DE1499548A1 - Selbstpruefende Zustand-UEberwachungsanordnung - Google Patents

Description

Scully Signal Company
Melrose, Massachusetts (USA)

b'elb st prüfende Zustand-tiberwaohungsan Ordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstprüfende Zustand-Überwachungsanordnungo Aufgabe der Erfindung ist es, ein
verbessertes Gerät zur Selbstprüfung der richtigen !Punktion einer Zustandsüberwachungsanordnung mittels Verwendung eines auf einfache und neuartige Weise erzeugten Prüfsignals zu schaffen.

Die selbstprüfende Zustand-Überwachungsanordnung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Zustandsfühler,
Mittel zur Speisung der Anordnung, Mittel die einen festzustellenden Zustand auf den Fühler so übertragen bzw. an ihn anlegen, dass in der Anordnung ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei Mittel, die den Fühler einem periodisch zugeführten Steuersignal unterwerfen, um in der Anordnung eine entsprechende, das Ausgangssignal modulierende

909 8 A 2 / O O 8 7

Schwingung zu erzeugen, und der Anordnung zugeordnete Überwaohungsmittel vorgesehen sind, die auf ihr Ausgangssignal ansprechen und beim Ausbleiben der Schwingung in der Anordnung über eine vorbestimmte Zeitspanne hinaus eine vorbestimmte Wirkung zeigen.

Bei dieser Anordnung wird zur unmittelbaren, mittelbaren oder gefolgerten Ermittlung der verschiedensten vorbestimmten Bedingungen und Zustände, beispielsweise von magnetischer Strahlung, zur Pegelstand-, Strömungs-, flammen-, (Feuer-), Temperatur-, Licht-, Richtungs-, Abstandsanzeige und dergleichen, anwendbarer photoelektrischer oder entsprechender !Fühler oder Detektor verwendet wird. Eine in der Anordnung selbst erzeugte Schwingung wird zur Schaffung eines Prüfsignals verwendet, das überwacht werden kann. Dieses Prüfsignal wird erzeugt, indem rückwärts vorgespannter Strom intern über das eigentliche I¹UhI er el em ent wiederholt so zugeführt wird, dass er das Bestehen eines Schwingungszustandes bei vorbestimmter Frequenz in der Anordnung bewirkt. Dieses so erzeugte Prüfsignal wird dann in aus-

^ fallsicherer Weise überwacht, so dass das Ausbleiben

to des Prüfungssignals das Eintreten einer geeigneten vor-

⁴^ bestimmten Wirkung verursacht«, Die Schaffung des Prüf-

Q. signals hat einen weiteren Vorteil insofern, als der bei

oo den bisher bekannten Vorrichtungen und Systemen so störende Dunkelstrom photoelektrischer Fühler durch den an den' Fühler angelegten Vorspannungsstrom beseitigt wirdo

BAD ORIGINAL

Bie Erfindung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung» deren einzige !Figur ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, näher erläutert. '

In der Zeiohnung ist die Erfindung in ihrer Anwendung als Plammendetektor oder Flammenanzeigegerät veranschaulicht. Eine bedeutende Anwendung einer solchen Vorrichtung ist beispielsweise bei einem Ölbrenner gegeben, bei welchem es aus verschiedenen Gründen notwendig ist, die Flamme des Brenners festzustellen bzw. ihr Vorhandensein anzuzeigen.

Bei dieser Ausiuhrungsform der Erfindung ist eine Gleichstromquelle» beispielsweise eine Batterie 11, mit ihrer Minusklemme an ein Ende der Spule 12 eines Relais 13 und mit ihrer Plusklemme an den Emittor 14 eines P-N-T-Phototransistors 15 angeschlossen. Der Kollektor 16 des Phototransistors 15 ist an das andere Ende der Spule 12 angeschlossen. An die Plusklemme der Batterie 11 ist ausserdem ein einen Teil des Relais 13 "bildender und der Spule 12 zugeordneter Hebelkontakt 17 angeschlossen. Die Basis 18 des Transistors 15 ist an einen dem Hebelkontakt 17 zugeordneten* Eontakt 19 angeschlossen. Es leuchtet ein, dass anstelle des vorerwähnten P-H-P-Phototrarisistors auch ein H-P-üJ-Piaotptransistor verwendet v/erden könnte. Dem Hebelkontakt 17 ist ausserdem ein zweiter Ecntakt 20 su^eoränet.

