DE1588336C3 - Elektrischer Zweipunktregler mit einem Leitungsschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Typische Anwendungen solcher Schaltungen ergeben sich in Verbindung mit einem Oszillator, dessen gleichstromseitiger Innenwiderstand bei Eintritt einer die Oszillatorschwingungen dämpfenden Steuerfahne aus Metall verändert wird. Solche Oszillatoren benutzt man vor allem bei Reglern, wobei der Oszillator an

,₅ einem Sollwertzeiger und die Steuerfahne an einem Istwertzeiger angebracht ist, so daß der Istwertzeiger induktiv abgetastet wird und beim Erreichen des Sollwertes ein Signal erhalten wird. Man bezeichnet solche Oszillatoranordnungen auch als »induktive Schalter«. Es sind induktive Schalter bekannt, deren Oszillatoren bei Bedämpfung die Tendenz zum Hochohmigwerden zeigen. Es sind auch Schalter dieser Art bekannt, die beim Dämpfungsvorgang die Tendenz zum Niederohmigwerden zeigen (DT-AS 12 93 490). Normalerweise sind die Oszillatoren im unbedämpften Zustand. Bei Erreichen des Sollwertes tritt der Istwertzeiger mit der Fahne in den induktiven Schalter ein und löst damit einen Schaltvorgang aus. Beispielsweise kann bei einer Temperaturregelung mit Erreichen des Sollwertes die Heizung abgeschaltet werden. Es kann zu schwerwiegenden Nachteilen führen, wenn dieser Schaltvorgang nicht stattfindet.

Nun erfolgt die Übertragung von dem Signalgeber, also dem induktiven Schalter, zu dem Verstärker häufig über eine längere Übertragungsleitung. In einer solchen Übertragungsleitung können Fehler auftreten, und zwar kann ein Kurzschluß zwischen den beiden Adern der Übertragungsleitung auftreten oder es kann die Übertragungsleitung durch einen Defekt unterbrochen werden. Es kann nun der induktive Schalter so aufgebaut sein, daß er bei Bedämpfung durch die Fahne hochohmig wird. Wenn in diesem Falle ein Kurzschluß in der Übertragungsleitung auftritt, dann tritt dieses Hochohmigwerden für den Verstärker nicht in Erscheinung. Infolgedessen wird z. B. ein Regler nicht auf das Erreichen des Sollwertes ansprechen, so daß der Istwert über den Sollwert hinaus weiter ansteigt. Wenn man stattdessen einen induktiven Schalter benutzt, welcher bei Bedämpfung des Oszillators niederohmig wird, dann würde der Verstärker ein solches Niederohmigwerden nicht bemerken, wenn die Übertragungsleitung unterbrochen ist Da Kurzschluß und Unterbrechung der Übertragungsleitung etwa gleich wahrscheinliche Defekte sind, ist eine Sicherheit gegen gefährliche Fehlfunktionen der Anordnung durch Leitungsdefekt nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruches vorausgesetzten Schaltungsanordnung eine Schaltungsanordnung der vorliegenden Art zu schaffen, bei welcher bei jeder Art von Leitungsdefekt eine Sicherheit gegen gefährliche Fehlfunktionen gegeben ist, indem Leitungskurzschluß und Leitungsunterbrechung den gleichen Ausgang des Verstärkers ergibt als hätte der Istwert bereits den Sollwert erreicht. — Bei einer Schutzeinrichtung ist eine solche Aufgabe bereits gelöst worden. Nach der DT-AS 11 59 089 wird eine Meldung nicht nur im Falle einer Gefahr sondern auch dann abgegeben,

wenn die betreffende Meßleitung unterbrochen ist oder einen Kurzschluß aufweist.

(iemali der Erfindung wird die Aufgabe durch die im Kenn/eichen des Patentanspruches genannten Maßnahmen gelöst.

Man kann dann dafür sorgen, daß dem »gefährlichen Zustand«, bei welchem also ein Schaltvorgang erfolgen muß, wenn schwerwiegende Nachteile vermieden werden sollen, der niederohmige Zustand des Signalgebers zugeordnet ist. Wenn dann dieser Zustand eintritt, dann wird der betreffende Schaltvorgang ausgelöst. Es wird also beispielsweise beim Erreichen des Temperatur-Sollwertes die Heizung abgeschaltet. Das gleiche tritt ein, wenn in der Leitung ein Kurzschluß auftritt, der sich für den Verstärker genau so auswirkt wie der ,₅ niederohmige Signalgeber. Ebenso wird aber auch bei einer Unterbrechung der Leitung die Kurzschluß-Schaltung niederohmig. Bei beiden Arten von Leitungsdefekt wird also ein »gefährlicher Zustand« simuliert und eine entsprechende Reaktion ausgelöst. Das ist möglich, weil sich beide Arten von Leitungsdefekten durch eine entsprechende Schaltung im Eingangskreis in gleicher Weise auf den Verstärker auswirken.

