DE1566732C3 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung kurzzeitiger Schwankungen einer MeSwechselgröBe in kapazitiven Raumschutzanlagen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Ermittlung kurzzeitiger Schwankungen einer MeSwechselgröBe in kapazitiven RaumschutzanlagenInfo
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- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung kurzzeitiger Schwankungen
einer Meßwechselspannung bzw. eines Meßwechsclstroms in kapazitiven Raumschutz-Alannanlagen. In
derartigen Raumschutzanlagen werden langsame Zustandsänderungen, beispielsweise Temperaturschwankungen,
Änderungen der Luftfeuchtigkeit u. ä., durch eine Differentiation der elektrischen Meßgrößen nach
der Zeit unterdrückt; bei diesen Zustandsänderungen reicht dann im Gegensatz zu raschen, beispielsweise
durch Bewegungen von Menschen verursachten Zustandsänderungen der Differentialquotient nicht aus,
um die Alarmeinrichtungen zum Ansprechen zu bringen. Bei diesen Einrichtungen werden meist elektrische
Wechselfelder mit Frequenzen in der Größenordnung von 20 kHz und höher verwendet. Bei derartigen
Frequenzen ist es aber von vornherein ausgeschlossen, daß selbst durch kurzzeitige oder ruckartige
Bewegungen eines Menschen eine Feldänderung nur während einer oder weniger Perioden der
Arbeitsfrequenz erfolgt, so daß demnach eine nur wenige Perioden dauernde Feldänderung nicht erkannt
zu werden braucht.
In einer bekannten Schaltungsanordnung (Fig. I)
wird daher z. B. eine am Ausgang des Raumschutzempfängers 1 anliegende Spannung
U = A-smüjt-j(t),
die sich aus der periodischen Funktion des Wechsel-
ίο feldes A ■ sin ω t und der durch Eindringen einer Person
in das Wechselfeld entstandenen nichtperiodischen Funktion /(/) zusammensetzt, durch eine
Diode 2 gleichgerichtet, danach durch eine als Tiefpaß wirkende Kombination aus einem Kondensator
3 und einem Lastwiderstand 4 die periodische Funktion A ■ sin ω t ausgefiltert und die nichtperiodische
Funktion f(t) mittels eines nachfolgenden weiteren /iC-Gliedes 5, 6 nach der Zeit differenziert.
Derartige Schaltungen sind aber nur dann brauchbar, wenn die Zeitkonstante des Differenziergliedes sehr
viel größer als die Periodendauer der verwendeten Wechselspannung ist.
Für elektrische Wechselfelder mit sehr niedrigen Frequenzen, beispielsweise 50 Hz, sind diese Schaltungsanordnungcn
ungeeignet, da zu hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Zeitkonstanten dielektrischen
Integrier- oder Differenzierglieder zu
stellen sind. Bei Verwendung einer solchen niedrigen Arbeitsfrequenz muß aber eine Trennung zwischen
der periodischen Funktion A ■ sin cot und der unbekannten, ihr überlagerten Funktion /(O auch dann
sicher erfolgen, wenn diese Funktion ;'(r) nur während einer Periodendauer T = — -'— ein Differential
<■>
d/
aufweist.
Schwankungen der Meßwechselgröße von der Dauer nur einer oder einiger Perioden einer sehr niederfrequenten
Wechselspannung werden dadurch erkannt, daß erfindungsgemäß von der Meßwechselgröße
mit Hilfe einer Reihenschaltung von Koppelkondensator, Gleichrichter und Widerstand, wobei
zwischen Koppelkondensator und Gleichrichter ein Entladewiderstand gegen den gemeinsamen Pol der
Schaltung liegt, Impulse abgeleitet sind, welche ihr hinsichtlich Frequenz und Größe entsprechen, und
daß diese Impulse einer Vergleichsschaltung zugeführt sind, die andererseits durch' eine konstante
Gleichspannung (Un) beeinflußt ist und die bei Abweichung
des Mittelwertes der zugeführten Impulse von der Vergleichsspannung eine zur Alarmgabe benutzte
Ausgangsspannung liefert.
