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Anordnung zur Veränderung der Schalthysterese eines induktiven Abgriffes
Für Messungen sind in vielen Fällen einzelne diskrete Meßwerte von besonderer Bedeutung.
Sie stellen im allgemeinen Grenzwerte dar und teilen bei anzeigenden Meßgeräten
die Skalenlänge in verschiedene Bereiche auf. Das überschreiten eines Grenzwertes
oder das Verlassen eines durch zwei Grenzwerte bestimmten Sollbereiches kann z.
B. unzulässig sein, so daß dabei Schaltvorgänge möglicherweise zur Abgabe eines
auffälligen Signals oder zur selbsttätigen Beseitigung des unzulässigen Zustandes
ausgelöst werden. Auch ist es üblich, z. B. an zwei Skalenpunkten vorgesehene Grenzwertkontakte
zur selbsttätigen Meßbereichsumschaltung zu verwenden.
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Mechanische Kontaktgabe zwischen Zeiger und einem diskreten, veränderbaren
Skalenpunkt wurde infolge ihrer Rückwirkung mehr und mehr durch fotoelektrische
Abriffseinrichtungen ersetzt, und diese wiederum wurden vornehmlich in jüngster
Zeit durch die noch betriebssicheren induktiven Abgriffeinrichtungen weitgehend
verdrängt. Ein einfacher Grenzwertmelder auf induktiver Basis besteht üblicherweise
aus einem Hochfrequenzoszillator und einer Flip-Flop-Stufe. Die Stellung des mit
einem Fähnchen versehenen Zeigers des Meßgerätes wird mittels zweier Spulen abgegriffen,
zwischen denen das Fähnchen hindurchtreten kann. Dabei wird die Rückkopplung so
verändert, daß die Schwingungserzeugung entweder abreißt oder doch stark gedämpft
wird. Der Unterschied der Ausgangsgröße des Oszillators in diesen beiden Zuständen
wird als Steuersignal auf die Flip-Flop-Stufe gegeben, die bei derartigen Einrichtungen
häufig für monostabilen Betrieb ausgelegt ist. Zwischen den beiden Bausteinen liegt
also nur eine Wirkrichtung vor, und zwar vom Oszillator zur Flip-Flop-Stufe.
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Die gleiche Wirkungsweise hat ein bekannter elektronischer Grenzwertmelder
mit einer Melde-und Schaltelektronik. Bei dieser Anordnung ist die Gleichspannungsversorgung
beider Teile in dem Gehäuse der Schaltelektronik untergebracht. Die Schaltelektronik
liefert damit die Gleichspannungen für den Hochfrequenzkreis.
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Bei diesen bekannten, induktiven Grenzwertmeldern sind die Schaltpunkte
in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Zeigers gegeneinander versetzt,
d. h., es liegt eine Schalthysterese vor. Ähnlich wie bei Relais fallen Ansprech-
und Abfallwert auseinander, und man ist bestrebt, das Verhältnis dieser beiden Werte,
welches in der Relaistechnik als Halteverhältnis bekannt ist, zu verbessern. Dieser
Nachteil soll nach der Erfindung vermieden werden. Die Erfindung betrifft also eine
Anordnung zur Veränderung der Schalthysterese eines induktiven Abgriffes mit einem
Oszillator und einer unter Verwendung von zwei Transistoren aufgebauten, nachgeschalteten
Flip-Flop-Stufe, aus der die Gleichspannung für den Oszillator entnommen wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß in die Stromzuführung desjenigen
Transistors, der bei schwingendem Oszillator leitet, ein Spannungsteiler eingefügt
ist, an dessen Abgriff eine Leitung zur Gleichspannungsversorgung des Oszillators
angeschlossen ist.
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Hierbei wird nach Art einer Rückführung von der Flip-Flop-Stufe ausgehend
der Oszillator so beeinflußt, daß Ansprech- und Abfallwert in günstigerem Verhältnis
zueinander stehen.
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An Hand von zwei Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen einfachen induktiven Abgriff mit einer
nachgeschalteten Flip-Flop-Stufe, während F i g. 2 eine zweckmäßige Weiterbildung
wiedergibt.
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Diese besteht darin, daß in einem besonderen Anwendungsfall zwei induktive
Abgriffe auf ein und dieselbe Flip-Flop-Stufe einwirken. Dabei werden weitere Vorteile
der Erfindung angeführt.
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In F i g. 1 sind zwei strichlierte Linien 1 und 2 aufgetragen,
die die Anordnung in drei Teile zerlegen. Der von der Linie 1 abgetrennte
Anordnungsteil stellt den Oszillator dar, auf den zunächst eingegangen wird. Eine
Reihenschaltung aus zwei Widerständen 3 und 4 und eine weitere Reihenschaltung
aus einer Spule 5, aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transformators
6 und aus dem Widerstand 7 liegen parallel zueinander. Ihnen wird
die Betriebsspannung zugeführt. Zur Rückkopplung dient außer der Spule
5 eine weiter Spule 8, die zusammen mit einem Kondensator
9 einen zwischen
Emitter und Basis des Transformators eingefügten
Reihenschwingkreis bildet. Die Basis ist außerdem mit den sich zugekehrten Enden
der Widerstände 3
und 4 verbunden. Die induktive Kopplung zwischen den Spulen
5 und 8 ist mittels eines nicht dargestellten leichten Metallfähnchens
veränderbar, das am Zeiger eines Meßgerätes angebracht sein kann. Eine Gleichrichterdiode
10 und ein Kondensator 11
zur Glättung sind der Spule 5 parallel
geschaltet.
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Zwischen der Diode 10 und dem Kondensator 11
ist eine
Abzweigung vorgesehen, von welcher aus der durch die beiden Linien 1 und
2 begrenzte Teil der Anordnung, und zwar die Flip-Flop-Stufe, beeinflußt wird. Dabei
führt die Abzweigung über einen Widerstand 12 zur Basis eines Transistors
13. An der Basis liegt außerdem jeweils ein Ende zweier Widerstände 14 und
15, die in ihrer Gesamtlänge, die eiche Betriebsspannung beziehen wie der
OsziRator. Diese ist unter anderem von der Einstellung des Abgriffes eines an den
Kollektor des Transistors 13
angeschlossenen Spannungsteilers mit den Teilwiderständen
16 und 17 abhängig. Der Zweig mit dem Transistor 13 und dem
Spannungsteiler 16, 17 liegt einerseits am negativen Pol der Speisespannung
wie auch ein weiterer Zweig mit einem Transistor 18 und einem Widerstand
19, und andererseits sind beide Zweige über einen Widerstand 20 mit dem positiven
Pol verbunden. Der letztere prägt der gesamten Anordnung das feste Bezugspotential
ein. Der-Kollektor des Transistors 13 und die Basis des Transistors
18 sind über einen Widerstand 21 verknüpft, und zwischen diese und das feste
Bezugspotential ist ein weiterer Widerstand 22 geschaltet.
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Der durch die Linie 2 abgetrennte Anordnungsteil stellt den Schaltverstärker
der Anordnung dar. Er weist ebenfalls einen Transistor 23 auf, an dessen
Kollektor ein Relais 24 und an dessen Emitter ein Widerstand 25 angeschlossen
ist. Diesem Zweig wird ebenfalls die Speisespannung zugeführt. Dem Relais 24 ist
eine sogenannte Freilaufdiode parallel ,geschaltet. Der Kollektor des Transistors
18 und die Basis des Transistors 23 sind mittels eines Widerstandes
26 überbrückt; ein weiterer Widerstand 27
verbindet diese mit dem festen
Bezuaspotential.