Die Kurzschluß-Schaltung enthält einen mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke am Verstärkereingang liegenden Transistor, der über einen Widerstand an der Versorgungsspannung des Verstärkers liegt und dessen Basis über eine Zener-Diode ansteuerbar ist, weiche verstärkerseitig von der Übertragungsleitung parallel zum Signalgeber-Ausgang liegt.

Bei angeschlossenem Signalgeber reicht die Spannung an der Zener-Diode nicht aus, um diese leitend zu machen. Bei Unterbrechung der Leitung wird die Spannung an der Zener-Diode, die ja auf die Versorgungsspannung hin ansteigt, so groß, daß die Zener-Diode leitend wird und den Transistor am Eingang des Verstärkers durchschaltet. Damit wird dieser niederohmig und der Verstärker kippt in den anderen Zustand. Im Normalzustand ist der Transistor ebenso wie die Zener-Diode gesperrt und hochohmig, so daß sie die normale Funktion der Anordnung in keiner Weise beeinträchtigen.

Durch die US-PS 29 97 661 ist ein Signalgeber bekannt, bei welchem die Schwingung eines Oszillators von einer durch ein Galvanometer auslenkbaren Fahne beeinflußt wird, die zwischen zwei Spulen eines Schwingkreises eintaucht. Wenn die Fahne sich außerhalb der Spule befindet, schwingt der Oszillator nicht. Eine Röhre in dem Oszillator wirkt dann als Gleichrichter, der eine Wechselspannung gleichgerichtet auf eine Relaiswicklung gibt. Über einen Arbeitskontakt des Relais wird eine Heizung eines Ofens eingeschaltet, dessen Temperatur mittels eines an einem Galvanometer liegenden Thermoelements gemessen wird. Wenn die Solltemperatur erreicht ist, taucht die Fahne zwischen die Spulen des Schwingkreises ein. Dadurch wird eine Schwingung des Oszillators erregt, durch die die Röhre gesperrt und das Relais abgeschaltet wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist eine Sicherung dagegen vorgesehen, daß durch ^₀ Unterbrechung der Verbindung zu der besagten Spule eine Anregung von Oszillatorschwingungen und damit das Abfallen des Relais nach Erreichen der Solltemperatur verhindert wird. Aus diesem Grunde ist über einen hochohmigen Widerstand eine Verbindung von der negativen Klemme der an der Anode der Röhre liegenden Wechselspannungsquelle zum Gitter der Röhre hergestellt. Diese hochohmige Verbindung hat

45 normalerweise keinen Einfluß auf die Funktion des Oszillators. Wenn aber die von der Fahne beeinflußte Spule vom Gitter der Röhre abgetrennt ist, wird über den hochohmigen Widerstand das negative Potential auf das Gitter der Röhre geleitet, so daß in diesem Falle die Röhre ebenfalls sperrt. Es handelt sich bei dieser bekannten Anordnung nicht um eine Schaltungsanordnung, bei welcher der Ausgangswiderstand des Signalgebers Teil eines Spannungsteilers bildet, an welchem Kippverstärker anliegt. Es ist nicht eine Kurzschlußschaltung vorgesehen, die sowohl bei Leitungskurzschluß als auch bei Leitungsbruch eine Ansteuerung des Kippverstärkers stets in der sicheren Richtung gewährleistet. Vielmehr geht es darum, bei einem Defekt der als Ganzes einen Signalgeber bildenden Oszillatorschaltung ein Ansprechen der Oszillatorschaltung jeweils im sicheren Sinne zu gewährleisten.

Es ist weiterhin durch die GB-PS 9 10 430 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher zwischen einer Spannungsquelle und einem Verbraucher ein Transistor parallel zu Spannungsquelle und Verbrauchereingang geschaltet ist und weiterhin die Basis des Transistors über eine Zenerdiode mit dem Kollektor und über einen Widerstand mit einer positiven Spannung verbunden ist. Der Transistor ist bei dieser Schaltung normalerweise nichtleitend, wird jedoch leitend, wenn die am Verbraucher anliegende Spannung einen sicheren Grenzwert überschreitet. In diesem Falle erfolgt durch den Transistor eine Spannungsbegrenzung. Es geht bei dieser bekannten Anordnung nicht darum, in einer speziellen Schaltung der vorliegenden Art sowohl bei Leitungsbruch als auch bei Leitungskurzschluß jeweils ein Ansprechen des Reglers im sicheren Sinne zu gewährleisten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild.