Bei dieser Schaltungsanordnung wird also nach der Gleichrichtung die aus der periodischen Funktion und
der überlagerten, unbekannten Funktion bestehende Wechselgröße nicht differenziert, sondern eine Mittelwertbildung
über ein dem Stromflußwinkel proportio-
6l> nales Produkt aus Strom · Zeit gebildet. Eine Anzeige
ergibt sich aber immer nur dann, wenn eine Veränderung der periodischen Eingangswechselgröße eingetreten
ist. Durch die Verwendung eines Transistors läßt sich dessen Basis-Emitter-Strecke als Gleichrichter
verwenden und seine Stromverstärkung so einstellen, daß der Transistor ,sofort in seine Sättigung
kommt. Hierdurch wird dann durch jede Schwankung der Eingangswechselgröße nur noch die Dauer der
Ausgangsimpulse verändert. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit
der Erfindung sieht vor, die miteinander zu vergleichenden Ströme auf die gleiche Weise
zu erzeugen. Die Schaltungsanordnung ist in diesem Fall symmetrisch aufgebaut, wobei lediglich die Konstanten
der Kondensatorwiderstandsanordnung sehr voneinander abweichen, so daß der Kondensator mit
der größeren Kapazität einem Differential
d/(0
df
durch seinen Ladungszustand nur sehr langsam folgt, während der andere Kondensator mit der kleinen Kapazität
diesem Differential rasch zu folgen vermag.
Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt
Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung für
hohe Frequenzen,
F i g. 2 die prinzipielle Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 3 den Stromverlauf nach dem Gleichrichterventil,
F i g. 4 eine Erweiterung der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2,
Fig. 5 den Verlauf des Kollektorstroms in der Schaltungsanordnung nach F i g. 4,
F i g. 6 eine Schaltungsanordnung gemäß F i g. 4 mit einem nachgeschalteten monostabilen Multivibrator,
Fig. 7 eine Erweiterung der prinzipiellen Schaltungsanordnung
nach F i g. 4,
F i g. 8 den zeitlichen Verlauf des Stromes nach der Schaltungsanordnung gemäß Fi g. 7,
F i g. 9 eine nach der prinzipiellen Schaltungsanordnung gemäß F i g. 7 ausgeführte Schaltung.
In F i g. 2 ist mit 7 eine Raumschutzeinrichtung bezeichnet, die beispielsweise aus einer Brückenschaltung
mit Meßelektroden und einer nachfolgenden Verstärkerschaltung besteht. An den Ausgangsklemmen
Ta und Ib der Raumschutzeinrichtung 7
kann betriebsmäßig eine von der Verstimmung der erwähnten Brückenschaltung abhängige Wechselspannung
abgenommen werden. Diese wird durch eine Diode 10 gleichgerichtet, steht an einem Widerstand
11 an und lädt einen Kondensator 8 auf. Durch den Spannungsabfall an einem Widerstand 9 wird die
Nullinie der Eingangsspannung verschoben; bei Fehlen dieses Widerstandes 9 würde sich der Kondensator
8 rasch auf den Spitzenwert der Wechselspannung aufladen und durch die hierdurch entstehende Gegenspannung
jeden weiteren Strom verhindern. So wird aber durch den Widerstand 9 der Kondensator
8 während jeder Periode der Eingangsspannung wieder geringfügig entladen und die fehlende Ladung
anschließend durch den über die Diode 10 und den Widerstand 11 fließenden Strom ergänzt. Der Stromverlauf
hinter der Diode 10 an dem Widerstand 11 ist in F i g. 3 dargestellt.
Durch einen weiteren Widerstand 15 ist ein konstanter Gleichstrom einer Gleichspannungsquelle U8
so eingestellt, daß im störungsfreien Fall sich die Ladungen an einem Kondensator 12 aufheben und an
einem zu diesem Kondensator parallelliegenden Indikator, beispielsweise einem Instrument 13, kein Ausschlag
sichtbar ist. Bei jeder Veränderung der Eingangsspannung an den Klemmen 7 α und 7 b wird jedoch
das Gleichgewicht zwischen Lade- und Entladewechselstrom an dem Kondensator 8 gestört und
der Ladestrom bis zu einem neuerlichen Ausgleich so verändert, daß an dem Indikator eine Störung angezeigt
ist, die zur Alarmgabe benutzt ist.
In den folgenden Ausführungsbeispielen sind die entsprechenden, in dieser prinzipiellen Schaltung verwendeten
Elemente immer mit denselben Bezugszeichen versehen. Die beschriebene Grundschaltung
kann in der Weise erweitert werden, daß an Stelle der Diode 10 ein Transistor 16 verwendet ist. Hierbei
wird die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 als Gleichrichter verwendet und der Ladestrom des Kondensators
8 vor dem Vergleich mit dem über den Widerstand 15 fließenden Gleichstrom verstärkt, so daß
ein weniger empfindlicher Indikator, beispielsweise ein Instrument 13, verwendbar ist. Auch kann die
Stromverstärkung dieses Transistors 16 und der Wert
«> des Widerstandes 11 so gewählt werden, daß der
Transistor 16 sofort bei Fließen des Ladestroms in seine Sättigung kommt, so daß bei einer Änderung
der Eingangsspannung sich nur die Dauer der am Kollektor des Transistors anliegenden Impulse verändert
und nicht mehr deren Amplitude (F i g. 5). Hierdurch entfällt auch der Einfluß der Hilfsgleichspannung
UB.
