DE1673832C3 - Elektrische Schaltung zur Bestimmung der relativen Schließ- und Öffnungszeit von Kontakten bzw. des Verhältnisses zwischen den Längen von Impulsintervallen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung, die in erster Linie zur Messung des Verhältnisses zwischen der Schließzeit und der Öffnungszeit eines Kontaktpaares, im folgenden als Schließprozent bezeichnet, bestimmt ist. Sie kann aber auch ganz allgemein zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen den Längen von Impulsintervallen Verwendung finden.

Bekanntlich kann das Schließprozent eines Kontaktpaares grundsätzlich in einem einfachen Mittelwert-Gleichstrommeßkreis bestimmt werden, worin das Kontaktpaar eingeschaltet wird. Sobald aber das. Kontaktpaar gleichzeitig in anderen Kreisen liegt, können, wie im folgenden näher dargelegt werden soll. Spannungsvariationen auftreten, die zu 'Jngenauig-

keiten des Meßergebnisses Anlaß geben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sol

ehe Ungenauigkeiten zu vermeiden bzw. auf ein Min

destmaß zu bringen. Zu diesem Zweck wird ein übe ein Kontaktpaar abgetastetes Signal einem Multivi brator zugeführt, wobei der Kollektor eines erstei

Transistors über einen Rückkopplungswiderstand mi der Basis eines zweiten Transistors, die parallelge schalteten Emitter beider Transistoren über einen ge

ίο meinsamen Emitterwiderstand mit dem Kontakt unc dieser über einen Basiswiderstand mit der Basis de zweiten Transistors verbunden sind und wobei da:

Eingangssignal gleichzeitig der Basis des ersten Tran sistors und der Basis des zweiten Transistors über eine

¹S Diode zugeführt wird, die zeitmäßig durch eine übe den Basiswiderstand parallelgeschaltete Kapazität festgehalten wird, wodurch der zweite Transistor fü einen bestimmten kleinen Spannungsbereich kurzge schlossen ist, während er für alle anderen Eingangs spannungen über das Kontaktpaar gesperrt ist.

Hierdurch wird erreicht, daß die Relativ-Öffnungs- und Schließzeiten eines Kontaktpaares mit größerer Genauigkeit gemessen werden können als es bisher möglich wai. Dies gilt unabhängig davon, ob das Kona5 taktpaar stromlos ist oder als Schaltkontakt eines in Funktion befindlichen induktiven Stromkreises wirkt Dabei kann in beiden Fällen ein Parallelkondensator vorgesehen "iein oder nicht.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der 3» Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen an sich bekannten einfachen Meßkreis zur Bestimmung des Schließprozents eines Kontaktpaares,

Fig. 2 einen Meßkreis für ein Kontaktpaar, das im Zündkreis eines Automobilmotors liegt,

Fig. 3 die in der in Fig. 2 gezeigten Schaltung auftretenden Spannungsvariationen,

Fig. 4 die beim Einbau eines Filters in die in Fig. 2

gezeigte Schaltung erhältlichen Spannungsvariationen,

Fig. 5 einen Meßkreis für ein Kontaktpaar mit einem Funkenschutzkondensator,

Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung,
Fig. 7 die in der in Fig. 6 gezeigten Schaltung auftretenden Spannungsvariationen, und

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung.

In Fig. 1 liegt ein Kontaktpaar Kl, Kl in einem einfachen Meßstromkreis, der eine Spannungsquelle E und einen Widerstand R enthält. Sind die Kontakte Kl, K.2 ständig geschlossen, schlägt das Instrument ganz aus, sind dagegen die Kontakte ständig offen, zeigt das Instrument Null. Wenn die Kontakte regelmäßig geöffnet und geschlossen werden, zeigt das Instrument das Verhältnis zwischen der Schließzeit und der Öffnungszeit, also das Schließprozent.

Liegen nun aber die Kontakte Kl, K2 gleichzeitig in einem anderen Stromkreis wie in Fig. 2 gezeigt, muß eine Diode D eingesetzt werden. Trotzdem wird aber das Meßinstrument falsch anzeigen können, und zwar teils wegen des durch den Strom im Kreis /Q, E2, L, K2 über die Kontakte Kl, K2 in deren geschlossenem Zustand erzeugten Spannungsabfalls, teils auch im Falle, daß die Spannungsquelle E2 eine solche Größe hat (El > E2), daß bei offenen Kontakten im Kreis El, J, R, L, E2, D ein Fehlstrom fließt.

Diese Situation mit zwei Stromkreisen entsteht, wenn man das Schließprozent der Ziindkontakte eines Automobilmotors messen will. Hier ist El die Batterie des Automobils, L die Zündspule und A'l, Kl die Ziindkontakte, während £1, D, R, J die Meßschaltung bilden.

Eine weitere Schwierigkeit entsteht wegen der Schwingungen auf der Primärseite der Zündspule L. Diese Schwingungen haben den in Fig. 3 gezeigten Verlauf.