F i g. 2 zeigt Schalteinzelheiten der Anordnung von Fig. 1.

Mit 10 ist ein induktiver Schalter bezeichnet, der von gebräuchlicher Konstruktion sein kann und bei Bedämpfung seines Oszillators einen niederohmigen Ausgangswiderstand ergibt. Der Schalter 10 liegt in einer Spannungsteilerschaltung am Eingang eines Verstärkers 12 mit Kippverhalten. Im Ausgangskreis des Verstärkers 12 liegt ein Relais 14. Die Anordnung ist so, daß bei bedampftem Oszillator des induktiven Schalters 10 der letztere niederohmig ist und dann das Relais 14 stromlos wird. Der Oszillator und »induktive Schalter« 10 ist mit dem Verstärker 12 über eine zweiadrige Übertragungsleitung 16 verbunden. Am Eingang des Verstärkers 12, an dem verstärkerseitigen Ende der Übertragungsleitung 16 und über diese parallel zu dem induktiven Schalter 10 liegt eine Schaltung 18, welche auf den Zustand der Leitung 16 anspricht und bei Auftreten eines Defektes einer ersten Art (Unterbrechung der Leitung) die Wirkung eines Leitungsdefektes einer zweiten Art (Kurzschluß) simuliert, so daß bei jeder Art von Leitungsdefekt diese letztere Wirkung eintritt. Man muß dann dafür sorgen, daß diesem Zustand der »gefährliche Zustand« des induktiven Schalters, etwa »Erreichen des Sollwertes« entspricht Dann spricht die Anordnung an beim Erreichen des Sollwertes sowie zusätzlich bei jedem Defekt in der Leitung 16, so daß also durch Leitungsdefekte kein Überschreiten des Sollwertes hervorgerufen werden kann.

Die Einzelheiten der Schaltung sind in Fig.2

dargestellt.

Der nicht näher dargestellte induktive Schalter 10 ist über die Leitung 16 mit den Klemmen 20,22 verbunden. Der Verstärker 12 besteht aus einem Transistor 24 und einem Transistor 26, die von einer Versorgungsspannungsquelle 28 über eine Diode 30 gespeist werden. Am Emitter des Transistors 24 liegt eine durch eine Zenerdiode 32 und einen Stabilisierungswiderstand 33 stabilisierte, den Schwellwert bestimmende Referenzspannung gegen die eine Eingangsklemme 22 des Verstärkers.

Die Versorgungsspannung speist ferner einen Spannungsteiler bestehend aus den Widerständen 34 und 36 und dem Ausgangswiderstand des induktiven Schalters 10. Die Basis des Transistors 24 liegt zwischen den Widerständen 34 und 36 an dem Spannungsteiler an. Wenn sich der Widerstand des induktiven Schalters 10 infolge Bedämpfung des Oszillators verringert, dann verschiebt sich das Basispotential des Transistors 24 zum Positiven hin und der Transistor 24 wird leitend. Hierdurch fällt am Kollektorwiderstand 38 des Transistors 24 eine Spannung ab. Das Potential an der Basis des Transistors 26, die über einen Widerstand 40 mit dem Kollektor des Transistors 24 verbunden ist, verschiebt sich zum Negativen und der Transistor 26 wird gesperrt. Damit wird das im Kollektorkreis des Transistors 26 liegende Relais 14 stromlos.

Zwischen den Klemmen 20 und 22 liegt eine Reihenschaltung einer Zener-Diode 42 und eines Widerstandes 44. Zwischen der Zener-Diode 42 und dem Widerstand 44 liegt die Basis eines Transistors 46 an, der unmittelbar am Eingang des Verstärkers 12, also mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors verbunden ist.