In einer Erweiterung (F i g. 6) der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 ist vorgesehen, daß die beiden
durch den Indikator, beispielsweise das Instrument 13, miteinander verglichenen Ströme im Ruhezustand
dieselbe Zeitfunktion besitzen. Dies wird dadurch erreicht, daß die steigende Flanke der Stromimpulse,
wie sie in F i g. 5 dargestellt sind, einen monostabüen Multivibrator 18 (F ig. 6) in den nichtstabilen Zustand
umsteuert und er in diesem Zustand für die Dauer eines Ladestromimpulses verharrt.
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin, daß gemäß F i g. 7 die in dem
Instrument 13 miteinander verglichenen Ströme auf die gleiche Art erzeugt werden. In diesem Fall muß
die Schaltung symmetrisch aufgebaut sein, und die Ströme an den Ausgängen Ta, Tb und Tc der Raumschutzeinrichtung
22 müssen gleichphasig zueinander sein. Unterschiedlich sind lediglich die Zeitkonstanten
der beiden Kondensatorwiderstandsanordnungen 8, 9 und 20, 21. Beispielsweise besitzt der Kondensator
8 eine größere Kapazität als der Kondensator 20, so daß einer Änderung der Eingangsspannung
an den Klemmen Ta und Tb der Kondensator 8 mit
seinem Ladungszustand nur sehr langsam folgt, während der kleinere Kondensator 20 rascher zu folgen
vermag.
Hierdurch ergibt sich vorübergehend eine unterschiedliche Impulslänge an den Kollektoren der
Transistoren 16 und 19, so daß in diesem Fall an dem Indikator eine Störung angezeigt ist. Der Verlauf
der Ströme an den Kondensatoren 8 und 20 auf Grund einer Veränderung der Eingangsspannung ist
in F i g. 8 dargestellt. Hierbei ist durch die strichpunktierten Kurven der Ladezustand am Kondensator
8 wiedergegeben, während die durchgehend gestrichelte Kurve den Zustand am Kondensator 20 bei
Auftreten beispielsweise einer Sprungfunktion wiedergibt,
wie sie ebenfalls in F i g. 8 als durchgehende Linie gezeigt ist.
In F i g. 9 ist ebenfalls eine symmetrisch aufgebaute
Schaltung dargestellt, in der zwei Transistoren
23 und 24 gemeinsam von einem Strom aus der Raumschutzeinrichtung 7 angesteuert werden. An den
Kollektor-Widerständen 31 und 32 der beiden Transistoren 23 und 24 steht jeweils eine Wechselspannung
zur Verfügung. Die Gleichrichtung wird auch in die,sem Fall durch die Basis-Emitter-Strecke des
Transistors 16, dem Widerstand 9 und dem Kondensator 8 bzw. der Basis-Emitter-Strecke des Transistors
19, dem Widerstand 21 und dem Kondensator 20 durchgeführt. Der Kondensator 8 wird über den Widerstand
32, die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 und eine nicht näher dargestellte Batterie UB aufgeladen
und entlädt sich über den Widerstand 9 und den Transistor 23. Das Verhältnis zwischen den Widerständen
32 und 9 bestimmt bei konstanter Kollektor-Wechselspannung des Transistors 23 den
Stromflußwinkel durch das Gleichrichterventil der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16. Die Widerstände
32, 31 sowie 9 und 21 sind betragsgleich. Bei unveränderter Eingangsspannung sind deswegen auch
die an den Kollektoren der Transistoren 16 und 19 anliegenden Impulse gleich. Auch in dieser Schaltungsanordnung
sind die Widerstände 27 und 29 in den Kollektorzweigen der Transistoren 16 und 19 so
gewählt, daß die Transistoren sofort in ihre Sättigung kommen und damit als Schalter wirken, so daß sich
auch in diesem Fall, wie schon in F i g. 5 gezeigt, nur noch die Dauer der Impulse bei einer Beeinflussung
der Eingangsspannung an den Klemmen 7 α und 7 b ändert.