909842/0087

H99548

Der zweite Kontakt 20 kann an die Primärwicklung 25 eines Aufwärtstransformators 26 angeschlossen sein, dessen Sekundärwicklung 27 an eine Spule 28 eines langsam_i abfallenden Relais 29 angeschlossen ist, dem ein Hebelkontakt 30, Kon-. takte 31 und 32 sowie Anschlüsse 33» ?34 und 35 zugeordnet sind. Eine Alarmeinrichtung kann an die Anschlüsse 33» 34 und 35 iß- geeigneter Weise so angeschlossen sein, dass sie eine Anzeige einer irgendwo in der Anordnung auftretenden Störung liefert. ■

Die vorbeschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Wenn der Phototransistor 15 so angebracht ist, dass Strahlungsenergie in Form von Licht aus einer Flamme 21 auf den Phototransistor auftrifft, entsteht eine Stromflussvermehrung in dem Kollektor-Emittorkreis des Transistors 15, Eine solche Stromfluss Vermehrung ist dem Fachmann wohl bekannt, so dass sich ihre weitere Erläuterung hier erübrigt. Sofern die Beleuchtung aus der Flamme 21 eine ausreichende Intensität besitzt, nimmt der Ohmsche Widerstand zwischen dem Emittor 14 und dem Kollektor 16 des Transistors 15 ab, so dass folglich ein Strom aus der Batterie. 11 durch die Spule 12 fliesst. Sofern der Stromfluss durch die Spule 12 einen vorbestimmten Wert hat, wird das Relais betätigt, so dass sich der normalerweise mit dem Kontakt 20 in Berührung stehende Kontakthebel 17 von dem Kontakt 20 löst und sich gegen den Kontakt 19 anlegt. Beim Anlegen des Kontakthebels 17 gegen den Kontakt 19 wird die Basis 18 des Hiototransistors 15 an die

909 842/0087

_ 5 —

Plusklemiae der Batterie 12 unmittelbar angeschlossen. Durch das (unmittelbare) Anschliessen der Batterie 11 an die Basis 18 wird ein rückwärts vorgespannter Strom an den Phototransistor 15 angelegt, der bewirkt, dass der Phototransistor sofort von seinem leitenden Zustand auf seinen nicht leitenden Zustand übergeht₀ Dabei wird die Relaisspule 12 abgeschaltet, so dass das Relais ausfällt und bewirkt, dass sich der Hebelkontakt 17 von dem Kontakt 19 löst und sich gegen -den Kontakt 20 anlegt. Dieser Zyklus wiederholt sich fortlaufend, solange die vorerwähnte Strahlungsenergie auf den Fühler auftrifft, und hält solange an, bis ein Bauteil ausfällt, d.h. eine Störung aufweist, oder, bis die Strahlungsenergie aussetzt.

Die vorbeschriebene Schwingung tritt bei einer sowohl durch die Frequenz-iinsprechdaten des Relais als auch durch die Frequenz-Ansprechdaten des pliotoelektrischen Fühlers 15 bestimmten Frequenz auf.

Es wurde ein Versuchsmodell des Schwingungskreises gemäss der Erfindung hergestellt, der in jeder Beziehung zufriedenstellend arbeitete und, bei dem die nachstehend aufgeführten spezifischen fertig erhältlichen Bauteile verwendet wurden: Batterie 11 = 9-V-Burgess-Batterie; Relais 13 = Sigma Relais Nr. 41 FZ-500 AOS-Si-L, 500-Ohm-Spule, 19-V Wechselstrom; photo elektrischer Fühler 15 = Ρ-ΪΓ-P-Photo-

1098 42/0087

H99548

transistor, Radio Shack Katalog Fr, 27-847.

Die vorstehend näher bezeichneten Bauteile der Anordnung ergaben eine Frequenz des Prüfsignals von etwa 100 Hz. Diese Frequenz lässt sich natürlich erhöhen oder verringern durch geeignete Wahl der Relais oder sonstiger Schaltmittel, wie beispielsweise eines Festkörper-öchaltelements. Die Wahl sowohl der vorstehend aufgeführten Bauteile als auch die der übrigen Bauteile, v/ie beispielsweise des Relais 29 und des Transformators 26, wird natürlich durch die Erfordernisse der spezifischen Anwendung beeinflusst und kann von einem einschlägigen Fachmann leicht vorgenommen werden.