Normalerweise ist die Zener-Diode 42 nichtleitend. Bei normalem Betrieb ist etwa die Spannung zwischen den Klemmen 20 und 22 neun Volt. Die Zener-Diode ist mit einer Zenerspannung von zehn Volt ausgelegt, so daß praktisch kein Strom durch die Zener-Diode 42 fließt. Infolgedessen ist der Transistor 46 gesperrt. In diesem Zustand tritt die von der Zener-Diode 42, dem Widerstand 44 und dem Transistor 46 gebildete Kurzschluß-Schaltung 18 nicht in Erscheinung. Wenn die Leitung 16 einen Kurzschluß aufweist, wirkt sich dieser wie ein niedriger Innenwiderstand des induktiven Schalters 10 aus. Wenn die Leitung 16 einpolig oder zweipolig unterbrochen wird, sucht das Potential an der Klemme 20, auf das Potential der negativen Klemme bei 50 anzusteigen. Die Spannung zwischen dem Punkt 50 und der positiven Klemme 22 setzt sich aus der Zenerspannung, der Zener-Diode 32 und zwölf Volt und der Spannung an der Diode 30 von 0,8VoIt additiv zusammen. Sobald die Spannung zwischen den Klemmen 20 und 22 die Zenerspannung von zehn Volt der Zener-Diode 42 erreicht hat, wird diese Zener-Diode 42 φ leitend und der Transistor 46 wird angesteuert. Dadurch wird dessen Kollektor-Emitter-Strecke niederohmig. Damit wird die Spannung zwischen der Klemme 22 und dem Punkt 48 zwischen den Widerständen so klein, daß der Schwellwert des Verstärkers 12 ebenfalls unterschritten und das Relais 14 in der beschriebenen Weise stromlos wird. Der Widerstand 44 bestimmt dabei den Arbeitspunkt des Transistors 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrischer Zweipunktregler mit einem Leitungsschutz, enthaltend

   einen Meßfühler, der an einem Meßort angeordnet ist und ein Meßfühlersignal nach Maßgabe einer Regelgröße liefert,

   einen Signalgeber in der Nähe des Meßortes, der eine nach Maßgabe des Meßfühlersignals auslenkbare Steuerfahne und einen an einem Gleichspannungseingang von einer Versorgungsgleichspannung gespeisten Oszillator aufweist, der mit einem Sollwertzeiger verbunden und durch die Steuerfahne in Abhängigkeit von deren Stellung zu dem Sollwertzeiger bedämpfbar ist, wobei der Eingangswiderstand des Oszillators für die Versorgungsgleichspannung sich in Abhängigkeit von der Dämpfung des Oszillators und damit der Regelabweichung ändert,

   eine vom Meßort entfernt angeordnete Spannungsteilerwiderstandsanordnung, über die der Gleichspannungseingang des Oszillators mit der Versorgungsgleichspannung verbunden ist, wobei die Spannungsteilerwiderstandsanordnung und der Gleichspannungseingang einen Spannungsteiler bilden,

   eine Übertragungsleitung, über welche die Spannungsteilerwiderstandsanordnung mit dem Eingang des Oszillators verbunden ist und
   einen Schaltverstärker, dessen Eingang an der Spannungsteilerwiderstandsanordnung auf der vom Oszillator entfernten Seite der Übertragungsleitung anliegt und dessen Ausgang ein der Regelabweichung entgegenwirkendes Stellsignal liefert, wobei der einem niedrigen Eingangswiderstand des Gleichspannungseingangs unterhalb eines Schwellwertes entsprechende erste Schaltzustand des Verstärkerausganges eine Beeinflussung der Regelgröße in einem »sicheren« Sinne und der einem hohen Eingangswiderstand des Gleichspannungseinganges oberhalb des Schwellwertes entsprechende zweite Schaltzustand des Verstärkerausganges eine Beeinflussung der Regelgröße in einem »unsicheren« Sinne bewirkt, .
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Spannungsteilerwiderstandsanordnung einen versorgungsspannungsquellenseitigen ersten Spannungsteilerwiderstand (34) und einen übertragungsleitungsseitigen, mit dem ersten in Reihe liegenden zweiten Spannungsteilerwiderstand (36) aufweist,

   daß der Verstärkereingang zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand (34 bzw. 36) anliegt,

   daß parallel zu dem Verstärkereingang verstärkerseitig von der Übertragungsleitung (16) die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (46) liegt und
   daß parallel zu dem Gleichspannungseingang des Oszillators aber ebenfalls verstärkerseitig von der Übertragungsleitung ein zweiter Spannungsteiler angeordnet ist, bestehend aus einer Zener-Diode (42) und einem ohmschen Widerstand (44), deren Verbindungspunkt mit der Basis des Transistors (46) verbunden ist,

   wobei die Zener-Diode (42) nur bei einem Bruch der Übertragungsleitung (16) durch die dann anliegende volle Versorgungsgleichspannung zündet und der Transistor (46) aufgesteuert wird, so daß der Schaltverstärker (12) mit seinem Verstärkerausgang in den ersten Schaltzustand geht