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Gegenüber den bekannten Anordnungen bedeutet es einen beachtlichen
Vorteil, daß man mit einer einzigen Spannungsquelle für alle zusammengeschalteten
Bauteile auskommt. Bei bekannten Anordnungen benötigt der Oszillator eine besondere
Spannungsquelle.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 weist monostabiles Verhalten
auf. Schirmt das nicht dargestellte Fähnchen am Zeiger eines Meßgerätes die Spulen
5
und 8 gegenseitig nicht ab, dann schwingt der Oszillator. Sein Ausgang
führt ein gleichgerichtetes und geglättetes Signal, und dieses wirkt auf die Basis
des Transistors 13, also auf die eine Seite der Flip-Flop-Stufe ein. Dabei
ist diese Seite leitend, und sie führt einen Strom, der durch den Spannungsteiler
fließt und auch an dessen Teilwiderstand 17 einen Spannungsabfall verursacht.
Um diese Spannung ist hierbei die Betriebsspannung des Oszillators gegenüber der
Speisespannung der Anordnung vermindert *
Die andere Seite der Flip-Flop-Stufe
mit dem Transistor 18 ist in diesem Zustand praktisch stromlos. Am Widerstand
19 tritt deshalb kein nennenswerter Spannungsabfall auf, so daß über die
Abzweigung mit dem Widerstand 26 die Basis des Transistors 23
negativ
vorgespannt ist. Der Transistor leitet deshalb, und das Relais 24 ist erregt.
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Taucht darauf das Fähnchen zwischen die beiden Spulen, so verschwindet
das Ausgangssignal des Oszillators. Das an der Basis des Transistors 13
liegende
Potential reicht dabei nicht mehr aus, diesen auszusteuern, so daß er sperrt. Der
Widerstand 16,
17, an welchem praktisch keine Spannung mehr abfällt,
verändert das Basispotential des Transistors 18 in Richtung auf negative
Werte, so daß dieser leitend wird. Das Potentiaf des Kollektors des Transistors
18 verschiebt sich in Richtung auf positive Werte, und es zieht das Potential
der Basis des Transistors 23 nach. Dieser sperrt und das Relais 24 fällt
ab. Am Widerstand 17 steht in diesem Zustand nur noch eine unerhebliche Spannung.
Betriebsspannung des Oszillators und -Speisespannung der Gesamtanordnung stimmen
deshalb praktisch überein.
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Die Betriebsspannung des Oszillators springt also zwischen zwei Werten,
je nachdem, welcher Betriebszustand - Einsetzen oder Abreißen der
Schwingungen - in Abhängigkeit von der Fähnehenstellung in Aussicht steht.
Tritt das Fähnchen zwischen die Spulen 5 und 8, so wird das Abreißen
der Schwingungen durch eine niedere Betriebsspannung erleichtert, und verläßt es
den Zwischenraum, so sorgt eine höhere Betriebsspannung für leichtes und zuverlässiges
Anschwingen.
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Eine Schaltung, bei welcher zwei Oszillatoren auf eine bistabile Kippschaltung
arbeiten, wird nachfolgend als zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung an Hand der
F i g. 2 erläutert. lEerbei ist der Abgriff des in F i g. 1 mit
16, 17 bezeichneten Spannungsteilers auf die ganze Länge eingestellt, so
daß der Oszillator - läßt man das Fähnchen ziinächst außer acht
- ein- oder aussetzt, je nachdem,- ob die zugehörige Seite der Kippschaltung
Strom führt oder nicht. Das Eintauchen des Fähnchens zwischen das Spulenpaar des
gerade arbeitenden Oszillators löst dabei das jeweilige Kippen aus, sein Austauchen
stellt jedoch abweichend zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 den vorherigen
Zustand nicht wieder her. Erst wenn das Fähnchen daraufhin zwischen das Spulenpaar
des anderen Oszillators tritt, kehrt die Schaltung in den ursprünglichen Zustand
zurück. Diese Anordnung bietet sich deshalb für die selbsttätige Meßbereichsumschaltung
bei anzeigenden Meßgeräten geradezu an.
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In F i g. 2 ist die Anordnung durch zwei strichlierte Linien
in drei Teile aufgeteilt. Die Bausteine links und rechts von der durch die beiden
Linien eingeschlossenen Kippschaltung stellen die Oszillatoren dar. Sie entsprechen
dem Oszillator nach F i g. 1,
so daß sich eine nähere Bezugnahme erübrigt.
