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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Fernanzeige
von Temperaturwerten, die auf der Geberseite binäre Signale erzeugt, die über einen
Impuiswandler weitergeleitet und auf der Empfangsstelle in analoge und/oder digitale
Signale umgewandelt werden.
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Zur Fern anzeige von Temperaturwerten über größere Entfernungen ist
es derzeit notwendig, die von einem Temperaturfühler als analoge, elektrische Größen
abgegebenen Werte auf der Geberseite in Signale umzuwandeln, die sich fehlerfrei
über eine Fernleitung übertragen lassen. Auf der Empfangsstelle ist wieder eine
Umwandlung der Signale notwendig, um eine Anzeige nach dem jeweils vorgesehenen
Verfahren zu ermöglichen.
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In der Fernmeßtechnik sind Anordnungen zur Umwandlung analoger und
digitaler Werte zum Zwecke der Fernanzeige allgemein bekannt. Je nach der geforderten
Genauigkeit der Anzeige können diese Einrichtungen einen hohen technischen Aufwand
aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Fernanzeige von Temperaturwerten zu schaffen, die bei geringem Aufwand eine
Anzeige mit guter Genauigkeit gestattet.
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Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß an eine Spannungsquelle
die Parallelschaltung eines aktiven Zweipols nach Art einer Tunneldiode mit einem
temperaturabhängigen, zweipoligen Spannungsregler mit Zenerdioden-Charakteristik
über einen Vorwiderstand angeschlossen ist und daß das Ausgangssignal einem mit
dem aktiven Zweipol in Serie liegenden Widerstand entnommen wird.
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Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind für die parallelgeschalteten
Zweipole mit Transistoren bestückte Ersatzschaltungen vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß der
Temperaturfühler selbst als Geber arbeitet und binäre, zur Fernübertragung geeignete
Signale erzeugt. Somit entfällt auf der Geberseite der Aufwand für eine Analog-Digital-Umwandlung,
und für die Rückumwandlung zur Anzeige lassen sich einfache, bekannte Einrichtungen
verwenden.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden
nachstehend an Hand von Abbildungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 das Prinzipschaltbild
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, F i g. 2 die Kennlinien der Anordnungen
3 und 4 inFig.1, F i g. 3 die an die Fernleitung gelangenden, binären Signale, F
i g. 4 eine Anordnung zur Analoganzeige, F i g. 5 den Verlauf der Ausgangsspannung
der Anordnung nach F i g. 4 und F i g. 6 ein ausführliches Schaltbild.
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In dem Prinzipschaltbild nach Fig.l ist an die Anschlüsse 1, an denen
eine nicht dargestellte Spannungsauelle liegt, über einen Vorwiderstand 2 die Parallelschaltung
einer Anordnung 4 mit den Eigenschaften einer Zenerdiode mit einer Anordnung3, die
wie eine Tunneldiode wirkt, angeschlossen. An einem Regler 5, der in Reihe mit der
Anordnung 3 liegt, wird ein binäres Signal abgenommen und über einen Impulswandler
6 zur Fernübertragung weitergegeben. Für den Impulswandler 6 können bekannte, als
Begrenzer und Impedanzwandler wirkende Schal-
tungen dienen, die erdsymmetrische
oder unsymmetrische Signale abgeben.
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Wie F i g. 2 zeigt, sind die Daten der parallelgeschalteten Zweipole
in F i g. 1 so gewählt, daß die Kennlinie 10 für die Anordnung 3 und die Kennlinie
11 der Anordnung 4 im gleichen Spannungsbereich liegen. Infolge der Eigenerwärmung
verlagern sich die beiden Kennlinien, und der durch den Vorwiderstand 2 fließende
Strom durchläuft abwechselnd die Anordnungen 3 und 4. Diese wechselnde Belastung
erfolgt sprunghaft, so daß am Widerstand 5 eine Kippschwingung entsteht, die nach
Durchlaufen des Impulsformers 6 in eine Rechteckspannung umgewandelt wird. Voraussetzung
für diese Arbeitsweise ist, daß die Anordnungen 3 und 4 getrennte Temperaturpotentiale
aufweisen, weil nur so die für den Kippvorgang notwendige, temperaturbedingte Verlagerung
der Kennlinien möglich ist.
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Ändert sich die Außentemperatur der Schaltungsanordnung nach Fig.3,
so tritt, wie Fig.3 zeigt, eine Veränderung der Folgefrequenz und des Tastverhältnisses
des Signals am Ausgang der Stufe 6 ein.
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Zum besseren Verständnis sei angenommen, daß bei der Außentemperatur
0° C die Folgefrequenz f und das Tastverhältnis 1 : 1 betrage. Dann ergibt sich
bei einer Temperatur -4 t unter 0° C eine Folgefrequenz von z. B. lOf und ein Tastverhältnis
positive/ negative Halbwelle von z. B. 1 : 5. Bei einer Temperatur ',-.1 t über
0° C ändern sich die Folgefrequenzen und das Tastverhältnis im entgegengesetzten
Sinne.