Das durcü die vorstehend beschriebene Anordnung gelieferte normale ui^nal hat die Form eines ausgeprägten hörbaren ochnarrens, das durch das schnelle Ein- und Ausschalten des Relais 13 erzeugt wird. Dieses durch die Schwingung ■erzeugte Prüfsignal lässt sich auf zahllose Arten, beispielsweise durch Kopplung der Primärwicklung 25 des Transformators 26 über die Batterie 11 und den Kontakt 20 mit seiner über eine Spule 28 dea Relais 29 gekoppelten oekundärwicklung 27, überwachen.

Das rasche Anlegen und Lösen des .Kon "takthebe Is 17 gegen die bzw. von den Kontakten 19 und 20 des Relais 13 führt zum Erregen der Primärwicklung 25 des üufwärtstransformators Dadurch wird in der Sekundärwicklung 27 eine herauftrans-

90084 2/008 7

_BAD

formierte Spannung erzeugt, die wiederum der Spule 28 des langsam abfallenden Eelais 29 zugeführt wird. Solange diese pulsierende aufwärtstransformierte Spannung an die Spule 28 angelegt wird, bleibt das Relais 29 erregt, so dass es den Hebelkontakt 30 mit dem Kontakt 32 in Berührung hält. An die Anschlüsse 33, 34 und 35 kann ein geeignetes Signal-, Anzeige-, Detektor- oder Alarmgerät angeschlossen sein, -das eine Anzeige über eine Störung in der Anordnung liefert. Da der Industrie zahlreiche Alarm-, Anzeige- oder sonstige Detektormittel zum Überwachen des Arbeitens des Prüfsignals zur Verfügung stehen, brauchen diese hier nicht weiter erörtert zu werden, da Wahl und Bauweise solcher Geräte der Geschicklichkeit des Fachmanns überlassen sind*

Demzufolge sieht die Erfindung ein Mittel vor, durch das sich eine Stromkreisunterbrechung oder ein Kurzschluss oder irgendeine sonstige mögliche störung eines Bauteils irgendwo in der Anordnung in einem Ausbleiben des Prüf-Bignals äussert. Wenn beispielsv/eise die Leitungen 22 und 23, die zwischen dem Kollektor und einem Ende der Spule 12 bzw. zwischen dem Emittor und der Pluskleinme der Batterie 11 angeschlossen sind, kurzgeschlossen werden oder, wenn in dem Phototransistor 15 selbst ein Kurzschluss auftritt, löst sich der Hebelkontakt 17 des Relais 13 von dem Kontakt 20 und legt er sich gegen den Kontakt 19· Da die an

9 09 842/0087

149954a

die Basis 18 angelegte korrigierende Vorspannung auf den Phototransistor 15 keine Auswirkung hat, hält die 'Relaisspule 12 den Hebelkontakt 17 weiterhin'mit dem Kontakt 19 in Berührung. Auf diese Weise bleibt das Prüfsignal aus, was·seinerseits bewirkt, dass das hörbare Schnarren aufhört.

Feststoff-Sehaltungseleniente, wie beispielsweise photoelektrische Licht- bzw. Strahlungsfühler, zu denen Photodioden, mittels lichtaktivierten Siliziums gesteuerte Gleichrichter, licht- bzw. strahlungsbetatigte P-U-P-IT-Schalter, strahlungsempfindliche Feldeffekttransistoren, P-N-P- und U-P-U-Phototransistoren usw. gehören, eignen siclj ebenfalls zur Verwendung bei der Erfindung. Auch Peststoffschalter anstelle des beschriebenen mechanischen Relais, wie beispielsweise siliaiumgesteuerte Gleichrichter, gattergesteuerte Schalter, Zener-Regulatorschalter, Silizium-Diodenschalter, Leistungstransistoren usw., sind nur wenige Beispiele der gössen Zahl der zur Verfügung stehenden unterschiedlichen Halbleiter- oder Feststoff- Jchaltvorrichtungen, die sich erfindungsgemäss verwenden lassen und, deren spezielle Bauart frei wählbar ist.

