltungen Anwendung. Hierbei liegen in zwei benachbarten Zweigen der Brückenschaltung ein Meß- bzw. Fühlelement und ein Bezugselement, wobei nur das Meßelement auf die Meßgröße anspricht. Über die beiden Elemente wird eine Betriebsspannung angelegt; das Ausgangssignal wird mittels eines Meßgeräts zwischen dem Knotenpunkt der beiden Elemente und dem gegenüberliegenden Punkt der Brücke gemessen. Eine derartige Anordnung besitzt den Vorteil, daß es sich um ein abgeglichenes System handelt, bei welchem sich Nullpunktverschiebungen und anderweitige Störeinflüsse aufheben.

Derartige Anordnungen dienen häufig zur Messung von Größen bzw. Zuständen, welche über einen verhältnismäßig großen Bereich hin veränderlich ao sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Ausgangsmeßgerät seinen Vollausschlag schon bei einem innerhalb dieses Variabilitätsbereichs der Meßgröße liegenden Punkt erreicht. Als Beispiel für eine derartige Anordnung kann ein automatisches Methan-Nachweisgerät, wie es in Bergwerken Anwendung findet, dienen. Hierbei ist es erwünscht, die Methankonzentration bis zu einem Wert von beispielsweise 3% verhältnismäßig genau bestimmen zu können; oberhalb dieser Konzentration ist der jeweilige genaue Betrag des Methangehalts ohne Interesse, und es muß nur gewährleistet sein, daß bei Zuständen oberhalb dieser Grenze eine Warnleuchte oder sonstige Warnvorrichtung betätigt wird.

Bei einer derartigen Anordnung besteht die Möglichkeit, daß eine Störung in der Schaltung auftritt, beispielsweise kann eines der Elemente durchbrennen. Ein derartiger Zustand hätte ein Signal zur Folge, das einer extrem hohen Methankonzentration entspricht, beispielsweise von mehreren 100% Methangehalt. Da jedoch der Anzeige- und Ablesebereich des Meßgeräts nur bis zu der erwähnten Grenze von beispielsweise 3 °/o reicht, wäre eine derartige Schaltungsstörung nicht von einem echten Gefahrenzustand mit hoher Methankonzentration, beispielsweise von 5%, unterscheidbar, und die Warnlampe oder sonstige Warnvorrichtung würde betätigt.

Dies stellt einen offensichtlichen Nachteil dar, und es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Möglichkeit, zwischen echten Meßsignalen, welche den Voll- go ausschlag des Meßgeräts übersteigen, einerseits und den wesentlich größeren Fehlersignalen beim Auf-Überspannungs-Anzeigeschaltung

Anmelder:

The English Electric Company Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Ronald Cyril Dayson,
Stafford, Staffordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 22. Oktober 1963 (41585)

treten einer Schaltungsstörung andererseits zu unterscheiden. Dies läßt sich mittels einer Schaltungsfehler-Nachweisschaltung erreichen, die parallel zu dem Meßgerät geschaltet wird und anzeigt, wenn die anliegende Spannung einen vorgegebenen Betrag beliebiger Polarität übersteigt. Für eine derartige Stör-Anzeigeschaltung sind folgende Eigenschaften erwünscht: Bei der vorgegebenen Schwellspannung soll sie verhältnismäßig scharf einsetzend ansprechen; sie soll einen niedrigen Sperrstrom haben, um die Genauigkeit des Meßgeräts im normalen Betriebszustand möglichst wenig zu beeinflussen; sie soll für Spannungen beliebiger Polarität anwendbar sein und aus der für die Brückenschaltung vorgesehenen Stromversorgung ohne zusätzliche eigene Stromquellen betrieben werden können.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine derartige Überspannungs-Anzeigeschaltung geschaffen werden, welche anzeigt, sobald eine anliegende Klemmenspannung einen vorgegebenen Schwellwert beliebiger Polarität übersteigt, und die sich als Schaltung zum Nachweis von Schaltungsstörzuständen der erwähnten Art eignet.