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Zur analogen Anzeige kann eine integrierende Gleichrichterschaltung
für erdsymmetrische Signale nach F i g. 4 dienen. Sie enthält die Wiederstände 15
und 16, die Kondensatoren 17 und 18, die Gleichrichter 19 und 20 und ein Anzeigeinstrument
21, bei dem sich die Ruhelage des Zeigers in der Mitte der Skala befindet. Diese
Ruhelage läßt sich, wie nachstehend beschrieben wird, der Außentemperatur OC oder
einem anderen Bezugswert zuordnen. Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, verläuft die
Anzeige linear, so daß keine Maßnahmen zur Linearisierung notwendig sind.
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Soll die Anzeige digital erfolgen, so kann hierzu eine Schaltungsanordnung,
welche die Folgefrequenz auswertet, verwendet werden.
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Mit handelsüblichen Zener- und Tunneldioden, deren Kennwerte durch
Schaltungsmaßnahmen nicht verändert werden können, läßt sich die gewünschte Wirkung
schwer oder nur innerhalb begrenzter Temperaturbereiche erreichen.
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Deshalb sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung für die Anordnungen
3 und 4 in F i g. 1 mit Transistoren bestückte Ersatzschaltungen vorgesehen, welche
eine Veränderung der Kennwerte der nachzubildenden Bauelemente in weiten Grenzen
zulassen. Es ist auch möglich, nur eine der Anordnungen durch eine Ersatzschaltung
darzustellen.
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Die Nachbildung einer Tunneldiode ist durch die Literaturstelle in
der Funkschau 1969, Heft 16, S. 540, bekannt. Darin ist die Verwendung dieser Ersatzschaltung
als bipolare Überstromsicherung beschrieben.
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In der Schaltungsanordnung nach Fig.6 sind in der Ersatzschaltung
für die Zenerdiode zwei gleichartige Transistoren 25 und 26 durch vier Widerstände
27 bis 30 derart miteinander verbunden, daß mit steigender Spannung der zweite Transistor
26 so lange gesperrt bleibt, bis die Spannung an den Widerständen 27, 28 und 29
des Basisspannungsteilers des
ersten Transistor 25 so weit angest@egen
ist, daß der zweite Transistor 26 durch die Spannung am Emitterwiderstand 30 des
ersten Transistors 25 stromführend wird und mit steigendem Strom durch diesen Transistor
die Spannung am Emitterwiderstand 29 des zweiten Transistors 26 ein weiteres Ansteigen
der Ströme durch beide Transistoren bis zu dem von dem Vorwiderstand 37 bestimmten
Höchstwert bewirkt.
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Der Schwellwert des Stromanstieges kann durch den Basisspannungsteiler
mit den Widerständen 27, 28 und 29 und die Temperaturabhängigkeit mit Hilfe der
Widerstände 29 und 30 eingestellt werden. Der Widerstand 29 hewirkt einen steileren
Stromanstieg und schafft eine zusätzliche Einstellmöglichkeit für den verlauf der
Kennlinie und des Temperaturverhaltens.
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Die Ersatzschaltung für die Tunneldiode weist zwei gleichartige Transistoren
31 und 32 auf. die über vier Widerstände 33 bis 36 derart miteinander verhunden
sind, daß mit steigender Spannung der Kollektorstrom des zweiten Transistors 32.
nach Erreichen eines vorgegebenen Wertes, durch die Spannung am Kollektorwiderstand
35 des ersten Transistors 31 vermindert wird. während der Strom des zweiten Transistors
32 durch dessen Emitterwiderstand 35. der im Fußpunkt des Basisspannungsteiiers
33/34 des ersten Transistors 31 liegt. eine stromabhängige Gegenkopplung bewirkt.
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Der Widerstand 35 ist in bisher bekannten Ersatzschaltungen nicht
vorgesehen. Dieser bewirkt, daß der Gesamtstrom durch die Ersatzschaltung von Null
aus innerhalb eines kleinen Spannungsbereiches steil ansteigt und bei weiterer Erhöhung
der Spannung innerhalb eines großen Bereiches nahezu linear auf einen niedrigen
Wert abfällt. Somit ist es möglich. den Bereich für das Verhalten als negativer
Widerstand einzustellen und auszudehnen.
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Die Venvendung von Ersatzschaltungen der beschriebenen Art ermöglichen
darüber hinaus in weiten Grenzen die Wahl des Bereiches und des Bezugswertes der
anzuzeigenden Temperaturen.
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Die Ausgangssignale werden dem Regler 38 entnommen und über den Impulswandler
39 an die Ausgangsklemmen 40 zur Fernleitung weitergeleitet.
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Der Kondensator 41 verhindert das Eindringen der Kippschwingungen
in die an die Klemmen 42 angeschlossene Spannungsquelle.
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Es ist auch möglich. in der Ersatzschaltung für die Tunneldiode die
Emitter- und Kollektorelekrode des Transistors 31 zu vertauschen.