Da die meisten Transistoren und Halbleiter im allgemeinen ziemlich temperaturempfindlich sind, lassen sie sich durch Verwendung der ausfallsicheren selbstprüfenden Art nach der Erfindung leicht der Verwendung als Fühler zum Ermitteln

909842/0087

BAD OFHG»NAL

_ 9 —

vorbestimmter Temperaturabweiehungen oder -bedingungen anpassen. Die Ermittlung einer vorbestimmten Temperatur oder einer vorbestimmten Geschwindigkeit der Übertragung von Wärme auf den !Fühler oder aus dem luhler würde also das. Aussetzen des Prüfsignals oder eine Veränderung seiner Frequenz bewirken.

Zusammenfassend kann nach den Lehren der Erfindung die Schwingung, die durch Thermistordetektoren oder durch luhler erzeugt wird, in neuartiger Weise zum Erzeugen eines Prüfsignals zwecks Überprüfung der Betriebsiähigkeit der Anordnung verwendet werden. Demzufolge würde das Ausbleiben

des überwachten Prüfsignals eine Störung in der Anordnung melden oder anzeigen, dass der zu überwachende Zustand eingetreten ist.

Wie vorstehend erörtert und besehrieben sowie nachgewiesen, ermöglicht die der Erfindung zugrundeliegende Technik ihre Anwendungauf eine Yielzahl unterschiedlicher Arten elektrischer, elektronischer, mechanischer und elektromechanischer Anordnungen, wobei sie von der besonderen spezifischen Art der verwendeten Vorrichtung gänzlich unabhängig ist.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschliesslich dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielenfür den lachmann naheliegt.

909842/0087

JB/kn - 17 171 Patentansprüche:

Claims (2)

PA TSAfTa N ÜYÄ'L TE U99548 PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-INO. HANS-HEINRICH WBV BERLIN-DAHLEM ■ PODBIELSKIALLEE 68 MÜNCHEN 22 · WIDCNMAYERSTnASSS 4· TELEFON: 7*29 07 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS ^ β TELEFON: 22 SO «5 · TELEBRaMMEi PROPtNOUS den 8 . Dezember 1965 Dr. Expl. . Scully Siganl Company Melrose, Massachusetts (USA) Patentansprüche

1. Selbstprüfende Zustand-Überwachungsanordnung, gekennzeichnet durch einen. Zustandsfühler (15)» Mittel (11) zur speisung der Anordnung, Mittel (21), die einen festzustellenden Zustand auf den !Fühler (15) so übertragen bzw. an ihn anlegen, dass in der Anordnung ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei Mittel (13), die den Fühler einem periodisch zugeführten Steuersignal unterwerfen, um in der Anordnung eine entsprechende, das Ausgangssignal modulierende Schwingung zu erzeugen, und der Anordnung zugeordnete Überwaehungs mittel (29) vorgesehen sind, die auf ihr Ausgangssignal ansprechen und beim Ausbleiben der Schwingung in der Anordnung über eine vorbestimmte Zeitspanne hinaus eine vorbestiimnte Wirkung ζ e ig en.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal aus einer Veränderung der Vorspannung besteht, die die Betriebsbedingungen des !Fühlers verändert.

$09842/0087

3·. Zustand-Überwaohungsanordnung nach, den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein einpoliges Umschaltrelais (13)» eine Stromquelle (11) und einen·Phototransistor (15)> dessen Kollektor (16) über die Relaisspule (12) in Reihe an die Minusklemme der. Stromquelle (11), dessen Emittor (14) an die Plusklemme der Stromquelle (11) und dessen Basis (18) an einen normalerweise offenen Kontakt (19) des Relais (13) angeschlossen ist, wobei bei der Einwirkung von Energie auf den Phototransistor (15) durch Verringerung dessen inneren Widerstandes das Relais (13) den Kontakt (19) sohliesst und an die Basis (18) einen positiven Spannungsimpuls anlegt,, der den Phot ο trans is tor (15) abschaltet und seinen inneren Widerstand erhöht, der seinerseits den Kontakt (19) öffnet, wobei sich der Zyklus fortlaufend wiederholt, solange die Energie an den Phototransistor angelegt bzw. auf ihn übertragen wird.

JB/kn - 17 171

■509842/0087

AZ Leerseite