DE2202638B1 - An eine Zenerbarriere angeschlossene,spannungsreduzierende Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

ORIGINAL INSPECTED

eine Versorgungsspannung von 25 V angeschlossen und speist einerseits über die Klemme 3 die ZenerbarriereZl mit einer Spannung von beispielsweise 18 V, welche zugleich die dem Meßumformer 7 zur Verfügung stehende Leerlaufspannung bildet. Infolge des Spannungsabfalls in den Zenerbarrieren Zl und Z2 sowie am Eingang des Empfangsgerätes 5 reichen diese 18 V vielfach nicht zu einer störungsfreien Aussteuerung des Empfangsgerätes aus. Der vom Meßwertumformer entsprechend der Meßgröße gesteuerte Strom läuft über die Zenerbarriere Zl zurück in den Signalwandler 6, wird dort verstärkt und gelangt als eingeprägter der Meßgröße proportionaler Strom zum Empfangsgerät 5. Erst durch die Einschaltung dieses verstärkenden Impedanzwandlers 6 erhält das Empfangsgerät 5 eine ausreichende Eingangsspannung. Es ist ebenso wie der Impedanzwandler an eine Versorgungsspannung von 25 V angeschlossen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten sich widersprechenden Forderungen nach einer möglichst niedrigen Spannung auf den Leitungen im explosionsgefährdeten Raum einerseits und nach einer genügend hohen Eingangsspannung am Empfangsgerät andererseits ohne den Einsatz eines aufwendigen und teueren Impedanzwandlers zu erfüllen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine spannungsreduzierende Schaltungsanordnung, die an eine aus in einem Längszweig liegenden Widerständen und in Querzweigen liegenden Zenerdioden bestehende Zenerbarriere zum Schutz von in explosionsgefährdeten Räumen befindlichen Verbrauchern und/oder Meßwertgebern angefügt ist, und ist zur Lösung der vorgenannten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsreduzierende Schaltungsanordnung an die Zenerbarriere auf der dem explosionsgefährdeten Raum zugewandten Seite angeschlossen ist, daß sie aus einem Längswiderstand und zwei an dessen Enden nach Masse geschalteten Quer-Zenerdioden besteht und daß die Zenerspannung dieser beiden Zenerdioden kleiner gewählt ist, als die Zenerspannung der Zenerdioden in der Zenerbarriere.

Durch eine relativ einfache und billige Ergänzung herkömmlicher Zenerbarrieren ermöglicht die Erfindung die Einsparung des Impedanzwandlers. Die Zenerspannung der Zenerdioden in der Zenerbarriere wird nunmehr entsprechend der gewünschten Eingangsspannung des Empfangsgerätes bemessen, während die Zenerspannung der in dem zusätzlichen Netzwerk enthaltenen Zenerdioden geringer und entsprechend der gewünschten Leitungslänge im explosionsgefährdeten Raum bemessen ist.

Die Erfindung hat neben der Einsparung des Impedanzwandlers den Vorteil, daß der im explosionsgefährdeten Raum befindliche Verbraucher oder Meßwertgeber ebenso wie das Empfangsgerät aus einem gemeinsamen Stromversorgungsgerät höherer Spannung gespeist werden kann und trotzdem am Ausgang der Barriere eine Leerlauispannung auftritt, welche die Verlegung genügend langer Zuleitungen im explosionsgefährdeten Raum zuläßt. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich darüber hinaus durch einen äußerst einfachen Aufbau aus und kann in Verbindung mit Zenerbarrieren von beliebigem Innenaufbau eingesetzt werden.
F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Zenerbarriere, wie sie zuvor an Hand von Fig. 1 erläuten wurde. Die Schaltungsanordnung wird beispielsweise an Stelle der Zenerbarriere Z1 in Fig. 2 eingesetzt, wobei die Ausgangsklemmen 3 und 4 der beiden Zenerbarrieren unmittelbar mit dem Eingang des Empfangsgerätes 5 zu verbinden sind. Der bei der bekannten Schaltung am Eingang des Empfangsgerätes liegende Widerstand 8, an welchem durch den eingeprägten Strom eine dem Meßwert proportionale Spannung erzeugt wird, liegt bei Anwendung einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zwischen der dem explosionsgefährdeten Raum zugewandten Eingangsklemme 9 der Zenerbarriere Z 2 und Masse.

