DE1498184B2 - Elektronischer Schalter zur Anschaltung mehrerer elektrischer Meßfühler - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen tude, Frequenz oder Phase durch die zu messende

Schalter zur Anschaltung mehrerer elektrischer Meß- Eingangsgröße moduliert wird. Hierzu ist ein großer

fühler, insbesondere in einem Polymerisations-Reak- schaltungsmäßiger Aufwand erforderlich. Zur Er-

tionsgefäß angeordneter Wärmefühler bzw. Thermo- reichung einer zuverlässigen Anzeige sind an die

elemente an ein Anzeigegerät, beispielsweise einen 5 Konstanz der Oszillatoren und Versorgungsspannun-

Oszillographen, dessen Horizontalablenkung synchron gen hohe Anforderungen zu stellen, da die Oszilla-

mit der Abtastung der Meßfühler verläuft. tionsfrequenz direkt in das Meßergebnis eingeht.

Die praktisch gleichzeitig erfolgende Anzeige oder Es ist Aufgabe der Erfindung einen elektronischen Wiedergabe von Meßwerten, die an eine zentrale Schalter zu schaffen, der die Meßgrößen direkt für Stelle von einer Mehrzahl von entfernten Stellen ge- ίο das Anzeigegerät auswählen kann, also ohne die Notliefert werden, ist ein äußerst wichtiger Vorgang, der wendigkeit, die Meßgrößen als Modulation mehrerer die Überwachung und Steuerung eines umfangreichen Hilfsschwingungen darzustellen.
Netzwerkes erleichtert. So ist es beispielsweise bei Der elektronische Schalter der eingangs erwähnten einem Polymerisations-Reaktionsgefäß außerordent- Gattung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch lieh wichtig, in der Lage zu sein, die Temperaturen 15 die Vereinigung folgender Merkmale:
an einer Reihe von Stellen innerhalb des Gefäßes . . _ .„ , _T , . , .
beobachten zu können. Es ist weiterhin äußerst vor- ^a) ^em Oszillator konstanter Impulsfolgefrequenz ist teilhaft, diese Temperaturen kontinuierlich beobachten ^{an emen} mehrstufigen Zahler angeschlossen;
zu können und die Meßwerte auf einer kleinen Fläche b) die Zählerstufen sind jeweils an Eingänge einer wiederzugeben, um die Beobachtung dieser Meßwerte ao Matrixschaltung mit Dioden angeschlossen, die zu erleichtern und. schließlich schneller mit Korrektur- die Eingänge mit den Ausgängen der Matrixmaßnahmen auf Grund der Beobachtungen eingreifen anordnung verbinden, so daß bei der aufeinzu können. anderfolgenden stufenweisen Weiterschaltung des

Eine typische Beobachtungsanordnung dieser Art Zählers die Ausgangsleitungen nacheinander abbesteht in der Unterbringung je eines Thermoele- 25 wechselnd in den binären Zustand übergehen;
mentes od dgl. an den verschiedenen Stellen im _{c) an die} Ausgänge sind Meßfühler über Torschal-Reaküonsgef aß, dessen Temperatur überwacht wer- _{t ang}°_sc£_{ossen die die} Meßfühler in zeitden sol. Ein mechanischer Schalter nimmt aufem- ^ _Auf_einanderfoi_{ge entW}eder kurzschließen anderfolgend die von jedem Thermoelement gehefer- _{oder mit dem} a^^^ verbinden,
ten Spannungen ab und liefert sie an den Emgang 30

eines Oszillographen als Anzeigegerät, wobei es sich Der Oszillator und der Oszillograph sind hinsicht-

auch um eine Kathodenstrahlröhre handeln kann, die lieh seiner Kippfrequenz derart aufeinander abge-

ein transparentes Organ vor dem Bildschirm besitzt, stimmt, daß innerhalb einer Horizontalablenkung

das mit Gradeinteilung versehen ist und somit Tempe- sämtliche von den einzelnen Meßfühlern nachein-

ratureinheiten abzulesen gestattet. Dabei arbeitet der 35 ander gelieferten Meßwerte dem Oszillographen

mechanische Schalter mit den vor der Kathoden- zwecks entsprechender vertikaler Strahlablenkung zu-

strahlröhre gelieferten Impulsen zusammen, so daß geführt werden.

man leicht die Temperatur an jeder Meßstelle in dem Der Oszillograph wird zweckmäßig hinsichtlich

Reaktionsgefäß erkennen kann. Der mechanische seiner Kippfrequenz von der Matrixanordnung ge-

Schalter läuft fortwährend um und überstreicht auf- 40 steuert und ist beispielsweise an die erste Ausgangs-

einanderfolgend die Anschlüsse der verschiedenen leitung derselben angeschlossen.

Thermoelemente, um eine im wesentlichen kontinuier- Vorzugsweise ist den Ablenkplatten des Oszillo-

liche Information von den verschiedenen Meßstellen ■ graphen zwecks Vermeidung deren Belastung eine

zu liefern. Stufe in Emitterschaltung vorgeschaltet.