Zur Zeit rl öffnen die Kontakte Kl, Kl, und die Zündspule fängt wegen der darin aufgespeicherten Energie ¹Z₂ Li² zu schwingen an. Zur Zeil /6 werden die Kontakte geschlossen, und zur Zeit Π werden sie wieder geöffnet. Wegen der Schwingungen entspricht der Ausschlag des Instruments J nicht dem Verhältnis zwischen fl bis f6 und /1 bis f7, weil auch bei offenen Kontakten Kl, Kl ein Strom durch das Instrument J fließt, sobald die Spannung über Kl, Kl größer als El ist, siehe die schraffierten Areale in Fig. 3. Die Meßschaitung faßt deshalb das Interval! /Ibisr6 kurzer auf, als es in der Wirklichkeit ist.

Weiden die Schwingungen mittels eines Filters geglättet, wird das Schließprozent noch immer nicht richtig gemessen, indem die Spannung den in Fig. 4 gezeigten Verlauf erhält. Der Strom durch das Instrument J hört erst dann auf zu fließen, wenn UKlKl=^ El, d.h. zur Zeit fl' und nicht zur Zeit fl, wo Kl, Kl öffnen. Andererseits beginnt der Strom durch das Instrument J nicht wieder zu fließen, wenn die Kontakte bei f6 schließen, sondern erst bei /6.

Wie ersichtlich, ist es u.a. das Verhältnis zwischen El und El, das bestimmt, ob die Schaltung richtig mißt oder nicht, und dieses Verhältnis wird in der Praxis nie konstant sein.

Ein weiterer Nachteil des einfachen Meßkreises zeigt sich, falls man das Schließprozent eines Kontaktpaares Kl, Kl messen will, das mittels eines nebengeschalteten Kondensators C funkengeschützt ist.

Mißt man an einer solchen Kombination ohne eine äußere Schaltung - Fig. 5 -, ist ersichtlich, daß C durch R,also mit einer gewissen Zeitkonstante, aufgeladen werden soll, jedesmal Kl, Kl öffnen. Wenn Kl, Kl schließen, wird dagegen C durch diese mit einer sehr kleinen Zeitkonstante entladen. Die Meßschaltung faßt dies auf, als ob Kl, Kl für einen längeren Zeitraur.i geschlossen bleiben, als es in der Wirklichkeit der Fall ist. Es entsteht ein für praktische Zwecke ernstlicher und leicht feststellbarer Meßfehler.

Die obengenannten Nachteile werden auf eine für die Erfindung charakteristische Weise durch einen Kreislauf wie in Fig. 6 dargestellt vermieden.

Hier bilden die Transistoren 71 und Tl zusammen mit den Widerständen Rl, Rl, R3, R4, RS eine Schmitt-Triggerschaltung, d.h. eine Schaltung, die in Abhängigkeit des Wertes der Eingangsspannung Ul mit einer gewissen Hysteresis zwischen zwei Zuständen wechselt.

In der Schaltung nach Fig. 6 ist ferner eine Diode D vorgesehen, und die Schaltung wirkt hiernach wie folgt:

Hat Ul einen hohen negativen Wert, befindet sich Tl in leitendem Zustand und 72 im Sperrzustand. Geht ί/l gegen Null, kippt die Schaltung um, so daß 71 sich im Sperrzustand und 72 wegen der positiven Rückkopplung im leitenden Zustand befindet. Dies geschieht bei einer durch R\, A3 und UB bestimmten Spannung.

Setzt Ul gegen immer höhere positive Werte fort, beginnt D zu leiten, und bei einem durch Rl, R3, UB und den Spannungsabfall über D bestimmten positiven Wert von Ul gelangt 72 wieder in den Sperrzustand.

Die Schaltung ist also so beschaffen, daß 72 für alle Werte von Ul, abgesehen von einem kleinen Intervall auf beiden Seiten von Null, AUl, und AUl, Fig. 7, gesperrt ist.

Wird eine solche Schaltung den in Fig. 7 dargestellten Schwingungen ausgesetzt, leitet 72 bis zum Zeitpunkt /1 + AtI und wieder in den Intervallen

¹S AtI und At3, sowie nach /6, wo Kl, Kl schließen.

Wird über R2 ein Meßinstrument gelegt, kann also dieses das Schließprozent für Kl, Kl mit einer Genauigkeit anzeigen, die nur durch AtI, AtI, AtZ usw.

begrenzt ist.

Es ist unmittelbar ersichtlich, daß diese Intervalle viel kurzer sind als die Intervalle f2 bis r3 und /4 bis tS in Fig. 3, der dem einfachen Meßkreis nach Fig. 2 entspricht. Ferner können AtI, AtI usw. kleiner gemacht werden, indem man AU kleiner macht. Die Grenze wird somit durch den Kontaktspannungsabfall bestimmt.