Tritt nun beispielsweise eine solche Änderung des Eingangsstromes an den Klemmen la und Ib auf,
beispielsweise nach einer Sprungfunktion, wie sie in F i g. 8 dargestellt ist, so verändert sich an dem Kondensator
8 infolge seiner größeren Kapazität sein Ladezustand nur ,sehr langsam, so daß am Kollektor
des Transistors 16 sofort breitere Impulse als im ungestörten Zustand anliegen und die Impulse erst nach
längerer Zeit wieder ihre Breite erreichen, die sie vorher im ungestörten Zustand besaßen. Im Gegensatz
hierzu benötigt der Kondensator 20 zur Angleichung an die neuen Spannungsverhältnisse infolge seiner erheblich
kleineren Kapazität auch einen kleineren Ladungszuwachs, so daß nach einer kurzzeitigen Verbreiterung
der Impulse am Kollektor des Transistors
ίο 19 diese rasch wieder ihre ursprüngliche Breite einnehmen.
Eine Veränderung der Eingangsspannung bewirkt also vorübergehend eine unterschiedliche Impulsbreite
an den Kollektoren der beiden Transistoren 16 und 19.
Diese beiden Transistoren bilden mit ihren Kollektor-Widerständen 27 und 29 eine Brückenschaltung,
in deren Diagonale die Basis-Emitter-Strecken zweier
weiterer Transistoren 25 und 26 liegen. Im ungestörten Fall werden die beiden Transistoren 16 und 19
gleich angesteuert, und es fließt kein Diagonalstrom; das bedeutet, keiner der beiden Transistoren 25 und
26 wird leitend. Sobald allerdings die Impulsbreite an den Kollektoren der Transistoren 16 und 19 unterschiedlich
ist, ergibt sich ein Diagonalstrom, und einer der beiden Transistoren 25 und 26 wird kurzzeitig
leitend und gibt einen Erregungsstrom, beispielsweise für ein Relais 30, ab. Dieser Impulsstrom
wird durch einen zu dem Relais parallelgeschalteten Kondensator 33 ausgeglichen. Reicht der Strom aus,
um das Relais 30 anzuregen, so schaltet es über einen seiner Kontakte 301 Lampen oder ähnliche
Anzeigen, durch die zu erkennen ist, daß sich die Eingangsspannung an den Klemmen la, Ib der
Schaltungsanordnung innerhalb sehr kurzer Zeit um einen nicht vernachlässigbaren Betrag verändert hat
und der Alarmfall gegeben ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung kurzzettiger Schwankungen einer Meßwechselspannung
bzw. eines Meßwechselstromes in kapazitiven Raumschutzalarmanlagen, dadurch gekennzeichnet,
daß von der Meßwechselgröße mit Hilfe einer Reihenschaltung von Koppelkondensator
(8), Gleichrichter (10) und Widerstand (11), wobei zwischen Koppelkondensator (8) und
Gleichrichter (10) ein Entladewiderstand (9) gegen den gemeinsamen Pol der Schaltung liegt,
Impulse abgeleitet sind, welche ihr hinsichtlich Frequenz und Größe entsprechen, und daß diese
Impulse einer Vergleichsschaltung (12, 13) zugeführt sind, die andererseits durch eine konstante
Gleichspannung (U B) beeinflußt ist und die bei Abweichung des Mittelwertes der zugeführten Impulse
von der Vergleichsspannung eine z,urAlarmgabe benutzte Ausgangsspannung liefert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichter die
Basis-Emitter-Strecke eines Transistors (16) verwendet ist und der Transistor (16) in seine Sättigung
kommt, so daß sich durch jede Schwankung der Meßwechselgröße die Dauer, nicht aber die
Amplitude der Ausgangsimpulse des Transistors (16) ändert.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anstiegsflanke des am Kollektor des Transistors (16) anliegenden
Impulses ein monostabiler Multivibrator (18) in seine nichtstabile Lage geworfen ist
und in dieser Lage für die Dauer des Impulses bleibt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung
aus der Meßwechselgröße selbst gewonnen und eine weitere Kondensator-Widerslandsanordnung
(20, 21) verwendet ist, deren Kondensator (20) aber kleiner ist als der am Eingang liegende Kondensator
(8).
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publications (3)
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
DE2264210C2 (de) * | 1972-12-30 | 1983-11-10 | Dynamit Nobel Ag, 5210 Troisdorf | Überwachungseinrichtung |
-
1967
- 1967-04-21 DE DE19671566732 patent/DE1566732C3/de not_active Expired
Also Published As
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DE1566732A1 (de) | 1970-02-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |