DE1917074A1

DE1917074A1 - Vergleich-Waehlvorrichtung

Info

Publication number: DE1917074A1
Application number: DE19691917074
Authority: DE
Inventors: Joseph Gill; George Rouvalis
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-04-04
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1969-10-23
Also published as: FR2005562A1

Description

191707A

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, DiPl₁-PhYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN 31.3.1969 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

Sch/th

WESTINGHOUSB EEEGTRIC GOBPORATION
Pittsburgh, Pennsylvania

Vergleich-Wählvorrichtung

Die vorliegende Erfindung "betrifft allgemein eine Vergleichs-Vorrichtung, die in einem Steuersystem verwandt wird, und insbesondere eine Schaltung, bei der entweder das kleinste oder das größte von mehreren Eingangssignalen ausgewählt wird, während die nicht ausgewählten Signale unterdrückt werden.

In vielen Steuersystemen und insbesondere bei Verfahrenstiberwachungssystemen ist es häufig wünschenswert, gewisse Eingänge zu überwachen und zu kontrollieren, und sodann einen dieser Eingänge unter vorbestimmten Bedingungen auszuwählen". Zum Beispiel kann es erforderlich sein, wenn die Temperatur an verschiedenen Stellen in einem Druckkessel festgestellt wird, um einen Verfahrensablauf zu überwachen, den Verfahrensablauf zu unterbrechen, wenn an irgendeinem Punkt in dem Kessel eine Temperatur auftritt, die eine vorbestimmte Höhe überschreitet, um eine mögliche Verletzung von Personen oder eine Zerstörung der Anlage zu vermeiden. Auf jeden Fall ist natürlich, wenn die Temperatur an irgendeinem Punkt in dem Kessel die vorbestimmte

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Höhe überschreitet, eine Gegenmaßnahme erforderlich. Wenn nan annimmt, daß das Verfahren durch einen Computer gesteuert wird und daß kompatible Digital-Analog- und Analog-Bigitalvorrichtungen zur Verfügung stehen, könnte eine periodische Überprüfung der zugehörigen Eingänge durchgeführt werden, um die Kesseltemperatur zu überwachen. Ba jedoch ein gefährlicher Zustand nur dann auftritt, wenn einer der verschiedenen Eingänge eine vorbestimmte maximale Signalhöhe überschreitet, so würde es im Vergleich zu der Zeit des Computerarbeitssyklus vorteilhafter sein, nur den höchsten dieser Eingänge su überwachen.

Bisher wurden Schaltungen für Eomparatoren mit Dioden verwandt, bei denen die Eingangssignale an den Anoden und den Kathoden elektrisch verbunden sind. Die Schwierigkeit bei einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die Spannungshöhe, die an den verbundenen Kathoden auftritt, nicht genau die Spannungshöhe des ausgewählten Einganges ist. Weiterhin besteht die Schwierigkeit, die Dioden auf einer gegebenen Umgebungstemperatur zu halten, da der Streustrom bzw. die Isolation und die Vorwärtsimpedanz temperaturabhängig sind.

Die vorliegende Erfindung bezweckt hauptsächlich, einen neuen und verbesserten Komparatorkreis anzugeben, der keinen Temperaturdrift aufweist, der billig hergestellt werden kann und , eine äußerst genaue Vorhersage ermöglicht , und mit dem man entweder die höheren oder niedrigeren Eingänge von mehreren Eingängen miteinander vergleichen und auswählen kann.

Gemäß dem Hauptprinzip der vorliegenden Erfindung wird ein Eingangssignal jeweils auf jeden von mehreren Simktionsverstärkern gegeben, deren Rückkopplungswege elektrisch miteinander verbunden sind. Das größte Eingangesignal erzeugt sodann eine.Vorspannung, durch die die Wirkung der anderen Eingangssignale unterdrückt wird, während ein genaues Ausgangseignal an einen Inverter bzw. eine Umkehrschaltung abgegeben wird, die das Signal in seiner richtigen und ursprünglichen Polarität abgibt. Indem man auf jeden Funktionsverstärker und den Inverter zu-

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sätzlioh eine Eingangsspannung gibt, die eine entgegengesetzte Polarität zu der Polarität der Eingangssignale aufweist und die größer als irgendeine Spannung der Eingangs signale ist, kann in ähnlicher Weise das kleinste von mehreren Eingangssignalen ausgewählt werden.

Im folgenden soll .die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schaltung, mit der gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung das größere von mehreren Eingangssignalen ausgewählt werden kann.