Wie F i g. 3 zeigt, ist an die dem explosionsgefährdeten Raum zugewandte Ausgangsklemme 1 der, wie in Fig. 1, aus zwei Widerständen Rl und R2. einer Schmelzsicherung S und zwei Zenerdioden D1 und D 2 bestehenden Zenerbarriere Z ein aus einem Längswiderstand R 3 und zwei von dessen Enden nach Masse geschalteten Quer-Zenerdioden D 3 und D 4 bestehendes Netzwerk N angeschlossen. Seine Ausgangsklemme 11 ist, wie in F i g. 2 die Ausgangsklemme 1, mit dem im explosionsgefährdeten Raum befindlichen Meßumformer 7 oder einem sonstigen Verbraucher verbunden. Die an der Eingangsklemme 3 der aus der Zenerbarriere Z und dem Netzwerk N zusammengesetzten Schaltungsanordnung stehende Eingangsspannung wird von der Zenerbarriere auf einen der Zenerspannung U₂ der beiden Zenerdioden Dl und Dl entsprechende Spannung begrenzt, während die an der Klemme 11 stehende Ausgangsspannung auf einen geringeren Wert, nämlich die Zenerspannung der Zenerdioden D 3 und D 4, begrenzt ist. Der im Falle eines Kurzschlusses im explosionsgefährdeten Raum auftretende maximale Kurzschlußstrom I_K ist wiederum gegeben durch den Quotienten aus der Zenerspannung U₂ der beiden Zenerdioden D1 und D 2 und dem Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstandes R 2.

Bei Zenerbarrieren wird aus Sicherheitsgründen gefordert, daß ihre Bauteile in einem Gießharzblock vergossen sind. Dementsprechend wird man bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung die Bauteile des zusätzlichen Netzwerkes N zusammen mit denen der Zenerbarriere Z in einen gemeinsamen Gießharzblock einbetten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims (2)

1 2 dabei gleich oder größer als die Zenerspannung sein. Patentansprüche: Der Kurzschlußstrom, welcher in den im explosions- gefährdeten Raum befindlichen Verbraucher oder

1. Spannungsreduzierende Schaltungsanord- Meßwertgeber fließen kann, ist begrenzt auf einen nung, die an eine aus in einem Längszweig liegen- 5 Maximalwert I_K, welcher durch den Quotienten aus den Widerständen und in Querzweigen liegenden der Zenerspannung U_z und dem Widerstandswert R 2 Zenerdioden bestehende Zenerbarriere zum Schutz des Strombegrenzungswiderstandes gegeben ist, wobei von in explosionsgefährdeten Räumen befind- die demgegenüber niedrigen Widerstandswerte des liehen Verbrauchern und/oder Meßwertgebern PrüfWiderstandes R1 und der Sicherung 5 vernachangefügt ist, dadurch gekennzeichnet, ίο lässigbar sind. Üblicherweise schaltet man in jede der daß die Spannungsreduzierende Schaltungsanord- beiden Verbindungsleitungen zu dem im explosionsnung an die Zenerbarriere (Z) auf der dem ex- gefährdeten Raum befindlichen Verbraucher oder plosionsgefährdeten Raum zugewandten Seite an- Meßwertgeber je eine solche Zenerbarriere ein, sogeschlossen ist, daß sie aus einem Längswider- fern nicht eine der beiden Leitungen auf Massestand (R 3) und zwei an dessen Enden nach 15 potential liegt.

Masse geschalteten Quer-Zenerdioden (D 3, D 4) Da es Aufgabe einer solchen Zenerbarriere ist, die

besteht und daß die Zenerspannung dieser beiden im Falle eines Kurzschlusses im explosionsgefähr-Zenerdioden (D 3, D 4) kleiner gewählt ist als die deten Raum dort zur Verfügung stehende und ge-Zenerspannung der Zenerdioden (D 1, D 2) in der gebenenf alls einen Funken bildende Energie auf einen Zenerbarriere (Z). 20 ungefährlichen Wert zu begrenzen, muß bei der

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Dimensionierung der Zenerbarriere auch die auf den durch gekennzeichnet, daß die Bauelemente des Zuleitungen im explosionsgefährdeten Raum infolge aus der Spannungsreduzierenden Schaltungsanord- der Eigenkapazität dieser Leitungen gespeicherte nung bestehenden Netzwerkes (N) mit denen der elektrische Energie berücksichtigt werden. Diese Zenerbarriere (Z) gemeinsam in Gießharz ein- 25 hängt bekanntlich einerseits von der Kapazität der gebettet sind. Leitungen und andererseits vom Quadrat der Spannung an den Leitungen ab. Folglich bestimmt die

Höhe der Leerlaufspannung an der Klemme 1 der

Zenerbarriere die zulässige Leitungslänge im explo-30 sionsgefährdeten Raum derart, daß die zulässige Lei-