Gemäß der Erfindung weist eine derartige Schaltung zwei Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp auf, deren sämtliche einander entsprechende Elektroden jeweils miteinander verbunden sind, wobei die in dieser Weise parallelgeschalteten

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Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Transistoren so eingestellt werden, daß jede geringfügige Ungleichin Reihe mit einer Überspannungsanzeigevorrichtung, heit zwischen den Kenngrößen der Elemente 13 und beispielsweise einer Warnlampe, zwischen den beiden 14 ausgeglichen wird. Ist jedoch Methan in der Gas-Spannungsklemmen liegen und die Basiselektroden atmosphäre vorhanden, so findet an der Oberfläche der beiden Transistoren über einen gemeinsamen 5 des Elements 13 die obenerwähnte katalytische Wir-Widerstand mit einem Punkt in der Verbindungs- kung statt, wodurch dessen Temperatur und Widerleitung zwischen den Kollektoren der Transistoren stand ansteigen. Das nicht mit dem Katalysator über- und der mit diesen entweder direkt oder über die zogene Element 14 wird durch das Methan nicht Warnvorrichtung verbundenen Spannungsklemme beeinflußt, und seine Temperatur und sein Widerverbunden sind. ίο stand werden daher durch das Methan nicht un-

Die Überspannungs-Nachweissehaltung gemäß der mittelbar beeinflußt. Die Zunahme des Widerstands Erfindung eignet sich bevorzugt zur Überwachung des Elements 13 verringert jedoch den Stromfluß einer vierzweigigen Brückenschaltung, welche in zwei durch das Element 14 und damit seinen Widerstand, benachbarten Zweigen ein Meßelement und ein Die Gegenwart von Methan bewirkt daher, daß zwi-Bezugselement aufweist, über welchen die Speise- 15 sehen den Abgriffen an den Widerständen 12 und 15 spannung der Brücke anliegt; zu diesem Zweck ist eine Potentialdifferenz auftritt. Das Meßgerät 17 zeigt gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfin- die Größe dieses Potentialunterschieds an, der in Bedung vorgesehen, daß die Überspannungs-Nachweis- ziehung zum Unterschied der Widerstände der beiden schaltung die Klemmenspannung zwischen dem Elemente 13 und 14 und damit zu der Konzentration Knotenpunkt der beiden Elemente (13 bzw. 14) und 20 des Methans in der Atmosphäre steht. Normale dem gegenüberliegenden Knotenpunkt der Brücke Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflussen überwacht. . beide Elemente 13 und 14 in gleicher Weise und beinsbesondere eignet sich die Überspannungs- wirken daher keine Veränderung der Anzeige des Nachweisschaltung zur Überwachung einer zum Meßgeräts. Das Potential des Abgriffs an dem Nachweis eines brennbaren Gases in einer Gas- 35 Widerstand 15 kann auch einem (nicht dargestellten) atmosphäre dienenden Brückenschaltung. Verstärker mittels Anschlußleitungen 21 und 22 zü-

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung geführt werden und, nach Verstärkung, zur Befätiergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier gung einer Warnleuchte dienen, welche eine hohe Ausführungsbeispiele einer elektrischen Schaltungs- Methankonzentration anzeigt. Die Methan-Nachweisanordnung gemäß der Erfindung; die Beschreibung 30 schaltung als solche bildet nicht den Gegenstand der erfolgt an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt vorliegenden Erfindung.