Schon hierin liegt somit eine wesentliche Verbesserung. Wird aber ferner der Kondensator Cl hinzugefügt, wie in Fig. 6 dargestellt, ergibt sich folgendes: Wenn die Kurve UKlKl = f(t) zum ersten Mal einen positiven Wert passiert (nach dem Intervall zif2 Fig. 7), wird Cl über D aufgeladen. Diese Ladung bleibt im Intervall Ali erhalten. Cl wird nach dem Intervall AtA, wieder aufgeladen, und die Ladung bleibt wieder bis nach dem Intervall At5 erhalten. Die Schaltung kippt also nicht in jedem der Intervalle At um.

Bei i6 schließen die Kontakte Kl, Kl, und die Schaltung soll so schnell wie möglich umkippen. Dies wird mittels des Kondensators C3 erreicht, der dafür sorgt, daß die Basiselektrode von 72 einen negativen Spannungsimpuls erhält, indem die Kurve UKlKl = /(f) bei / = f6 nicht gegen positive Werte fortsetzt und Cl deshalb nicht über D aufgeladen wird.

Diese Schaltung zeigt also das Verhältnis zwischen /1 bis f6 und /6 bis Π genau an und gibt im Verhältnis zu bekannten Methoden sehr gute Ergebnisse.

Um auch an einem Kontaktsatz ohne äußere Spannungsquelle messen zu können, ist in der Schaltung der Widerstand R6 vorgesehen, der die erforderliche Spannung über Kl, Kl gibt.

Sind die Kontakte Kl, Kl mit einem äußeren Kondensator im Nebenschluß verbunden, soll Rft einen kleinen Wert haben, damit die Zeitkonstante von R6 in Verbindung mit dem äußeren Kondensator die Messung nicht stören soll.

Ein kleiner Wert von R6 belastet aber den äußeren Kreis stark. Deshalb ist die Diode Dl mit R6 in Reihe geschaltet, siehe Fig. 6, so daß die eine Halbperiode nicht gedämpft wird. Im Falle eines Automobilmotors hat dies zur Folge, daß der Motor nicht ausfällt, weil die Diode gerade verhindert, daß die den Zündfunken erzeugende Schwingung gedämpft wird.

Die beschriebene Schaltung kann mit geeigneten Vorspannungen zum Messen von Zeitintervallen für beliebige Spannungsbereiche benutzt werden, so daß

man z.B. die relativen Zeitintervalle, wo eine Spannungsfunktion gewisse Spannungen annimmt, analysieren kann.

Durch geeignete Torkreise können mehrere verschiedene Spannungsintervalle dazu gebracht werden, die Schaltung gleichzeitig zu beeinflussen.

Mit dem in Fig. 8 gezeigten Transistor 73 erreicht man auf eine für die Erfindung charakteristische Weise gleichzeitig eine Verstärkung des Ausgangssignals von Tl und eine Stabilisierung des Signals für Variationen von UB, indem Tl zusammen mit D3 und Rl eine Konstantstromschaltung bildet.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung zur Bestimmung der relativen Schließ- und Öffnungszeit von Kontakten bzw. des Verhältnisses zwischen den Längen von Impulsintervallen, dadurch gekennzeichnet, daß ein über ein Kontaktpaar (Kl, K2) abgetastetes Signal einem Multivibrator (Fig. 6) zugeführt wird, wobei der Kollektor eines ersten Transistors (71) über einen Rückkopplungswiderstand (RS) mit der Basis eines zweiten Transistors (72), die parallelgeschalteten Emitter beider Transistoren (71, 72) über einen gemeinsamen Emitterwiderstand (A3) mit dem Kontakt (Kl) und dieser über einen Basiswiderstand (R4) mit der Basis des zweiten Transistors (72) verbunden sind und wobei das Eingangssignal gleichzeitig der Basis des ersten Transistors (71) und der Basis des zweiten Transistors (72) über eine Diode (D) zugeführt wird, die zeitmäßig durch eine über den Basiswiderstand (A4) parallelgeschaltete Kapazität (C2) festgehalten wird, wodurch der zweite Transistor (72) für einen bestimmten kleinen Spannungsbereich (Ul bis Ul nach Fig. 7) kurzgeschlossen ist, während er für alle anderen Eingangsspannungen über das Kontaktpaar (Xl, K2) gesperrt ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (71) über einen Widerstand (R6) mit dem gemeinsamen Punkt (UB) der beiden Kollektorwiderstände (RX-R2 in Fig. 6) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Basis des ersten Transistors (Tl) mit dem gemeinsamen Punkt (UB) über eine in Reihe mit dem Widerstand (R6) geschaltete Diode (D2) erfolgt.

4. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren vom NPN-Typ sind und die Stromversorgung sowie die beiden Dioden (D, D2) in Richtung zum nicht geerdeten Kontakt (K2) umgepolt sind.