Tig. 2 eine Schaltung mit mehreren Eingängen, bei denen gemäß dem erfindungsgemäßen Prinzip der kleinste von diesen verschiedenen Eingängen ausgewählt wird.

In fig. 1 ist eine Yergleich-Auswähl-Schaltung gezeigt, mit der der größte von mehreren Eingängen ausgewählt werden kann, und die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. In der Zeichnung sind lediglich drei Eingangskreise 11, 12 und 13 dargestellt. Bei einer praktischen Ausführung kann jedoch eine beliebige Zahl von Eingängen je nach den Anforderungen des Systems verwandt werden, bei dem die Vorrichtung Verwendung finden soll. Auf jeden der Eingangskreise wird ein entsprechendes Eingangssignal S1, S2 und S3 gegeben. Jedes dieser entsprechenden Eingangssignale wird auf einen entsprechenden Eingangswiderstand R.. gegeben, der seinerseits jeweils mit der Eingangsklemme S eines Punktionsverstärkers A verbunden ist. In jeder Eingangsschaltung ist zwischen der Ausgangsseite des Funktionsverstärkers A und seiner Eingangsklemme S ein paralleler Rückkopplungsweg vorgesehen, bei dem ein Zweig jeweils eine Diode DF und einen Rückkopplungswiderstand RF enthält. Die Dioden DF sind in gleicher Weise mit ihrer Kathode mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers A und mit ihrer Anode direkt mit dem Rückkopplungs-

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widerstand RF verbunden. Der parallele Ri!okk©pplungsweg wird vervollständigt durch eine Diode DS, die mit ihrer Kathode mit der Eingangsklemme B des Funktionsverstärkers A und mit ihrer Anode mit dem Ausgang des Funktionsverstärkers A verbunden ist. Die Signalhöhe, die an einem Punkt zwischen der Diode DF und dem Widerstand RF in jedem Rtickkopplungsweg auftritt, wird auf eine gemeinsame Klemme £ gegeben. Das Signal, das sodann an der Klemme Σ auftritt, wird sodann einer Inverterstufe I zugeführt, die in der Zfichnung beispielsweise dargestellt ist und einen Eingangswiderstand 12, einen Rück·» kopplungswiderstand 14 und einen herkömmlichen Funktionsverstärker 16 enthält. Der Inverter dient dem Zweck, die Polar!·= tat des an der Klemme ώ auftretenden Signales umzukehren, se daß an der Klemme 0 ein Ausgang entsteht, der dieselbe Polarität wie die Polarität am Eingang aufweist. Im allgemeinen beträgt das 7erhältnis des Widerstandes 14 zu dem Widerstand 12 1, so daß eine Verstärkung 1 erhalten wird, obgleich die Verstärkung an die Art der Verwendung angepaßt werden kann, ohne daß die Auswahl verfälscht wird.

Zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der Vergleichs-Auswähl-Schaltung 10 soll angenommen werden, daß an den Signaleingängen S1, S2 und S3 jeweils ein Signal mit positiver Polarität auf die entsprechenden Eingangskreise 11, 12 und 13 gegeben wird. Essoll weiterhin angenommen werden, daß zum Beispiel das Eingangssignal S2 größer ist als jedes der beiden Eingangssignale S1 oder S3, und daß das Verhältnis der Rückkopplungswiderstände RF zu den Eingangswiderständen R^ in jedem Fall gleich ist. Jedes Eingangssignal wird durch seinen entsprechenden Funktionsverstärker A um einen Faktor verstärkt, der gleich dem Verhältnis des Rückkopplungswiderstandes RF zu dem Eingangswiderstand R_in ist. Da die Spannungshöhe an der Eingangsklemme S im wesentlichen auf Erdpotential gehalten wird, ist ein Strom durch den Rückkopplungswiderstand RF notwendig, um einen Spannungsabfall an dem Rückkopplungswid erstand RF zu erzeugen, der genau den Spannungsabfall an dem Eingangswiderstand R._ ausgleicht. Somit würde sich für jede Eingangsschaltung zwischen der Diode DF und dem Rückkopplungswiderstand RF

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der Eingangsschaltung eine Spannungshöhe mit einer Polarität ergeben, die entgegengesetzt zu der Polarität des zugehörigen Eingangssignales ist, und die eine Größe aufweisen würde, die sieh direkt mit dem Verstärkungsfaktor des Eingangskreises ^RF \ ändert.

Da alle Eingangskreise, so auch die Eingangskreise 11 und 13, von einem Punkt zwischen jeweils der Diode DF und dem Rückkopplungswiderstand RP aus mit dem SummierpunktΣ verbunden sind, und da an dem Summierpunkt 2/ lediglich eine Signalhöhe auftreten kann, herrscht das Signal von dem Eingangskreis 12 vor, da dieser Kreis das größte Ausgangssignal aufweist. Wenn dies der Fall ist, liegt eine Signalhöhe bzw. Signalspannung derselben Größe an der Verbindungsstelle des Rückkopplungswiderstandes RF und der Diode DF in den Eingangskreisen 11 und 13. Ba dieses Signal jedoch stärker negativ als der Signalausgang an dem Funktionsverstärker A in den Eingangskreisen 11 und 13 ist, wird die Diode DF in Rückwärtsrichtung vorgespannt, so daß eine Stromleitung auf diesen Rückkopplungswegen unterbunden wird, wodurch jede Wirkung von den Eingangskreisen 11 und 13 unterdrückt wird. Das nunmehr an dem Summierungspunkt £ vorhandene Signal, das das am stärksten positive Signal von den verschiedenen Eingangssignalen ist, jedoch eine entgegengesetzte Polarität aufweist, wird sodann mit dem Inverterabschnittl verbunden, durch den an der Ausgangsklemme 0 ein Ausgangssignal mit derselben Polarität wie das ursprüngliche Eingangssignal erhalten wird. Die Dioden DF sind deshalb in die Rückkopplungswege der Eingangskreise eingefügt, um ein schnelles Ansprechen auf ein positives Eingangssignal dadurch zu ermöglichen, daß der Funktionsverstärker A außerhalb der Sättigung für ein beliebiges, vorher möglicherweise aufgetretenes negatives Eingangssignal gehalten wird.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die zum Vergleich und zur Auswahl des kleinsten Signales aus mehreren Signalen dient, und diese Ausführungsform ist allgemein mit 20 bezeichnet. Da die meisten Elemente in Fig. 2 die-

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selben wie in Pig. 1 sind, wurden dieselben Bezugszeichen für die gleichen Elemente verwandt. Es ist jedocfe. ein zusätzlicher Eingang für jeden Eingangskreis vorgesehen, der eine Potentialquelle P- umfaßt, die liber einen Eingangswider— stand Ry auf die Summierungspunkte S der Funktionsverstärker A wirkt. Es wird gleichfalls darauf hingewiesen, daß die Dioden DF und DS für alle Eingangskreise umgekehrt worden sind, so daß die Kathode einer Diode DF mit dem Rüekkopplungswiderstand RF und die Anode einer Diode DP mit ihrem jeweiligen Summierungspunkt S verbunden ist; die Anode einer Diode DP und die Kathode einer Diode DS sind mit der Ausgangsseite ihres jeweiligen Punktionsverstärkers A verbunden«. Wenn man k wieder annimmt, daß die Eingangs signale an den jeweiligen Eingangskreisen S1, S2 und S3 alle positive Polarität besitzen, so muß die Potentialquelle P- notwendigerweise eine entgegengesetzte (negative) Polarität zu der Polarität äex Eingangssignale und eine Spannungshöhe aufweisen, die größer als jeder der möglichen Werte ist, die die Eingangssignale S1, S2 und S3 annehmen können. Eine gleiche Potentialquelle P- wird an einen Eingangswiderstand Ry zu dem Summierungspunkt S.. des Punktionsverstärkers 16 in der Inverterstufe I^f angelegt.

Da nunmehr zwei Eingangsquellen an dem Summierungspunkt S jedes Eingangskreises liegen, ist die Signalhöhe an diesen Eingangsklemmen S gleich der Ergänzung bzw. der Differenz ' des entsprechenden Eingangssignals in Bezug auf die Potentialquelle P-. Wenn S3 das kleinste Eingangssignal ist? so ist die Signalhöhe an dem Summierungspunkt S des Eingangskreises 13 am meisten negativ, da hier die größte Differenz zwischen dem entsprechenden Eingangssignal und der Potentialquelle P-besteht. Dieser Zustand ist der Arbeitsweise der Ausführungsform in Pig. 1 ähnlich, bei der ebenfalls das Signal mit der größten Eingangssignalspannung die größte Sigsalspannung zwischen dem Rückkopplungswiderstand RP und der Diode DP erzeugt. Somit würde die an einem Punkt zwischen äem Rückkopplungswiderstand RP und der Diode DP des Eingangskreis©© 13 auftretende Signalhöhe an dem Vereinigungspuakt Σ vorherree&en.