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Verwendung Die Schaltung 18 und die Lampe 19 dienen als

für den Nachweis von Methan in einer Gasatmo- Anzeige, falls das eine oder das andere von den EIe-

sphäre, menten 13 und 14 ausfallen sollte. Die Schaltung 18

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung für den gleichen 35 weist einen pnp-Transistor 23 und einen npn-Transi-

Zweck nach einer Alternativausführungsform. stör 24 auf, deren Basiselektroden miteinander und

In Fig. 1 sind zwei Batterien 10 und 11 in Reihe über einen Widerstand 25 mit der Anzapfung des mit einem Widerstand 12 zur Speisung von zwei Widerstands 15 verbunden sind. Die Kollektorelek-Platin-Widerstandsheizelementen 13 bzw. 14, die mit- troden beider Transistoren sind gemeinsam mit der einander über einen Widerstand 15 in Reihe liegen, 40 Lampe 19, die Emitterelektroden der beiden Transigeschaltet. Die Platinheizelemente 13 und 14 werden stören gemeinsam mit dem Abgriff an dem Widerais identisch vorausgesetzt und sollen für jede be- stand 12 verbunden. Im normalen Betriebszustand, liebige gegebene Temperatur den gleichen Nenn- wenn beide Elemente 13 und 14 den gleichen Widerwiderstand besitzen. Das Element 13 ist jedoch da- stand besitzen, haben sämtliche Elektroden der durch aktiviert, daß der Draht, aus welchem es 45 Transistoren das gleiche Potential, und die Transiaufgebaut ist, mit Teilchen einer Platin enthaltenden stören sind daher gesperrt, derart, daß kein Strom Substanz überzogen ist. Falls die das Element 13 durch die Lampe 19 fließen kann. Falls nun beiumgebende Atmosphäre Methangas enthält, so wirkt spielsweise das Element 13 ausfällt, so wird eine das Platin in dem Überzug auf dem Element 13 als hohe Potentialdifferenz zwischen den Abgriffen der ein Katalysator für die Verbrennung des Methans, 50 Widerstände 12 und 15 auftreten, derart, daß die wodurch die Temperatur des Elements 13 und damit Basis- und Kollektorelektroden der Transistoren 23 sein Widerstand ansteigen. Das Element 14 ist nicht und 24 positiv gegenüber den Emitterelektroden in dieser Weise aktiviert. Beide Elemente sind in werden. Der Transistor 24 wird daher einen Strom gleichartige poröse Behälter 16 eingeschlossen, durch durch die Lampe 19 fließen lassen, zur Anzeige, daß welche die Gasatmosphäre frei diffundieren kann. 55 eines der Elemente ausgefallen ist. Der Transistor 23 Zwischen einstellbaren Anzapfungen auf den Wider- bleibt gesperrt. Fällt an Stelle des Elements 13 das ständen 12 und 15 liegt ein empfindliches Meßgerät Element 14 aus, so werden die Basis- und Kollektor-17. Parallel zu dem Meßgerät 17 ist ein Transistor- elektroden der Transistoren negativ bezüglich ihrer kreis 18 in Reihe mit einer Lampe 19 geschaltet. Der Emitterelektroden, wodurch der Transistor 23 in den Zweck der Schaltung 18 und der Lampe 19 wird 60 leitenden Zustand gelangt und wiederum Strom durch weiter unten noch beschrieben. die Lampe 19 fließen läßt. Der Transistor 24 bleibt

Im Betrieb sind die Elemente 13 und 14 in den hierbei gesperrt. Der Wert des Widerstands 25 ist so

Behältern 16 der Atmosphäre ausgesetzt. Ist kein gewählt, daß, wenn einer der beiden Transistoren

Methan vorhanden, so werden beide Elemente 13 leitend ist, der Transistor sich in seinem Zustand

und 14 die gleiche Temperatur und den gleichen 65 geringsten Widerstands befindet. Falls, unter nor-

Widerstand besitzen, und zwischen den Abgriffen der malen Bedingungen, Methan vorliegt, ist die zwischen

Widerstände 12 und 15 wird kein Potentialunter- den Abgriffen der Widerstände 12 und 15 auftretende

schied herrschen. Die Abgriffe können in ihrer Lage Potentialdifferenz zu klein, als daß hierdurch einer

