DE1566732C3

DE1566732C3 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung kurzzeitiger Schwankungen einer MeSwechselgröBe in kapazitiven Raumschutzanlagen

Info

Publication number: DE1566732C3
Application number: DE19671566732
Authority: DE
Inventors: Eberhard 8000 Muenchen Kohler
Original assignee: Alois Zettler Elektrotechnische Fabrik 8000 Muenchen GmbH
Current assignee: Alois Zettler Elektrotechnische Fabrik 8000 Muenchen GmbH
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1967-04-21
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE1566732B2; DE1566732A1

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

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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 (U_n) 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 U_B.

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 U_B 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

Patentansprüche:

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).