Mechanische Schalter sind jedoch äußerst schwierig 45 Bei dem elektronischen Schalter nach der Erfinzu warten, und sie erfordern eine regelmäßige Pflege, dung wird nur ein Oszillator verwendet, dessen zu welcher es gehört, einen mechanischen Schalter Schwingfrequenz mit der Kippfrequenz der Kathodenvon Zeit zu Zeit herauszunehmen, um die in Frage strahlröhre vereinbar ist. Die Ausgangsspannung des kommenden Elemente zu reinigen und eine ordent- Oszillators wird einem mehrstufigen Zähler aufliche Arbeitsweise des mechanischen Schaltersystems 50 gegeben, wobei jede Stufe des Zählers mit einer sicherzustellen. Es hat sich herausgestellt, daß die bistabilen Flip-Flop-Einrichtung ausgestattet sein mechanischen Schalter elektrische Störungen bewir- kann. Die Ausgangsspannungen der Flip-Flop-Stufen ken, die bei den Schaltvorgängen zu einer unsteten des Zählers werden einer Matrixanordnung auf-Anzeige bei der Kathodenstrahlröhre führen. Dazu gegeben, die mit Dioden ausgestattet ist und eine kommt, daß die Amplituden der Signalimpulse sich 55 Anzahl von Eingangsleitungen besitzt, von denen fortwährend sprunghaft ändern, so daß eine gleich- jede an die zugehörige Flip-Flop-Stufe angeschlossen mäßige Anzeige verhindert wird. Ein solcher, die ist, wobei die Matrixanordnung außerdem eine Reihe Anzeige störender Effekt besteht in der kurzzeitigen von Ausgangsleitungen hat, die an die Eingänge dieser Verzerrung in horizontaler und vertikaler Richtung Anordnung in bestimmter Weise über Dioden ange- oder in diesen beiden Richtungen gleichzeitig. 60 schlossen sind, so daß (entsprechend dem Zählergeb-

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung bekannt, nis) jeweils nur eine einzige Ausgangsleitung der

in der der mechanische Schalter durch einen elektro- Matrixanordnung einen bestimmten Betriebszustand

nischen Schalter ersetzt ist und die z. B. von mehre- besitzt, beispielsweise auf einem bestimmten Potential

ren Widerstandsthermometern gelieferten Meßgrößen gehalten wird bzw. den Binärzustand Eins hat, wo-

gleichzeitig auf einem Oszillographen abgebildet wer- 65 gegen die übrigen Ausgangsleitungen den Binär-

den, dessen Horizontalablenkung synchron mit der zustand Null haben.

Abtastung der Meßfühler verläuft. Bei dieser Anord- Jede Ausgangsleitung der Matrixanordnung ist

nung werden Oszillatoren verwendet, deren Ampli- elektrisch mit einem Tor bzw. Schalter verbunden,

der seinerseits an den betreffenden Meßfühler angeschlossen ist. Die (etwa von Transistoren gebildeten) Schalter werden von der mit Dioden ausgestatteten Matrixanordnung derart gesteuert, daß derjenige Schalter bzw. dasjenige Tor geöffnet wird, welches mit der im binären Zustand Eins befindlichen Ausgangsleitung der Matrixanordnung verbunden ist, während die übrigen Tore geschlossen bleiben. Je nach der Art, in welcher in der mit Dioden ausgestatteten Matrixanordnung die einzelnen Dioden angeordnet sind, lassen sich die einzelnen, von den verschiedenen Thermoelementen gelieferten Spannungen in der gewünschten Reihenfolge abtasten. Sobald der Zähler den der höchsten einzuspeichernden Zahl erreichenden Zustand eingenommen hat, beginnt der Arbeitszyklus von neuem, wobei kontinuierlich die verschiedenen Thermoelemente innerhalb eines jeden Zählzyklus einmal abgetastet werden, wobei die Steuerung bzw. das Zähltempo vom Oszillator bestimmt wird.

Die Ausgänge einer Reihe von die Thermoelemente anschließenden Toren oder Schaltern sind miteinander über eine Auswahleinrichtung bzw. NICHT-ODER-Schaltung verbunden und an den Eingang des Anzeigegeräts bzw. die Kathodenstrahlröhre angeschlossen. Durch geeignete Justierung des Oszillators hinsichtlich seiner Arbeitsfrequenz läßt sich diese synchron zur Kippfrequenz der Strahlröhre gestalten, so daß alle Impulse, die die entsprechenden Spannungen der Thermoelemente wiedergeben, und damit die zu messenden Temperaturen repräsentieren, innerhalb einer Strahlablenkung in der Kathodenstrahlröhre sichtbar werden.

Für den Fall, daß es erwünscht ist, jedes Thermoelement mit dem einen Pol an Masse zu legen, hat es sich herausgestellt, daß keine gegenseitige Beeinflussung der Thermoelemente eintritt und daß günstige Anzeigeresultate erhalten werden, wenn die positive Seite eines jeden Thermoelementes geerdet und die negative Seite mit dem Tor bzw. Schalter verbunden wird, wobei jedes Tor einen pnp-Transistor aufweist.

Der Vorteil des elektronischen Schalters nach der Erfindung besteht darin, daß er mit geringem Schaltungsaufwand und unter Vermeidung hochkonstanter Schwingungskreise und Filter außerordentlich stetig und exakt gebildete Impulse zur Anzeige ergibt, die die von den einzelnen Thermoelementen gelieferten Spannungen darstellen.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt schematisch als Schaltbild den in F i g. 1 angegebenen Oszillator;

F i g. 3 läßt eine Reihe von Impulsformen erkennen, die sich bei der Arbeitsweise des Oszillators nach Fig. 2 ergeben;

F i g. 4 ist ein Schaltbild einer typischen Flip-Flop-Stufe des elektronischen Zählers, der als Blockschaltbild in F i g. 1 angedeutet ist;

F i g. 5 zeigt in Form einer Tabelle die verschiedenen Zustände der einzelnen Zählstufen, wie sie sich als Folge der eingehenden Impulse ergeben;