Claims (3)

der Transistoren hinreichend leitend würde, um die Lampe 19 zum Aufleuchten zu bringen. Die Transistorschaltung 18 verhindert somit normalerweise einen Stromfluß durch die Lampe 19, während sie bei Ausfall eines Elements einen sehr niederohmigen Weg für einen Stromfluß durch die Lampe darstellt. Schmelzsicherungen 26 und 27 dienen zum Schutz des Widerstands 12 gegen Beschädigung im Fall eines Kurzschlusses. F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, die teilweise mit der Schaltung in Fig. 1 übereinstimmt, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Elemente 13 und 14 dienen hier jedoch zur Heizung gleichartiger Thermoelemente 30 bzw. 31; und zwar heizt das Element 13, d. h. das mit der obenerwähnten Katalysatorsubstanz aktivierte Element, das Thermoelement 30 und das nicht aktivierte Element 14 entsprechend das Thermoelement 31. Die Thermoelemente sind mit ihren thermoelektrischen EMK gegeneinander geschaltet und liegen an einem Millivoltmeter 32 und einem Widerstand 33 mit verstellbarem Abgriff. Die Methan-Nachweisschaltung als solche bildet nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 enthält ebenfalls die Transistorschaltung 18 und die Lampe 19, wie in Fig. 1 gezeigt. Wie für Fig. 1 beschrieben, liefern diese Komponenten eine Warnanzeige, falls das eine oder das andere der Elemente 13 und 14 ausfällt; die Wirkungsweise der Schaltung 18 stimmt mit der für F i g. 1 beschriebenen Wirkungsweise überein. Die beschriebenen Schaltungsanordnungen können in verschiedener Weise abgewandelt werden, beispielsweise indem man die Anschlüsse der Transistorschaltung 18 umkehrt, d. h., daß man die Kollektorelektroden der Transistoren mit dem Abgriff des Widerstands 12 statt mit der Lampe 19 verbindet, die Emitterelektroden mit der Lampe 19 statt mit dem Widerstand 12 verbindet und schließlich die Basiselektroden miteinander und über den Widerstand 25 mit dem Abgriff des Widerstands 12 statt mit dem Widerstand 15 verbindet. Patentansprüche:

1. Uberspannungs-Anzeigeschaltung, welche anzeigt, sobald eine Klemmenspannung einen vorgegebenen Schwellwert beliebiger Polarität übersteigt, gekennzeichnet durch zwei Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp (23,24), deren sämtliche einander entsprechende Elektroden jeweils miteinander verbunden sind, wobei die in dieser Weise parallel zueinanderliegenden Emitter-Kollektor-Strecken der beiden Transistoren in Reihe mit einer Überspannungs-Anzeigevorrichtung, beispielsweise einer Warnleuchte (19), an den Spannungsklemmen (12,15) liegen und die Basiselektroden der Transistoren über einen gemeinsamen Widerstand (25) mit einem Punkt in der Leitung zwischen den Kollektoren der Transistoren und der mit diesen (entweder direkt oder über die Warnvorrichtung) verbundenen Spannungsklemme verbunden sind.

2. Verwendung der Anzeigeschaltung nach Anspruch 1 zur Überwachung einer vierzweigigen Brückenschaltung, welche in zwei benachbarten Zweigen ein Meßelement (13,16) und ein Bezugselement (14, 16) aufweist, über welchen die Speisespannung der Brücke anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Uberspannungs-Anzeigeschaltung die Klemmenspannung zwischen dem Knotenpunkt der beiden Elemente (13 bzw. 14) und dem gegenüberliegenden Knotenpunkt der Brücke überwacht.

3. Verwendung nach Anspruch 2 bei einer zum Nachweis von Methan dienenden Brückenschaltung.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronic Engineering«, 1960, S. 438 bis 442.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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