Gegebenenfalls zur Erläuterung der Wirkungsweise erforderliche Bezugszeichen werden
von der F i g. 1
übernommen. Die Kippschaltung ist symmetrisch aufgebaut und
weist zwei Arbeitszwei 'ge auf, von denen jeder einen Spannungsteiler
30 bzw. 31 in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors
32 bzw. 33 aufweist. Die Emitter beider Transistoren sind über einen
Widerstand34 an das feste Bezugspotential geführt. Am Abgriff des Spannungsteilers
30 bzw. 31, welcher praktisch die ganze Länge abgreift, wird die Betriebsspannung
jedes Oszillators auf der einen bzw. anderen Seite der Kippschaltung abgenommen.
Die den Oszillatoren
jeweils gegenüberliegende Seite der Kippschaltung
versorgt sie mit der Betriebsspannung. Die Signalausgänge35 und 36 der Oszillatoren
beeinflussen jedoch über Widerstände jeweils die Basis des Transistors
33 bzw. 32 auf der entgegengesetzten Seite der Kippschaltung. Die
Basis dieser Transistoren ist über jeweils einen Widerstand mit dem festen Bezugspotential
verbunden. Das Signal für einen möglicherweise nachgeschalteten Schalttransistor
kann ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel in üblicher Weise
abgenommen werden.
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Es sei zunächst angenommen, daß die Seite der Kippschaltung mit dem
Transistor 32 Strom führt. Die Betriebsspannung des zugehörigen Oszillators
ist für dessen Anschwingen nicht ausreichend. Andererseits schwingt der Oszillator
auf der anderen Seite, weil seine Betriebsspannung infolge des unwesentlichen Spannungsabfalls
am Spannungsteiler 31 die notwendige Höhe aufweist. Sein Ausgangssignal an
der Stelle 36 beaufschalgt die Basis des Transistors 32 und hält diesen
leitend.
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Es ist ohne weiteres möglich, die Kippschaltung etwas unsymmetrisch
auszulegen, so daß bei jeder Inbetriebnahme der vorerwähnte Betriebszustand vorliegt.
Schlägt z. B. der Zeiger eines Meßgerätes aus und passiert sein Fähnchen zunächst
das Spulenpaar des nichtschwingenden Oszillators, so ändert sich am Zustand nichts.
Die Meßbereichsumschaltung erfolgt erst, wenn das Fähnchen zwischen das Spulenpaar
des anderen Oszillators tritt.
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Dabei spielen sich folgende Vorgänge ab: Das bisher kontinuierlich
am Ausgang 36 anstehende Signal setzt aus. Dadurch wird der Transistor
32
gesperrt, und am Spannungsteiler 30 fällt keine nennenswerte Spannung
mehr ab. Die Betriebsspannung des zugehörigen Oszillators springt deshalb auf einen
höheren Wert; die Schwingungen setzen ein. Dadurch entsteht am Ausgang
35 ein Signal, welches auf den Transistor 33 in dem Sinn einwirkt,
daß er öffnet. Der gesamte Kollektorstrom fließt nun über den Spannungsteiler
31 und ruft einen Spannungsabfall hervor, der die Betriebsspannung des zugehörigen
Oszillators vermindert. Dieser bleibt deshalb stillgesetzt, auch wenn das Fähnchen
den Spulenzwischenraum wieder verläßt. Erst wenn der Zeiger das Spulenpaar des anderen
Oszillators wieder passiert, kehrt die Schaltung in den ursprünglichen Zustand zurück.
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Das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch
aus, daß die beiden für bestimmte Anwendungen erforderlichen Oszillatoren mit der
Kippschaltung in einer Gesamtschaltung vereinigt sind, welche von einer gemeinsamen
Spannungsquelle versorgt wird. Sogar die Betriebsspannung für den normalerweise
nachgeschalteten Schalttransistor kann direkt übernommen werden.