F i g. 6 ist ein Schaltbild einer mit Dioden ausgestatteten Matrixanordnung, wobei es sich um eine auch im Blockschaltbild nach F i g. 1 angegebene Anordnung handelt;

F i g. 7 ist eine leicht modifizierte Tabelle entsprechend derjenigen nach Fig. 5;

F i g. 8 läßt eine Reihe von Impulsformen erkennen, an Hand deren die Arbeitsweise der Matrixanordnung von Fig. 1 und 6 erläutert wird;

F i g. 9 zeigt Thermoelemente und zugehörige Strcmtorc bzw. Schalter, wie sie zu der entsprechenden, auch in F i g. 1 angedeuteten Anordnung gehören;

ίο Fig. 10 ist ein Schaltbild der Auswahleinrichtung von Fig. 1;

Fig. 11 zeigt in Form eines Schaltbildes, wie die Null-Position der mit Dioden ausgestatteten Matrixanordnung elektrisch mit dem Synchronisationskreis der Kathodenstrahlröhre verbunden ist.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit den hauptsächlichen Elementen derselben in Form eines Blockschaltbildes. Hierzu gehört ein Oszillator 11 mit Festkörper-Schaltelementen zur Erzeugung von Impulsen mit einer bestimmten Impulsfolgefrequenz, wie dies noch näher erläutert wird. Der Ausgang des Oszillators ist mit dem Eingang eines elektronischen Zählers 12 verbunden, der seinerseits eine Anzahl von bistabilen Flip-Flop-Stufen besitzt, die derart miteinander verbunden sind, daß eine kumulative Zählweise möglich wird, wobei die als höchste einspeicherbare Zahl auf der Anzahl von Stufen beruht, die in dem Zähler untergebracht sind. Falls beispielsweise der Zähler 12 mit sechs Stufen ausgestattet ist, ist eine kumulative Zählung bis zur Höchstzahl 64 möglich. Falls der Zähler mit zwei Flip-Flop-Stufen ausgerüstet ist, wird eine kumulative Zählung bis zur Zahl Vier erreicht. Sobald der Zähler die Maximalsumme erreicht und der Oszillator 11 mit der Einspeicherung kontinuierlich fortfährt, durchläuft der Zähler 12 einen neuen Arbeitszyklus und beginnt selbsttätig eine neue Zählung zugleich mit der Einspeisung eines zusätzlichen Impulses durch den Oszillator im Anschluß an die Erreichung der maxi-

malen Zählsumme. -

Obwohl in F i g. 1 nicht dargestellt, weist jede Stufe des mehrstufigen Zählers 12 zwei Ausgangsklemmen auf. Diese Ausgangsklemmen sind elektrisch mit den zugehörigen Eingangsklemmen der mit Dioden ausgestatteten Matrixanordnung 13 verbunden. Diese Matrixanordnung 13, die im Zusammenhang mit F i g. 6 näher beschrieben wird, weist in der Hauptsache eine Anzahl von Eingangsklemmen auf, die gleich der Zahl von Ausgangsklemmen des mehrstufigen Zählers 12 ist, wobei diese Matrixanordnung dazu bestimmt ist, in binärer Weise das Ausgangssignal des mehrstufigen Zählers 12 aufzunehmen, zu dem die Anordnung gehört.

Die Matrixanordnung 13 ist weiterhin mit einer Anzahl von Ausgangsklemmen bzw. -leitungen versehen, deren Zahl gleich der Zahl der Eingangsklemmen ist, wobei diese Ausgangsklemmen mit den Eingangsklemmen in einer bestimmten Weise durch Dioden derart verbunden sind, daß sich eine Überein-Stimmung mit der Funktionstabelle ergibt, die noch näher beschrieben wird, so daß schließlich die an den Ausgangsklemmen der Matrixanordnung angestrebte Impulsfolge entsteht. Die Hauptaufgabe der Matrixanordnung 13 ist es, dafür zu sorgen, daß nur eine einzige ihrer Ausgangsklemmen einen binären Wert Eins hat, während die übrigen Ausgangsklemmen auf dem binären Wert Null sind. Außerdem ist Sorge getragen, daß alle Ausgangsklemmen der Matrix-

anordnung aufeinanderfolgend und abwechselnd den binären Wert Eins erreichen. ; ' ^; . . Die Ausgangsklemmen' der Matrixanordnung 13 sind mit deri Eingängen^; von^r Toren verbunden, die den verschiedenen Thermoelementen zugeordnet sind und die die Verbindung dieser Thermoelemente mit tier nächsten Stufe im mit 14 bezeichneten Block steuern. Die Tore arbeiten derart, daß sie geschlossen bleiben, bis sie ein dem'binären Wert Eins entsprechender Impuls erreicht, wobei immer nur ein Ausgang der Matrixariordnung 13 zu irgendeinem Zeitpunkt diesen binären Wert Eins darstellt, per entsprechende Ausgang öffnet dann das zugehörige Tor im Block¹14,^! um das' zugehörige Thermoelement mit der nächsten Stufe^: 15 zu verbinden. Die'übrigen Ausgänge der Matrixanördnung 13, die sich auf dem binären Wert Null befinden, haben zur Folge, daß die übrigen 'Tore im Abschnitt' 14' geschlossen bleiben, wodurch^; die entsprechenden "Thermoelemente von der nächsten'Stufe'abgetrennt bleiben'. ; / ^: "'." "■ Der 'Ausgang eines jeden Tores im Abschnitt 14 ist tfnt eiriem Eingang einer Aüswahleinrichtung 15 verbünden, die mehrere Eingängehat und als logische MCHT-OpER-Torschalturig bezeichnet werden käiml pieser'lÄbschnitt'fäßt'alle'Ausgänge der Thermoelemente · und der zugehörigen' Tore im' Abschnitt 14 iri einer Einzigen¹ Auswähleinrichtung zusammen,'um Birien^i;Zweidraht-Ausgang^: für die" Kathodenstrahlröhre 16 zu bilden. Da in jedem Augenblick nur ein einziges^: Thermoelement' offen ist und die Tore der übrigen Therfnoelemente zum selben Augenblick geschlossen sind, verursacht die Zusammenführung aller Ausgänge des Abschnittes; 14 innerhalb der Aüswahleinrichtung, daß ausschließlich ein einziges Thermoelement mit seinem Ausgang an die Kathodenstrahlröhre 16 angeschlossen ist. ' ^: ' ■'■"·

"Bei dem Anzeigegerät 16 kann es sich um irgendeine geeignete Einrichtung handeln, die ein Oszillogramrh wiedergeben ^:kann · und aufeinanderfolgend Ablenkungen''des Zeigers bzw. Strahlers über deri Anzeigeschirm ermöglicht, und zwar mit einer regelmäßigen FöTgefrequenz- :die synchron" zur' Frequenz des^: Oszillators11 ist. ' "^; ; ' ' ^: '
^: Der Eingang' des Oszillographen empfängt vom Abschnitt'14 über die AÜswahleinrirchtung 15 die Spahnungerrder Thermoelemente und zeigt eine Reihe von Signalimpulsen an, deren Amplituden die Spanhungsbeträge eines jeden Thermoelementes darstellen und somit ein Maß für¹ die Temperatur an den betreffenden Stellen sind! Auf diese Weise ist es durch einen'geeigneten Oszillator '11,' der bei einer bestimmten Frequenz ärbeitet,^: sowie durch ;den Zähler 12 mit der^! geeigneten "Äiizahf '^on' ^r:Stuf'&τχ toö|ii!ci£ eine beliebige vorher bestimmte Anzahl von Thermospännurigen auf dem'Bildschirm des¹ Oszillographen 16 innerhalb' einer Kippablerikurig cjes Strahles auf dem Schirm abzubilden.'^: " '';_:. )JJ"\.. '"■"!! . ^L ' V ^:i Der'Oszillator ΐί'erzeugt sich wiederholende Impulse' mit'einer frequenz, 'die mit' der /des Oszillögraprien'16 verembär⁵'ist: Bei einer bevorzugten"Ausführungsform:'··■'beträgt'"' die Folgefrequenz 320 Hz. Diese Impulse steuern einen mehrstufigen binär arbeitenden Zähler Von sechs^: Stufen,'' der' eine kumulative Zählung bis zur Zahl 64 ermöglicht. Falls lediglich eine Zählung bis zur Zahl50' erforderiich ist, ist'e^ angebracht, den Zähler bis zur'Endsumme voir 64 volläuslaufen zu lassen, und dies ist besser, als den Zähler dezimal zu kodieren, um ihn bei der Summe 50

einen neuen Zyklus ausführen zu lassen. Dieses binär ,kodierte Signal wird zur Matrixanordnung 13 geleitet, 'welche aufeinanderfolgend die zu überwachenden Thermoelemente auswählt. Die Äusgangsspannungen der Matrixanordnung 13 werden dann zur Auswahleinrichtung 15 weitergeleitet, welche einen Zweidraht-Ausgang'für den Anschluß und die Weitergabe 'der 'Impulse an den Oszillographen 16 besitzt: ";;/.; ";■_ ' ' Der' Oszillatorkreis 11 ist'in' F i g. 2 schematisch dargestellt und weist einen ynijunction-Transistpr 17 auf, der die Eigenschaft hat, den Stromdurchgang zu unterbrechen, bis sein Emitter 18 eine" bestimmte Spannung erreicht. Diese Spannung stehtyzur^yersorgungsspannung 19 im für die; Absperrung maßgeblichen Verhältnis »?:Bei'dem gemäß der bevorzugten Ausführung verwendeten Transistor betrug' Sas Verhältnis zwischen 0,43 und 0,57. Obwohl dies ein weiter Arbeitsbereich ist, sind dessen Grenzen; nicht von Wichtigkeit,'da vielmehr die. Stabilität des Oszillätorkreises der allein eritsch'eidende Faktor ist."".;'.'