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Folglich wird durch, das kleinste der drei Eingangssignale, das heißt S3, das vorherrschende Signal an dem Verbindungspunkt Σ bestimmt, dessen Spannungshöhe sodann an einem Punkt zwischen dem Rückkopplungswiderstand RF und der Diode DF der anderen Eingangskreise 11 und 12 anliegt. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist nunmehr die an diesem Punkt oder an der Kathodenseite der Dioden DF liegende Spannungshöhe im positiven Sinne größer als die Spannungshöhe an der Anodenseite der Diode DF, wodurch diese Dioden in Rückwärtsrichtung vorgespannt werden, so daß eine Leitung über die entsprechenden Rüekkopplungswege verhindert wird. Hierdurch wird bewirkt, daß die jeweiligen Eingangssignale der nicht ausgewählten Eingangskreise von dem gesamten Betriebsablauf ausgeschlossen werden.

Die an dem Yerbindungspunkt £, auftretende Ergänzung bzw. Differenz zu dem Eingangssignal wird sodann an die Invert erstuf e I^f angelegt, so daß ein Eingangssignal an dem Eingangs-Bummierungspunkt Sj erhalten wird. Zusätzlich wirkt in der Inverteretufe I¹ die Potentialquelle P- über den Widerstand Ry wodurch bewirkt wird, daß die Spannung, die an der Klemme S auftritt, wieder ergänzt wird, so daß eine Signalhöhe und eine Signalpolarität erhalten werden, die gleich denen des ausgewählten, kleinsten Eingangssignales sind. Folglich wird, obgleich das ausgewählte Eingangssignal, das an dem Summierungspunkt Sj des Inverters I¹ erscheint, die entgegengesetzte Polarität aufweist, durch den Inverterstufenausgang lediglich ein Wechsel der Polarität bewirkt, so daß das Signal an der Ausgangeklemme O nunmehr sowohl in der Signalhöhe (vorausgesetzt, daß alle Verstärkerkreise den Verstärkungsfaktor 1 besitzen) als auch in der Polarität dem kleinsten der untersuchten Eingangssignale gleich ist.

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Claims

Patentansprüche

M .J Vorrichtung zum Vergleichen mehrerer Eingangssignale und zum Auswählen jeweils eines extremsten Eingangssignalee aus diesen Eingangssignalen, gekennzeichnet durch mehrere Verstärker (A), deren Eingänge (S) jeweils ein Eingangssignal (S1, S2, S3) zuführbar ist, durch jeweils einen einem Verstärker zugeordneten Rückkopplungskreis, in dem jeweils eine Impedanz (RF) und ein elektronischer Schalter (DF) in Reihe geschaltet sind, und durch einen alle ψ zwischen jeweils einer Impedanz und einem elektronischen Schalter liegenden Verbindungspunkte verbindenden Ausgang ( Σ ).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, die Eingangssignale jeweils über Eingangswiderstände (R, Rj-) auf die Eingänge der Verstärker gegeben werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter jeweils aus einer Diode besteht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz aus einem Widerstand besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden jeweils, je nachdem, ob die Eingangssignale positive oder negative Polarität besitzen, mit ihrer Kathode oder mit ihrer Anode mit dem Ausgang des zugeordneten Verstärkers verbunden und die Impedanz jeweils mit dem Eingang des zugeordneten Verstärkers verbunden ist.

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6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verbindungspunkte zwischen jeweils der Impedanz und dem elektronischen Schalter verbindende Ausgang (Σ ) mit dem Eingang eines Inverters (I, I¹) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter einen rückgekoppelten Verstärker (16) enthält.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen (S) der Verstärker (A) und dem Eingang (S..) des Verstärkers (16) des Inverters ein gleiches Signal gleichbleibender Polarität zugeführt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das allen Eingängen der Verstärker (A) und dem Eingang des Verstärkers (16) des. Inverters zugeführte Signal eine größere Spannungshöhe und eine andere Polarität als alle auftretenden Eingangssignale hat.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jedem Verstärker zwischen dessen Eingang und dessen Ausgang jeweils eine zweite Diode (DS) geschaltet ist, deren Durchlaßrichtung entgegengesetzt zu der jeweils hierzu mit jeweils einer Impedanz in Reihe Agenden parallel geschalteten Diode (DP) ist.

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L e e r s e i t e