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Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Extremwertes von mehreren
Meßwerten Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung
des Extremwertes von mehreren Meßwerten mittels einer Diodenanordnung, bei der jeweils
ein Pol einer Diode mit einer Anordnung verbunden ist, die eine einem Meßwert entsprechende
Spannung liefert und bei der der andere Pol der Diode an einer Sammelleitung angeschlossen
ist.
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In der Meßtechnik wird häufig die Aufgabe gestellt, von mehreren Meßwerten,
die an sich etwa gleich groß sein sollen, den maximalen und/oder minimalen Meßwert
anzuzeigen. Aus dem Maximal- und/oder Minimalwert läßt sich erkennen, ob an einer
Stelle der durch die Meßwerte überwachten Einrichtung unzulässig abweichende Bedingungen
vorliegen.
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Es sind bereits Schaltungsanordnungen zur Ermittlung des Maximalwertes
oder des Minimalwertes von mehreren Meßwerten mit einer Diodenanordnung bekannt
(Regelungstechnik", 1960, Seiten 359, 360). Ein Pol der Dioden der Diodenanordnung
ist dabei jeweils mit einer Anordnung verbunden, die eine einem Meßwert entsprechende
Spannung liefert. Der andere Pol aller Dioden ist zusammengeschaltet und über einen
Spannungsteiler mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden. Da der Durchlaßwiderstand
einer Diode insbesondere im Anfangsbereich nicht konstant ist und sich außerdem
mit der Temperatur ändert,
werden bei den bekannten Schaltungen
der Anfangsteil des Meßbereiches unterdrückt und zur Temperaturkompensation Widerstände
für den Spannungsteiler mit entsprechender gegenläufiger Temperaturabhängigkeit
gewählt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Ermittlung von Extremwerten zu erstellen, mit der Extremwerte ohne Unterdrückung
eines Teiles des Meßbereiches sicher erfaßt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Anordnung,
die jeweils eine einem Meßwert entsprechende Spannung liefert, einen niederohmigen
Ausgang besitzt, daß eine Stromquelle vorgesehen ist, die einen Strom in die Sammelleitung
einspeist und daß die Flußrichtung des Stromes mit der Durchlaßrichtung der Dioden
übereinstimmt.
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Durch diese Lösung kann auf eine Unterdrückung eines Teiles des Meßbereiches
verzichtet werden, da die Einspeisung eines konstanten Stromes einen bestimmten
Arbeitspunkt auf der Diodenkennlinie festlegt, der von der einem Meßwert entsprechenden
Spannung praktisch unabhängig ist. Die starke Kennlinienkrümmung einer Diode im
Anfangsbereich wirkt sich somit nicht mehr störend aus. Es können also bereits Extremwerte
sicher erfaßt werden, wenn die Meßgröße an sich noch klein ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an die Sammelleitung
einer Diodenanordnung eine Reihenschaltung aus einem Verstärker mit niederohmigem
Ausgang, einer Diode und einer weiteren Stromquelle angeschlossen. Die Durchlaßrichtung
der Diode stimmt mit der Flußrichtung des von der weiteren Stromquelle gelieferten
Stromes überein. Außerdem ist diese Diode zu den Dioden der Diodenanordnung entgegengesetzt
gepolt. Durch diese Maßnahme wird vorteilhafterweise nicht
nur eine
Kompensation des Temperaturganges der jeweils durch einen Extremwert angesteuerten
Diode der Diodenanordnung erreicht, sondern außerdem wird auch der durch diese Diode
bedingte Spannungsabfall eliminiert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist den Anordnungen, die den
Meßwerten entsprechende Spannungen liefern, jeweils ein Widerstand zur Mittelwertbildung
nachgeschaltet, dessen zweiter Anschluß mit einer Sammelleitung verbunden ist, an
der das Bezugspotential für die Bestimmung der Extremwerte abgegriffen wird. Dadurch
wird eine Bewertung des jeweils erfaßten Extremwertes in bezug auf den mittleren
Wert aller Meßwerte ermöglicht. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere auch
für eine Überwachung von Einrichtungen während des Anfahrens derselben. Dies ist
ein besonderer Vorteil, da beim Anfahren der absolute Wert eines Extremwertes im
allgemeinen keine Aussage darüber gibt, ob eine Gefährdung der überwachten Einrichtung
vorliegt. Dem auf den mittleren Wert der Meßwerte bezogenen Extremwert läßt sich
dies jedoch entnehmen. Es kann dadurch rechtzeitig eingegriffen werden, so daß etwaige
größere Folgeschäden nicht auftreten.
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Im folgenden soll die Erfindung nach eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
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In der Figur ist schematisch eine Anordnung zur Ermittlung des Maximalwertes
und des Minimalwertes von mehreren Meßwerten U1, U2, ... Un in bezug auf deren Mittelwert
dargestellt.
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Die Meßwerte U1, U2, ... werden jeweils einer Anordnung 1, 2, ...
n zugeführt, die eine dem Meßwert U1, U2, ... entsprechende Spannung U'1, U2, ...
liefert und die einen niederohmigen Ausgang besitzt. Jede dieser Anordnungen 1,
2, besteht beispielsweise aus einem mit Widerständen beschalteten
integrierten
Gleichstromverstärker, durch den eine Verstärkung und Impedanzwandlung sowie eine
Invertierung des jeweiligen Meßwertes erfolgt. An den Ausgängen der Anordnungen
1, 2, ... ist eine Diodenanordnung mit Dioden 11, 21, ... zur Erfaßung des Maximalwertes,
eine Widerstandsanordnung mit Widerständen 12, 22, ... zur Erfaßung des Mittelwertes
und eines Diodenanordnung mit Dioden 13, 23, zur Erfaßung des Minimalwertes angeschlossen.
Der zweite Pol der Dioden lt, 21, .. ist an eine Sammelleitung 31, der zweite Pol
der Widerstände 12, 22, ... ist an eine Sammelleitung 32 und der zweite Pol der
Dioden 13, 23, ... ist an eine Sammelleitung 33 angeschlossen. Weiter sind eine
Stromquelle 34 bzw. eine Stromquelle 35 vorgesehen, die mit der Sammelleitung 31
bzw. 33 verbunden sind und die einen Strom J1 bzw. J2 in die Sammelleitung 31 bzw.
33 einspeisen.
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Die Flußrichtung des Stromes J1 bzw. J2 stimmt mit der Durchlaßrichtung
der Dioden 11, 21, ... bzw. 13, 23, ... überein.
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An die Sammelleitung 31 bzw. 33 ist außerdem eine Reihenschaltung
aus einem Verstärker 36 bzw. 38 mit niederohmigem Ausgang, einer Diode 39 bzw. 40
und einer weiteren Stromquelle 41 bzw. 42 angeschlossen. Die Durchlaßrichtung der
Diode 39 bzw. 40 stimmt mit der Flußrichtung des von der Stromquelle 41 bzw. 42
gelieferten Stromes J'1 bzw. J2 überein.
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Ferner ist die Diode 39 bzw. 40, bezogen auf die Dioden 11, 21, ...
bzw. 13, 23, ..., entgegengesetzt gepolt. Die Ströme J1 und J'1 bzw. Ja und J2 werden
gleich groß gewählt.
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Durch diese Maßnahmen heben sich vorteilhafterweise die durch die
Diode 39 und einer der Dioden 11, 21, ..., an der gerade der Maximalwert anliegt,
bedingten Einflüsse auf. Entsprechendes gilt für die Diode 40 und die Dioden 13,
23,
Die vorstehend erwähnten Stromquellen können in an sich bekannter
Weise durch Transistorschaltungen realisiert werden.
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An den Verbindungspunkt der Diode 39 mit der Stromquelle 41 bzw. der
Diode 40 mit der Stromquelle 42 ist der Eingang eines Verstärkers 43 bzw. 45 angeschlossen,
dessen Ausgang mit einem Potentiometer 46 bzw. 47 verbunden ist. Die beiden anderen
Anschlüsse der Potentiometer 46, 47 sind miteinander verbunden und über eine Leitung
44 an den Ausgang eines Verstärkers 37 angeschlossen, von dem ein Eingang mit der
Sammelleitung 32 verbunden ist. An die Leitung 44 sind ferner noch je ein Eingang
zweier Differenzverstärker 48, 49 angeschlossen.
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Der zweite Eingang des Differenzverstärkers 48 ist mit dem Abgriff
des Potentiometers 46, der zweite Eingang des Differenzverstärkers 49 mit dem Abgriff
des Potentiometers 47 verbunden. Die Ausgänge der Verstärker 48 bzw. 49 sind mit
50 bzw. 51 bezeichnet. Am Ausgang 50 liegt eine Spannung an, die der Differenz zwischen
maximaler Spannung und dem Mittelwert der Spannung aller Meßwerte proportional ist.
Am Ausgang 51 kann der Differenzwert zwischen minimaler Spannung und mittlerer Spannung
abgegriffen werden.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungs
anordnung sei angenommen, daß U1 den maximalen Wert aller Meßwerte darstellt. Durch
die Invertierung des Meßwertes U1 ergibt sich am Ausgang der Anordnung 1 die größte
negative Spannung U'1. Die Diode 11 leitet daher den von der Stromquelle 34 gelieferten
konstanten Strom J1' Da der Ausgang der Anordnung 1 niederohmig ist, wird durch
diesen Strom J1 die Spannung U'1 nicht beeinflußt. Die Spannung Ul, verändert um
den Spannungsabfall an der Diode 11, liegt somit auch auf der Sammelleitung 31 vor.
Dadurch sind die weiteren Dioden 21, ... gesperrt. Die auf
der Sammelleitung
31 anliegende Spannung wird vom Verstärker 36 verstärkt, der ebenfalls einen niederohmigen
Ausgang hat und dem die vom Strom J'1 durchflossene Diode 39 nachgeschaltet ist.
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Die Ströme J1 und J'1 sind etwa gleich groß Da weiter die Dioden 11
und 39 entgegengesetzt geschaltet sind, heben sich die Einflüsse beider Dioden auf,
so daß am Verbindungspunkt der Diode 39 mit der Stromquelle 41 eine der Spannung
U1 entsprechende Spannung vorliegt, der keine durch eine Diode bedingte störende
Einflüsse überlagert sind. Diese Spannung wird vom Verstärker 43 verstärkt. Am Widerstand
46 liegt damit eine Spannung an, die der Differenz aus der Maximal spannung U1 und
dem Mittelwert aller Spannungen proportional ist. Diese Spannungsdifferenz wird
vom Verstärker 48 nochmals verstärkt, so daß am Ausgang 50 ein entsprechender Wert
abgegriffen werden kann. Die Wirkungsweise bei der Ermittlung des Differenzwertes
in bezug auf die minimale Spannung ist ähnlich. Auf eine wiederholende Beschreibung
kann daher verzichtet werden. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß bereits bei kleinen Spannungen Extremwerte von Spannungen
erfaßt werden können, da störende Einflüsse von Dioden der zum Vergleich der Spannuhgen
verwendeten Diodenanordnung praktisch vollständig eliminiert wurden. Die Erfaßung
der Extremwerte in bezug auf den Mittelwert der Meßwerte gestattet weiter vorteilhafterweise
auch eine Verwendung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung beim Anfahren einer
zu schützenden Einrichtung.