Fig. 3 zeigt Impulsformer 20 und 21, wie.sie sich am Emitter 18 bzw. an' der Ausgarigsklemme' 22' des Oszillators 11 '.ergeben. '^:';. ^^^.'.^.^'''"f.''"^"'- ' pie'Arbeitsweise des Oszillators 11 ist die folgende: Der zwischen den; Emitter 18 und. Masse 24 gelogte Kondensator 23 lädt sich zufolge der Versorgungs^ spannung 19 über den Widerstand 25 auf: Wenn; der Kondensator 23 sich bis zur Spannung F_p aufgeladen hat, die durch die gestrichelte Linie; 26 angedeutet istj wird der Transistor 17 leitend," dailies sozusagen die Zündspannung oder die^; Schwellyj'ert-Spännüng des Transistors ist. . ; ' ".' ''"/'.\.'y'\. ;-■';.'';"':..'"'.' ' t>ai Leitendwefden des Transistors 17 verursacht die Entladung des Kondensators 23, so daß "dessen Spannung rasch auf die Spannung F_v abfällt, die in F" i g. 3 durch die gestrichelte Linie dargestellt "ist. Diese Spannung ist die Sperrspannung des Transistors 17. Der Arbeitsgang \yiederholt sich," in dem;der Kondensator 23 wieder bis zur Zündspannung aufgeladeri wird (gestrichelte Linie 26). ;' ^:;""^:; ...';.; ' Aus dem Diagramm 21 der F i g. 3 ist zu entnehmen; daß die Aüsgangsspannung an der Leitung 22 den Wert vpn +6 Volt beibehält, bis der.Transistor 17 zündet bzw.' leitend wird. l5ann fällt diese Ausgangsspannung praktisch augenblicklich zu einem Wert ab, der von der Größe der Widerstände 28, ;29; RB₂ und RB₁ abhängt. Auf .diese Weise ergeben sich sehr Schärfe negative Impulse 30, wobei zu bemerken ist, daß das Potential ständig positiv ist. Diese !impulse werden zum Triggern, der nächsten Stufe, verwendet¹."'¹'¹'¹'' '' ^u ' ^x~■-'^;-^l'^{: ;} "'-·■:■■·'■ ':[/'■.'.'['

Durch Verwendung eines justierbaren Potentiometers für den Widerstand 25 ergibt sich die Möglichkeit einer feinfühligen Frequenzbeeiriflüs'sung,'^rum^!'die Frequenz des Oszillators 11 auf. die Kippfrequenz der Anzeigevorrichtung 16 abzustimmen..' . '■'.-:■:■: ...
'''^:p i g. 4 zeigt als Schaltbild^fschematisch eine Flip-Flop-Stüfe 12 a' des' mehrstufigen Zählers 12 vöri Fig. 1, wobei es sich versteht, daß die übrigen Stufen des Zählers im wesentlichen iri^: ihrer Bauweise und Funktion mit derjenigen der Flip-Flop-Stufe12 α gemäß der Figur übereinstimmen. Der Flip-Flop-Kreis Ι2ά" Weist einen ersten und zweiten Transistor Ql und β 2 auf, die über Kreuz miteinander derart verbunden sind, daß der Kollektor des Transistors Ql mit der Basis des Transistors Q 2 durch die'parallelgeschalteten Elemente R und C Verbunden ist, 'wobei im übrigen der Kollektor des Transistors Q 2 mit der

Basis des Transistors Q1 durch die parallelgeschalteten Elemente R1 und C1 verbunden ist. Die Flip-Flop-Stufe 12 a hat zwei stabile Gleichgewichtszustände an ihrer Ausgangsklemme, die vom Kollektor des Transistors Ql gebildet ist. Diese Ausgangsklemme hat die beiden stabilen Zustände —4,5 und + 4,5 Volt, welche der binären Eins und der binären Null entsprechen. Was zunächst die Flip-Flop-Stufe 12 a oder die Eingangsstufe des Zählers 12 betrifft, ist festzustellen, daß ihre Eingangsklemme 12 b den Ausgang des Oszillators 11 an die Basis des Transistors Q1 und des Transistors Q 2 über den Kondensator C3 und die Dioden Dl bzw. Dl ankuppelt. Jeder vom Oszillator 11 ausgehende negative Impuls wirkt so, daß der binäre Zustand am Ausgang der Stufe 12 α geändert wird. Der Ausgang ist über den Kondensator C 4 mit dem Eingang der nächsten Flip-Flop-Stufe verbunden.

F i g. 5 zeigt eine Übersichtstabelle zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Zählers mit zwei Stufen. Die vertikale Spalte der Tabelle von F i g. 5 stellt die Impulse dar, die vom Oszillatorkreis 11 geliefert werden und die horizontale Zeile bezeichnet die vier Transistoren Q1 bis Q 4, die zur wesentlichen Ausstattung des zweistufigen Zählers gehören. Es ist zu bemerken, daß der gemeinsame Punkt der Flip-Flop-Stufe 12 a und darauffolgend derjenige aller anderen Flip-Flop-Stufen, die der Zähler 12 aufweist, zum positiven Potential von vorzugsweise 6 Volt für eine geeignete Arbeitsweise der Matrixanordnung zurückkehren, in einer Weise, wie dies noch ausführlich beschrieben wird.

Wie ersichtlich, befinden sich beim Eintreffen des ersten Impulses die Transistoren Ql und Q4 des zweistufigen Zählers im binären Zustand Eins. Das Eintreffen des zweiten Impulses verursacht die Zustandsänderung bei allen vier Transistoren, so daß die Transistoren Q1 und Q 3 in den binären Zustand Eins übergehen, die Transistoren Ql und β4 dagegen in den binären Zustand Null. Beim Eintreffen des dritten Impulses geht Transistor Ql in den binären Zustand Eins, Ql in den binären Zustand Null über, und die Transistoren Q 3 und Q 4 werden von diesem Impuls nicht beeinflußt. Die weiteren Arbeitsgänge des Zählers und somit die Entwicklung der Übersichtstabelle 5 ist unter diesem Gesichtspunkt verständlich.

Ausgangsspannungen werden von den Kollektoren beider Transistoren entnommen, die eine Flip-Flop-Stufe 12 a des Zählers 12 bilden, und diese Spannungen bzw. Ströme werden der Matrixanordnung 13 aufgegeben, wie sie als Schaltbild in F i g. 6 gezeigt ist. Die mit Dioden bestückte Matrixanordnung 13 weist eine Reihe von horizontal verlaufenden Leitern 32 auf, deren Anzahl mit der Anzahl von Transistoren im Zähler 12 übereinstimmt. Die Ausgangsspannungen bzw. -ströme eines jeden Transistors im mehrstufigen Zähler werden den horizontalen Leitern 32 über Widerstände 33 aufgeprägt. Die Matrixanordnung 13 weist ferner eine Reihe von vertikal verlaufenden Leitern 34 auf, die einerseits an eine Sammelschiene 35 angeschlossen sind, welche sich über die Widerstände 36 auf negativem Potential befindet. Die horizontalen Leiter 32 sind in bestimmter Weise mit den vertikal gerichteten Leitern 34 durch Dioden 37 bis 44 verbunden. Die in F i g. 6 gezeigte Matrixanordnung 13 ist für die Verwendung mit einem zweistufigen Zähler ausgelegt. Die binären Zustände der Transistoren Ql bis β4 bestimmen zusammen mit der Einrichtung der Dioden 37 bis 44, welche der Ausgänge 45 bis 48 im binären Zustand Eins sind, und wesentlich im binären Zustand Null befinden. Die Arbeitsweise ist dabei derart, daß lediglich ein einziger dieser Ausgänge 45 bis 48 negatives Potential besitzt, während zugleich die übrigen Ausgänge positives Potential besitzen.

Durch eine geringe Umordnung der Übersichtstabelle 5 gelangt man zur Tabelle gemäß F i g. 7, in welcher wiederum die linke Spalte die vom Oszillator 11 hervorgerufenen Impulse angibt und in welcher die oberste Zeile die Ausgangsstufen bezeichnet und somit die Eingangsspannungen am Eingang der Matrixanordnung 13.

Beim Impuls Null ist der binäre Eingangszustand 0101, der von den Eingangsklemmen A-B-C-D gebildet wird. Es sei erinnert, daß der binäre Zustand Null +4,5 Volt und der binäre Zustand Eins —4,5 Volt beträgt. Man sieht, daß die Dioden 37 und 41 umgekehrt vorgespannt und deshalb sperrend sind. Dies hat zur Folge, daß der Ausgang 45 zu einer Spannung von —3,5 Volt (Gleichspannung) übergeht. Die übrigen Ausgänge 46 bis 48 befinden sich bei einer Spannung von +1 Volt, da zu diesem Zeitpunkt zumindest eine der Dioden 38 bis 40 und 42 bis 44 im leitenden Zustand sich befindet. So ist beispielsweise die Diode 43 leitend, um die Ausgangsklemme 46 auf das positive Potential zu bringen. Die Diode 42 ist leitend, um den Ausgang 47 auf das positive Potential zu bringen. Weiterhin ist die Diode 44 leitend, um den Ausgang 48 auf positive Spannung zu bringen. Da die verschiedenen binären Kodegruppen gemäß der Tabelle von F i g. 7 den Eingängen der Matrixanordnung 13 aufgegeben werden, befindet sich, wie ersichtlich, einer und nur einer der Ausgänge 45 bis 48 auf dem Spannungspotential von — 3,5 Volt zu einer gegebenen Zeit, in welcher die übrigen drei Ausgänge die Spannung von +1 Volt haben. Die Impulsformen, die sich an den Ausgängen der Matrixanordnung 13 ergeben, sind in F i g. 8 dargestellt.

Zur Zeit t_n und beim Eintreffen des Impulses Null erscheint der negative "Rechteckimpuls 45' an der Ausgangsklemme 45. Zur Zeit t_x und beim Eintreffen des Impulses Eins am Eingang der Matrixanordnung ruft die Ausgangsklemme 46 den negativen Rechteckimpuls 46' hervor. Die negativen Rechteckimpulse 47' und 48' werden in ähnlicher Weise erzeugt und erscheinen nacheinander an den Ausgangsklemmen 47 bzw. 48. Wie ersichtlich, erscheinen somit negative Ausgangsimpulse an den Ausgangsklemmen 45 bis 48 der Matrixanordnung 13, und zwar nacheinander. Die gemeinsamen Punkte einer jeden Flip-Flop-Stufe 12 α im Zähler 12 sind mit einer positiven Spannung verbunden, vorzugsweise mit + 6 Volt Gleichspannung, was einer Erdung vorgezogen wird, um sicherzustellen, daß die Ausgangsspannungen an den Ausgängen einer jeden Flip-Flop-Stufe positiv und negativ werden, anstatt zwei negative Spannungen bei den verschiedenen Zuständen der Flip-Flop-Stufen zu erhalten. Die beiden positiven und negativen Spannungen, wie sie in den Impulsdarstellungen der Fig. 8 gezeigt sind, werden dazu verwendet, Transistoren der nächsten Stufe entweder zu sättigen oder diese als Unterbrecher wirken zu lassen, wofür positive und negative Spannungen erforderlich sind.