Zum Schutz von in explosionsgefährdeten Räumen tungslänge umso kürzer ist, je höher die Leerlaufbefindlichen Verbrauchern und/oder Meßwertgebern Spannung ist. Aus diesem Grunde ist man bestrebt, ist die Einschaltung sogenannter Zenerbarrieren in die Leerlaufspannung und damit die Zenerspannung die Verbindungsleitungen zwischen den im explo- der Zenerdioden in der Zenerbarriere möglichst niedsionsgefährdeten Raum befindlichen Geräten und den 35 rig zu wählen. Andererseits besteht aber der Wunsch, außerhalb dieses Raumes befindlichen Geräten be- einen im nicht explosionsgefährdeten Raum unterkannt (vgl. PTB-Mitteilungen, Heft 2/1971, S. 90 bis gebrachten Empfänger für das aus dem explosions-93). Den prinzipiellen Aufbau einer solchen bekann- gefährdeten Raum kommende Meßsignal oder einen ten Zenerbarriere zeigt Fig. 1. Zwischen die An- Regler mit einer genügend hohen Spannung zu beschlußklemme 1, beispielsweise den einen Ausgang 40 aufschlagen, welche den Spannungsverlust infolge eines in dem explosionsgefährdeten Raum links der der Strombegrenzungsschaltung in der Zenerbarriere Trennlinie 2 angeordneten Meßwertumformers, und und auch den Spannungsabfall am Eingangswiderdie Eingangsklemme 3 eines in dem nicht explosions- stand des Empfangsgerätes bzw. Reglers hinreichend gefährdeten Raum rechts von der Trennlinie 2 be- deckt. Hier ist also eine möglichst hohe Spannung findlichen Reglers ist die Reihenschaltung einer 45 erwünscht.

Schmelzsicherung 5 eines Prüf Widerstandes R1 und Um diesen sich wiedersprechenden Forderungen eines Strombegrenzungswiderstandes R2 eingeschal- gerecht zu werden, hat man sich bisher dadurch getet. Letzterer kann, wie dies von Strombegrenzungs- holfen, daß man zwischen die Zenerbarriere(n) und Schaltungen in Netzanschlußgeräten her bekannt ist, den im nicht explosionsgefährdeten Raum befindauch durch eine elektronische Strombegrenzungs- 50 liehen Regler bzw. das Empfangsgerät einen als Imschaltung ersetzt sein (vgl. deutsche Offenlegungs- pedanzwandler arbeitenden Signalwandler eingeschrift 1 816 553). Vom Verbindungspunkt der beiden schaltet hat, der auf der dem Regler bzw. Empfangs-Widerstände R1 und R 2 ist eine Zenerdiode D 2 und gerät zugewandten Seite mit einer höheren Spannung vom Verbindungspunkt des Widerstandes R1 mit der von beispielsweise 25 V und auf der der Zener-Sicherung S eine weitere Zenerdiode Dl nach Masse 55 barriere zugewandten Seite mit einer niedrigeren geschaltet. Diese beiden Zenerdioden dienen der Spannung von beispielsweise 18 V arbeitet und den Spannungsbegrenzung, indem sie beim Auftreten von als Meßgröße dienenden Strom auf den Zuleitungen über ihrer Zenerspannung liegenden Spannungen auf des Meßwertgebers im explosionsgefährdeten Raum der Verbindungsleitung zwischen den Klemmen 1 in einen entsprechenden Steuerstrom für den Regler und 3 gegenüber Masse leitend werden und solche 60 oder das Empfangsgerät umwandelt. Dieses Problem, Überspannungen nach Masse ableiten. Nimmt man welches im folgenden an Hand von F i g. 2 kurz eran, daß der im explosionsgeschützten Raum befind- läutert wird, ergibt sich besonders dann, wenn Meßliche Verbraucher vom Regler her über die Zener- kreis und Regler aus einer zentralen Stromversorbarriere Z gespeist wird, so kann an seiner Eingangs- gungsschaltung gespeist werden,
klemme 1 eine maximale Leerlauf spannung U_L auf- 65 Zwischen die Zenerbarrieren Zl und Z 2 einertreten, welche der Zenerspannung U_z der beiden seits und das Empfangsgerät 5, beispielsweise ein Zenerdioden D1 und D 2 entspricht. Die Eingangs- Regler, andererseits ist ein als Impedanzwandler spannung an der Klemme 3 gegenüber Masse kann wirksamer Stromumformer 6 eingeschaltet. Er ist an