Die Ausgänge 45 bis 48 der Matrixanordnung 13 sind an je eine unabhängige Eingangsklemme von zu

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den Thermoelementen führenden Toren gelegt, wie sie zum Abschnitt 14 mit seinen Thermoelementen und Toren gehören, wie sich dies aus dem Schaltschema von F i g. 9 ergibt. Bei der speziellen Ausführung 14 gemäß F i g. 9, die für die Zusammenarbeit mit einem zweistufigen Zähler und mit einer Matrixanordnung 13 von F i g. 6 bestimmt ist, werden vier solche mit Thermoelementen gekuppelte Tore verwendet, die mit npn-Transistoren β 5 bis β 8 ausgestattet sind. Die negativen Rechteckimpulse, die von der Matrixanordnung 13 geliefert werden, werden an der Basis der Transistoren Q 5 bis β 8 eingespeist, und zwar durch je einen der Widerstände R 5 bis R 8. Der Kollektor eines jeden der Transistoren β 5 bis β 8 ist über einen der Widerstände R 9 bis R12 mit der positiven Seite des zugehörigen der verschiedenen Thermoelemente Tl bis T 4 verbunden. Die negative Seite eines jeden Thermoelementes ist mit Masse G über eine gemeinsame Sammelschiene B verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren β 5 bis β 8 sind über eine gemeinsame Schiene B1 an Masse G gelegt. Die Transistoren Q 5 bis β 8 sind npn-Transistoren, die voll gesättigt sind, wenn sich ihre Basiselektroden auf positiver Spannung befinden, wobei die Kollektoranschlüsse im wesentlichen an Masse gelegt sind. Während der vollen Sättigung haben die Transistoren β 5 bis β 8 im wesentlichen den Widerstandswert bzw. die Impedanz Null. Wenn die Spannung an der Basis eines dieser Transistoren Q 5 bis ß8 negativ wird, wird der Transistorwiderstand im wesentlichen unendlich groß, so daß die entsprechenden Ausgangsklemmen 49 bis 52 auf eine Spannung gebracht werden, die gleich der vom Thermoelement gelieferten Spannung ist.

Behält man im Auge, auf welche Weise die negativen Rechteckimpulse 45' bis 48' hervorgerufen werden, so ist ersichtlich, daß in einem gegebenen Augenblick lediglich einer der Eingänge der Transistoren β 5 bis β 8 sich auf negativem Potential befindet, während die übrigen Eingänge gleichzeitig positive Spannung haben. So ist beispielsweise zur Zeit t₀ die Spannung an der Basis des Transistors β 5 negativ, während die Spannungen an der Basis der Transistoren β 6 bis β 8 positiv sind. Dies hat zur Folge, daß die Transistoren β 6 bis β 8 voll gesättigt und lediglich der Transistor β 5 gesperrt ist, so daß sich lediglich die Ausgangsklemmen 49 auf einer dem Thermoelement Π entsprechenden Thermospannung befindet, während die übrigen Ausgänge 50 bis 52 geerdet sind. Zur Zeit Z₁ befindet sich die Ausgangsklemme 50 des Transistors β 6 auf einer dem Thermoelement T 2 entsprechenden Thermospannung, während die Ausgangsklemmen 49, 51 und 52 geerdet sind. Auf diese Weise öffnen die von den Transistoren β 5 bis β 8 gebildeten Tore nacheinander abwechselnd unter dem Einfluß der Matrixanordnung 13, so daß aufeinanderfolgend an die Ausgangsklemmen 49 bis 52 die entsprechende Thermospannung der Thermoelemente Tl bis Γ 4 herangeführt wird. An dieser Stelle steht nun ein Vierdraht-Ausgang mit den verschiedenen Thermospannungen zur Verfügung, der in einen Zweidraht-Ausgang verwandelt werden muß, um das Anzeigegerät 16 zu speisen.

F i g. 10 zeigt die als NICHT-ODER Torschaltung ausgebildete Auswahleinrichtung 15 in Form eines Schaltbildes, welcher Abschnitt vier Eingangsklemmen aufweist, die mit den Ausgängen 49 bis 52 des Abschnittes 14 mit seinen Thermoelementen und zugehörigen Toren verbunden ist. Diese Eingänge 49 bis 52 sind über je einen der Widerstände 53 bis 56 mit einem gemeinsamen Punkt 57 verbunden, der zur Basis des Transistors β 9 führt. Da die Transistoren β 5 bis β 8 des Abschnittes 14 abwechselnd nacheinander den Strom unterbrechen, werden die entsprechenden Thermospannungen (die dem abschaltenden Transistor zugehören) mit dem betreffenden der Widerstände 53 bis 56 verbunden, während die übrigen drei Zweige geerdet sind. Dies setzt die Basis des Transistors β 9 auf eine Spannung, die der betreffenden Thermospannung entspricht. Da der Ausgangsimpuls entsprechend dem zugehörigen Thermoelement negativ gerichtet (im übrigen aber positiv) ist, wenn er durch den Abschnitt 15 geleitet wird, ist der Transistor β 10 vorgesehen, um hieraus einen positiv gerichteten Spannungsimpuls zu bilden. Auf diese Weise werden die vier Ausgänge des Abschnittes 14 zu einem Zweidraht-Ausgang für die Speisung des Oszillographen 16 zusammengefaßt, wobei diese beiden Drähte mit dem Kollektor und (unter Zwischenschaltung des Transistors β 10) mit Masse verbunden sind. Die Ausgänge eines jeden Thermoelementes Π bis Γ 4 werden hierbei an die Eingänge des Oszillographen 16 abwechselnd nacheinander angeschlossen, so daß diese Impulse auf dem Bildschirm während einer horizontalen Ablenkung erscheinen. Zu F i g. 9 sei noch bemerkt, daß dort die Thermoelemente T1 bis Γ 4 nahe beieinander dargestellt sind. In Wirklichkeit versteht es sich, daß diese Elemente an verschiedenen Stellen im Reaktorgehäuse untergebracht sein können, so daß das entsprechende Thermoelement die Temperatur an der betreffenden Stelle, an der sich das Element befindet, wiedergibt.

Wegen der kapazitiven Belastung des Oszillographen 16 durch das elektronische Schaltsystem mit den Elementen 11 bis 15 von F i g. 1 ist es zweckmäßig, eine Stufe 58 in Emitterschaltung einzufügen, und zwar zwischen den Ausgang der Auswahleinrichtung 15 und dem Eingang des Oszillographen 16 (vgl. Fig. 10). Auf diese Weise kann die kapazitive Belastung minimal gestaltet werden.

Zur vollen Synchronisation der Arbeitsweise des elektronischen Schalters einerseits mit dem Oszillographen andererseits wird ein Stromkreis 60 gemäß Fig. 11 verwendet. Der Stromkreis ist mit seinem Eingang 61 mit dem Null-Ausgang 45 der Matrixanordnung 13 in F i g. 6 verbunden, so daß das Signal dieser Ausgangsklemme über einen Widerstand 62 an der Basis des Transistors β 11 eingespeist wird, dessen Kollektor über die .RC-Elemente 64 und 63 mit dem Synchronisationskreis des Oszillographen 16 verbunden ist. Dies hat zur Folge, daß beim Eintreffen eines jeden Null-Impulses oder beim Beginn einer jeden horizontalen Kippablenkung der Kathodenstrahlröhre der Oszillograph getriggert wird, und zwar durch den von der Matrixanordnung kommenden Null-Impuls, wodurch sich eine Synchronisation zwischen dem elektronischen Schalter und dem Oszillographen ergibt. Bei der Ausführung mit dem Stromkreis nach Fig. 11 ist der Zähler 12 vorzugsweise mit sechs Stufen ausgerüstet, um eine Zählung bis zur Zahl 64 zu ermöglichen, wobei die Matrixanordnung so ausgelegt ist, daß sieben aufeinanderfolgend geformte negative Rechteckimpulse in der gleichen Weise hergestellt werden, wie dies im Zusammenhang mit F i g. 8 beschrieben wurde. In Anwendungsfällen, bei

welchen mehr als vier Thermoelemente zu überwachen sind, kann man zusätzliche logische Kreise 15 verwenden, da es sich als günstig herausgestellt hat, nicht mehr als fünf unabhängige Thermoelement-Eingänge in jedem logischen Abschnitt zusammenzufassen, damit man noch günstige Anzeigeergebnisse erhält.

In Fällen, in welchen es vorzuziehen oder notwendig ist, die Thermoelemente auf gemeinsame Masse zu legen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die positive Seite der Thermoelemente T1 bis T 4 an eine gemeinsame Erdungsschiene zu legen, um irgendwelche gegenseitige Beeinflussung der Thermoelemente zu vermeiden. Zur Anpassung an diese abweichende Anordnung müssen für die Transistoren QS bis Q8 gemäß Fig. 9 an Stelle von npn-Transistoren andere pnp-Transistoren verwendet werden, wobei ähnliche Umkehrungen auch bei den Dioden zu machen sind, was ihre Polarität betrifft sowie was die Vorspannungen einer jeden Stufe des Schaltsystems betrifft. Durch die Umkehrung der Polaritäten der Vorspannungen, der Diodenpolarität und durch den Ersatz von npn-Transistoren durch pnp-Transistoren und umgekehrt hat sich das System als für die Überwachung und Anzeige vorzüglich geeignet erwiesen, wobei es keine Rolle spielt, ob die Thermoelemente geerdet oder nicht geerdet sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter zur Anschaltung mehrerer elektrischer Meßfühler, insbesondere in einem Polymerisations-Reaktionsgefäß angeordneter Wärmefühler bzw. Thermoelemente, an ein Anzeigegerät, beispielsweise einen Oszillographen, dessen Horizontalablenkung synchron mit der Abtastung der Meßfühler verläuft, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) ein Oszillator (11) konstanter Impulsfolgefrequenz ist an einen mehrstufigen Zähler (12,12a, 12 b) angeschlossen;

b) die Zählerstufen (Q 1, Q 2,...) sind jeweils an Eingänge (33) einer Matrixschaltung (13) mit Dioden (37 bis 44) angeschlossen, die die Eingänge (33) mit den Ausgängen (45 bis 48) der Matrixanordnung verbinden, so daß bei der aufeinanderfolgenden stufenweisen Weiterschaltung des Zählers (12) die Ausgangsleitungen (45 bis 48) nacheinander abwechselnd in den binären Zustand übergehen;

c) an die Ausgänge (45 bis 48) sind Meßfühler (Tl bis Γ 4) über Torschaltungen (Q 5 bis β 8) angeschlossen, die die Meßfühler in zeitlicher Aufeinanderfolge entweder kurzschließen oder mit dem Anzeigegerät (16) verbinden.

2. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (11) und der Oszillograph (16) hinsichtlich seiner Kippfrequenz derart aufeinander abgestimmt sind, daß innerhalb einer Horizontalablenkung sämtliche von den einzelnen elektrischen Meßfühlern (Tl bis T4) nacheinander gelieferten Meßwerte dem Oszillographen zwecks entsprechender vertikaler Strahlablenkung zugeführt werden.

3. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillograph hinsichtlich seiner Kippfrequenz von der Matrixanordnung (13) gesteuert und beispielsweise an die erste Ausgangsleitung (45) derselben angeschlossen ist.

4. Elektronischer Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Ablenkplatten des Oszillographen (16) eine Stufe (58) in Emitterschaltung vorgeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen