DE2710977A1 - Vorrichtung zum anzeigen von wasser in oel - Google Patents
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Description
COHAUSZ & F
patbntanwaltsbOho
HCHUMANNBTR er · D-4000 düssbldohk
PATENTANWÄLTE:
Dipl-lng. W. COHAUSZ - DipL-lng. R. KNAUF - Dr.-lng., Oipl.-WirtKh.-lng. A. GERBER - DipL-lng. H B. COHAUSZ
Il. März 1977
Anm.: Lucas Industries Limited, Great King Street,
Birmingham B19 2XP / England
Vorrichtung zum Anzeigen von Wasser in öl
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen von Wasser in öl. Aufgabe der Erfindung ist es, eine praktische
Form einer solchen Vorrichtung zu schaffen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist eine von dem öl zu durchströmende Sonde auf, einen Vergleichskondensator
und einen Schalter zum wahlweisen Anschließen der Sonde und des Vergleichskondensators an den Schaltkreis eines Oszillators,
dessen Oszillatorfrequenz von der Dielektrizitätskonstanten des Öls bestimmt wird, wobei ein Frequenz-Gleichstromümwandler
mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist und der Ausgang des Urawandlers mit einem Filter verbunden ist,
das ein mit der Frequenz der Betätigung des Schalters schwankendes Signal erzeugt, und an den Ausgang des Filters ein
Anzeiger wechselstrommäßig gekoppelt ist.
Das Filter umfaßt vorzugsweise einen Muster- und Haltekreis, der mit dem Schalter synchron läuft. Der Anzeiger kann einen
aktiven Vollweggleichrichter umfassen, der entweder in seiner Rückkopplungsschleife ein Strommeßgerät aufweist oder einen
C/Tn.- 31 121 - 2 -
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Spannungmesser treibt. Zusätzlich zu dem Anzeiger kann ein Trigger vorgesehen sein, der bei einer vorbestimmten Größe
des Signals tätig wird und eine Warneinrichtung oder mehrere Warneinrichtungen und/oder ein Relais betätigt, das Teil
eines Systems ist, das den ölfluß durch die Sonde steuert.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Pig. 1 ist ein schematisches Diagramm der Vorrichtung.
Pig. 2 ist ein Schaltbild des in Pig. I gezeigten Teils
der Vorrichtung, das eine Sonde, einen Vergleichskondensator, einen Hochfrequenzoszillator
und einen Schalter zum wahlweisen Verbinden der Sonde und des Vergleichskondensators an den
Oszillator zeigt.
Fig. 3 ist ein Schaltbild eines anderen Teils der Schaltung
und zeigt einen Prequenz-Spannungwandler, einen Filter, einen Wechselstromverstärker und
einen aktiven Vollweggleichrichter.
Fig. ή ist ein Schaltbild, das einen weiteren Teil der
Schaltung zeigt, nämlich einen Komparator, einen Trigger und einen Niederfrequenz-Oszillator.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels der Erfindung.
Fig. 6 und 7 zeigen das gesamte elektrische Schaltbild der
in Fig. 5 dargestellten Anordnung.
Die in den Fig. 1 bis M dargestellte Vorrichtung weist eine
kapazitive Sonde 10 auf, die in einer Ölleitung derart ange ordnet ist, daß das durch die Leitung fließende öl durch die
709838/0844 " 3 "
Sonde strömt, wobei der Auslaß genügend tief liegt, um zu
verhindern, daß sich dort Wasser ansammelt. Ein elektronischer Schalter 11 in Form eines integrierten Stromkreises vom Typ
DE 133 BB wird benutzt, um die Sonde 10 und einen Vergleichskondensator 13 mit einem Hochfrequenz-Oszillator 14 zu verbinden,
der mit einer Frequenz in einem Bereich von 50 kHz aber in Abhängigkeit vom Wert des mit ihm über den Schalter
verbundenen Kondensators arbeitet.
Wie Fig. 2 im einzelnen zeigt, umfaßt der Hochfrequenz-Oszillator 14 einen integrierten Zeitgeberkreis 15 vom Typ 555 (oder
die Hälfte eines Doppelzeitnehmers vom Typ 556)» der als ein astabiler Multivibrator geschaltet ist. Der Zeitgeber 15
niederspannungsregullerter Spannung von einer +15 V-Schiene 16 über einen Widerstand 17 gespeist, wobei eine Zenerdiode
l8 zwischen dem Verbindungspunkt von Widerstand-Zeitgeber und einer Erdschiene 19 liegt. Die RUckstellungs- und Vcc-Klenmen
des Zeitgebers 15 sind mit der Kathode der Zenerdiode 18 verbunden und deren Erdklemme ist mit der Schiene 19 verbunden.
Die Steuerspannungsklemme des Zeitgebers ist über einen Kondensator 20 mit der Schiene 19 verbunden. Die Trigger und
Schwellwert-Klemmen des Zeitgebers sind miteinander und mit einer Seite eines Kondensators 21 sowie über einen Widerstand
22 mit der Ausgangsklemme des Zeitgebers verbunden. Die Ausgangsklemme ist außerdem über einen Widerstand 23 mit der
Kathode der Zenerdiode 18 verbunden.
Der Schalter 11 ist ein Zweikanal-J-Feldeffekttransistor-Schalter.
Ein Kanal erzeugt einen Weg geringen Widerstands zwischen den Stiften 1 und 14 der Vorrichtung, wenn das Signal
am Stift 13 stark ist und einen Weg hohen Widerstands, wenn dies Signal schwach ist. In dem anderen Kanal ergibt sich ein
Weg geringen Widerstandes zwischen den Stiften 7 und 8, wenn das Signal am Stift 9 stark ist und ein Weg hohen Widerstands,
wenn dies Signal schwach ist. Die Stifte 11 und 12 sind mit
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der Schiene l6 und einer -15 V-Schiene 2k verbunden und der
Stift 10 ist mit der Erdschiene 19 verbunden. Der Stift 7 ist über einen Widerstand 25 mit der anderen Seite des Kondensators
21 und der Stift 1 über einen Widerstand 26 und einen damit in Reihe liegenden veränderlichen Widerstand 27 mit der
anderen Seite des Kondensators 21 verbunden. Die Sonde 10 ist auf einer Seite mit dem Stift lh verbunden und auf der
anderen Seite geerdet; der Stift 8 ist über den Vergleichs-Kondensator 13 mit der Erdschiene 19 verbunden. Der Zeitgeber
15 gibt an seinem Ausgang in bekannter Weise ein oszillierendes Signal einer Frequenz, die bestimmt wird durch die Werte
der Komponenten 21, 22, 23 und 25 und 13 oder 26, 27 und 10 in Abhängigkeit davon, auf welcher Seite des Schalters der
geringe Widerstand liegt. Die Justierung des veränderlichen Widerstandes 27 wird weiter unten erläutert.
Die Stifte 9 und 13 des Schalters 11 sind verbunden mit den Ausgangsklemmen eines Flip-Flop-Kreises 28 des Typs 8822A,
der über einen direkt gekuppelten invertierenden Transistor-Verstärker
29 von einem Oszillator betrieben wird, der aus einem anderen Zeitgeber 30 vom Typ 555 betrieben wird (der aus
der anderen Hälfte eines für denZeitgeber 15 benutzten 556 Zeitgeber bestehen kann). Dieser ist wiederum geschaltet als
ein astabiler Multivibrator mit den Widerständen 31 und 32 und einen Kondensator 33 als Komponenten. Der Ausgang des
Zeitgebers 30 ist über einen Widerstand 31* mit der Basis des
Transistors 29 und über einen Kondensator 35 mit der Anode einer Diode 36 verbunden, deren Kathode mit der Erdschiene
verbunden ist. Eine Ausgangsklemme 37 für die Steuerung eines Muster und Muster- und -Halte-Kreises, der im folgenden beschrieben
wird, ist mit der Anode der Diode 36 verbunden.
Der Ausgang des Zeitgebers 15 ist über einen Kondensator 15 mit einem Ende der Primärwicklung eines Transformators 39 verbunden,
deren anderes Ende mit der Erdschiene 19 verbunden ist.
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Die Sekundärwicklungäes Transformators 39 ist mit einem Frequenz-Spannungswandler 40 verbunden, der im einzelnen in
Fig. 3 dargestellt ist. Dieser Wandler enthält ein Paar von Komplementär-Transistoren 41, 42, deren Emitter miteinander
und mit einem Ende der Sekundärwicklung des Transformators 39 verbunden ist. während ihre Basen miteinander und mit dem
anderen Ende der Sekundärwicklung verbunden sind. Der Kollektor des n-p-n-Transistors 41 ist über einen Widerstand 43 mit
der Schiene 16 und der Kollektor des p-n-p-Transistors 42 über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 44, 45 mit der
Erdschiene 19 verbunden. Ein Kondensator 46 liegt zwischen dem einen Ende der Sekundärwicklung und dem gemeinsamen Punkt
der Widerstände 44 und 45. Ein Kondensator 47 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 41 und der Schiene 19· Die
Sekundärwicklung des Transformators 39 erzeugt abwechselnde zum positiven und zum negativen gerichtete Impulse. Die
positiv gerichteten Impulse schalten den Transistor 41 ein, die negativ gerichteten Impulse den Transistor 42. Der Kondensator
46 ist ein Differenzier-Kondensator, der aufgeladen wird, wenn der Tranaistor 4l über die Widerstände 43 und 45 leitend
wird, und entladen wird, wenn der Transistor 42 über den Widerstand 44 leitend wird. Es werden somit während jeder
Periode des Oszillators 14 zwei Impulse erzeugt.
Die Schaltung zum Spannungswandler enthält auch einen passiven Filterkreis, der vom Kollektor des Transistors 42 gespeist
wird. Dieses Filter enthält drei in Reihe geschaltete Widerstände 51» 52, 53 und drei Kondensatoren 54, 55 und 56, die
die Enden dieser Widerstände mit der Schiene 19 in üblicher R-C Schaltung verbinden. Die passive Filterschaltung wandelt
die am Kollektor des Transistors 42 auftretenden Impulse in Gleichstromspannung um in Abhängigkeit von der Frequenz
dieser Impulse. Die Basis eines Transistors 57 ist mit dem Widerstand 53» sein Kollektor mit der Schiene 16 und sein
Emitter, über einen Widerstand 58 mit der Schiene 24 verbunden.
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Der Transistor 57 puffert den passiven Filter-Kreis und speist ein Muster- und -Halt-Kreis 60.
Der Muster- und Halt-Kreis 60 umfaßt einen Feldeffekt-Transistor 6l, dessen Senke den Emitter des Transistors 57 mit
einer Seite eines Kondensators 62 verbindet, dessen andere Seite an der Erdschiene 19 liegt. Ein Differential-Verstärker
63, der als Rohreingangs-Impedanz-Puffer geschaltet ist, ist
mit seiner nicht invertierenden Eingangsklemme mit der einen Seite Kondensators 62 verbunden. Das Gatter des Feldeffekt-TRansistors
61 ist mit der Klemme 37 verbunden. Die Steuerimpulse an der Klemme 37 sind synchron mit den der Flip-Flop-Schaltung
28 zugeführten Impulsen jedoch infolge der Wirkung des Transistors 29 umgekehrt. Der Feldeffekt-Transistor leitet
daher während einer kurzen Zeit jeder Periode unmittelbar vor Beginn des Schaltens und gut nachdem die vom vorherigen
Schalten erzeugten Spitzen verschwunden sind.
Der Ausgang des Puffers 63 ist über einen Kondensator 64 mit
einem Verstärker 70 verbunden. Dieser Verstärker hat die Form eines PunktionsVerstärkers 71 mit einem Eingangswiderstand 72,
der mit seinen invertierenden Eingangsklemmen und einem Widerstand 73 sowie einem damit in Reihe liegenden variablen Widerstand
m verbunden ist, so daß eine Rückkopplung besteht zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang. Der nicht
invertierende Eingang des Verstärkers 71 liegt an der Erdschiene 19.
Der Verstärker 70 steuert eine Meßvorrichtung 75 über einen
aktiven Vollweggleichrichter 76 bekannter Art, der zwei Funktionsverstärker 77 und 78 umfaßt. Der Verstärker 77 ist
geschaltet als ein schneller Halbweggleichrichter, dessen invertierender Einlaß über einen Widerstand 79 mit dem
Auslaß des Verstärkers 71 verbunden ist und dessen nicht invertierender Einlaß über einen Widerstand 80 mit der Schiene
19 verbunden ist. Rückkopplung wird erzeugt durch eine
709838/0844 _?_
Diode 8l, deren Anode mit dem Auslaß des Verstärkers 77 und deren Kathode mit dem invertierenden Einlaß und über eine
weitere Diode 82 mit deren Kathode verbunden ist mit dem Auslaß des Verstärkers 77, während die Anode über einen Widerstand
83 mit dem einvertierenden Einlaß des Verstärkers 77 verbunden ist. Die Widerstände 79 und 83 haben gleichen
Ohm1sehen Wert, so daß der Verstärker für die positive Halbwelle
des Eingangs wirkt als ein invertierender Verstärker einheitlicher Leistung; für die negativen Halbwellen ergibt
sich eine Rückkopplung über die Diode 81, so daß dieAusgangsleistung,
die der Anode der Diode 82 entnommen werden kann, dem Erde-Spannungs-Signal am nicht invertierenden Einlaß
des Verstärkers 77 sehr nahe kommt.
Der Verstärker 78 erhält an seinem invertierenden Eingang seine Eingangssignale vom Ausgang des Verstärkers kl über
einen Widerstand 84 und von der Anode der Diode 8l über einen
Widerstand 85, dessen Ohm1scher Widerstand halb so groß ist
wie der des Widerstandes 84. Der nicht invertierende Eingang
des Verstärkers 78 ist über einen Widerstand 86 mit der Schiene 19 verbunden und Rückkopplung ergibt sich durch die
Meßvorrichtung 75 und den damit in Reihe liegenden Widerstand 87 zum nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 78. Ein
Kondensator 88 liegt quer zum Widerstand 87.
Der Verstärker 78 addiert das Eingangssignal mit dem doppelten des invertierten gleichgerichteten Halbwellen-Signal des
Verstärkers 77, so daß er eine gleichgerichtete Vollwelle ergibt. Der Kondensator 88 bewirkt ein Dämpfen der Meßvorrichtung
75, deren inerer Widerstand hier nicht in Betracht gezogen zu werden braucht; er liegt in der Rückkopplungsschleife des aktiven Vollwellen-Gleichrichter-Kreises.
Durch einen Schalter 90 kann die Meßvorrichtung 75 auf verschiedene
Meßbereiche geschaltet werden. In einer Stellung
- 8 709838/0844
des Schalters 90 ist die Meßvorrichtung überbrückt durch einen Widerstand 91» der einen Nebenschluß für gewisse Ströme
bildet. In einer anderen Stellung ist die Meßvorrichtung kurzgeschlossen, und in einer Endstellung ist der Schalter
geöffnet, so daß alle Rückkopplungsströme durch die Meßvorrichtung fließen.
Der Schalter 90 wird benutzt während des Einrichtens der Vorrichtung,
um eine Beschädigung desselben zu vermeiden.
Der Vollwellen-Gleichrichter-Kreis 76 ist mit einem Temperatur-Kompensationskreis
100 versehen, um Effekt zu kompensieren, die sich aus der Änderung der dielektrizitäts Konstanten des
Öls bei verschiedenen Temperaturen ergeben. Die Kompensationsschaltung 100 enthält einen Widerstand 101, einen Thermistor
102, der in Reihe mit einem Widerstand 103 zwischen den Schienen 16 und 2 M liegt, einen Widerstand 104, der den Thermistor
102 und einen Widerstand 105 überbrückt, der den Verbindungspunkt von Widerstand 101 und Thermistor 102 mit dem
Summierpunkt des Verstärkers 78 verbindet.
Der Temperatur-Kompensations-Kreis 100 wirkt als ein variabler Spannungsteiler; sein Auslaß, abgenommen an der Verbindung
der Widerstände 101, 104, 105 und dem Thermistor 102, ist über den Widerstand 105 mit dem Summenpunkt des Verstärkers
78 verbunden. Die Ausgangsspannung des Schaltkreises 100 wird daher durch die Wirkung des Verstärkers 78 umgekehrt,
so daß sie eine Offset-Spannung ergibt. Um die Null-Stellung der Meßvorrichtung zu erreichen, wird daher der veränderliche
Widerstand 27 während des Aufbaus der Vorrichtung durch solches Variieren einer der beiden Frequenzen so justiert, daß
die Offset-Bedingung gelöscht wird. Der veränderliche Widerstand
27 ermöglicht es auch, große Bereiche der Dielektrizitätskonstante des untersuchten Öls zu berücksichtigen, was beispielsweise
notwendig ist, wenn verschiedene Öl-Chargen verwendet werden.
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Eine zusätzliche Ausgangsleistung wird dem Vollweg-Gleichrichter entnommen an dem Verbindungspunkt von Meßvorrichtung 75
und Widerstand 87. Dieser Verbindungspunkt ist über eine Klemme 107 mit dem in Fig. 4 dargestellten Schaltkreis verbunden.
Dieser Schaltkreis enthält einen Funktions-Verstärker 107t der als ein Gleichspannungs-Komparator mit der
Klemme IO6 verbunden ist über einen Widerstand 108, mit dem
nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 107·
Der invertierende Eingang des Verstärkers 107 ist über einen Widerstand 109 mit dem veränderlichen Punkt eines Potentiometers
110 verbunden, dessen einee Ende an der Erdschiene 19 und dessen anderes Ende über einen Schalter 111 mit einer
der beiden Widerstandsketten 112, 113 verbunden ist. Der Ausgang des Komparators ist über in Reihe liegende Widerstände
114 und 115 mit der Schiene 19 verbunden und der gemeinsame
Punkt dieser Widerstände ist mit dem Gatter eines SCR 116 verbunden, dessen Kathode über einmnormalerwiese
geschlossenen Rückstellungsschalter 117 mit der Schiene 19 verbunden ist. Die Anode des SCR II6 ist mit der Kathode
einer Diode II8 verbunden, deren Anode über einen Widerstand
119 mit der Schiene l6 verbunden ist. Eine durch Gleichstrom erregte akustische Alarmvorrichtung 120 liegt zwischen der
Schiene 16 und der Kathode der Diode II8, so daß Alarm ertönt,
wenn der Triggerkreis, der durch die SCR II6 gebildet
wird, anspricht. Der Triggerkreis wird wieder in seine Stellung zurückgebracht durch öffnen des Schalters 117 (nachdem
der Komparator 107 zurückgestellt worden ist).
Ein Transistor 130, dessen Emitter an öder Erdschiene 19
liegt, ist mit seiner Basis über einen Verstärker 171 mit der Anode einer Diode II8 verbunden. Ein Widerstand 132
liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 130 und der Schiene l6, so daß der Transistor I30 als ein Gleichstrom-Verstärker
wirkt, der die Rückstellungsklemme eines anderen
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Oszillators steuert, der auf einer integrierten Zeitgeberschaltung
133 des Typs 555 beruht, der, wie oben, als ein astabiler Multivibrator geschaltet ist, der zwei Verstärker
13^. 135 und einen Kondensator 136 besitzt, die so gewählt
sind, daß sich eine Frequenz von etwa 1 Hz ergibt. Der Auslaß des Oszillators ist Über eine Zenerdiode 137 mit einem
Transistor 138 verbunden, der eine Blinklampe steuert und ein Relais 140, das ein Rückmeldesignal erzeugt, um die Anlage
zu schließen, wenn zu prüfendes Ol zugeführt werden soll.
Im folgenden werden die Fig. 5 bis 7 beschrieben. Fig. 5 zeigt ein Schema der Vorrichtung und enthält einige
Bezugszeichen, die mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, aber um 200 erhöht sind. Somit sind die Sonder 210 und ein Vergleichskondensator
213 mit zwei Klemmen eines elektronischen Schalters 211 verbunden; aber in diesem Fall liegen Widerstände
210a und 213a parallel zur Sonde bzw. zum Kondensator 213· Parallel zur Sonde 210 liegt außerdem ein Schaltkreis
210b variabler Leitfähigkeit. Der Zeitgeber-Oszillator 230, der den elektronischen Schalter 211 steuert, ist mit ihm über
einen frequenz-teilenden Schaltkreis 23Oa verbunden. Der Hochfrequenz-Oszillator
219, der durch den Schalter 211 gesteuert wird, ist mit dem Transformator 239 verbunden, der über einen
weiteren Frequenzteiler-Kreis 214a mit dem Frequenz- Spannungs-Wandler
2*10 verbunden ist. Der Puffer 257 verbindet den Ausgang
des Wandlers 2MO mit dem Muster- und Halte-Kreis 260, der
mittels eines Kondensators 264 mit der Verstärkerstufe 270 gekoppelt ist. Der Vollweg-Gleichrichter 276 erhält sein Einlaßsignal
von der Verstärkerstufe 270 und außerdem ein Einlaßsignal von einem Temperatur-Kompensations-Kreis 300.
Die Fig. 6 zeigt, daß der elektronische Schalter eine integrierte Schaltung des Typs DG 8l BA (der Siliconits Ltd.) ist und
aus zwei unabhängigen Analog-Schalterkanälen besteht, in denen die Sonde 210 bzw. der Vergleichs-Kondensaotr 213 liegen.
- 11 709838/0844
Der parallel zur Sonde 210 liegende Kreis 210b variabler Leitfähigkeit enthält einen Feldeffekt-Transistor VT ,
dessen Quelle mit der Erdschiene und dessen Senke über den Widerstand 13 mit der nicht geerdeten Seite der Sonde 210
verbunden ist. Der Feldeffekt-Transistor VT. arbeitet als eine veränderliche Impedanz unter der Steuerung eines Funktions-Verstärkers
la der als aktiver Integrator geschaltet ist. Die Ausgangsklemme des Verstärkers A. ist über einen
Verstärker R , mit dem Gatter des Feldeffekt-Transistors VT1
verbunden. Ein Widerstand R12 liegt zwischen dem Gatter und
der Senke des Feldeffekt-Transistors VT . Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers A1 ist mit der Erdschiene verbunden,
während sein invertierender Einlaß über einen Widerstand Rq mit dem Auslaß eines anderen Funktions-Verstärkers
Ap als Differential-Verstärker verbunden ist. Eine Rückkopplung
zum Verstärker A1 ist vorgesehen durch einen Widerstand
R10 und einen damit in Reihe liegenden Kondensator C,, die
zwischen dem Auslaß und dem invertierenden Einlaß des Verstärkers A1 liegen.
Der Verstärker A2 ist, wie oben bereits erwähnt, als Differential-Verstärker
geschaltet und vorgesehen, um den Gleichstrompegel am Widerstand 210a zu vergleichen mit einem festen
Vergleichspegel. Dieser feste Vergleichspegel wird hergeleitet von einer -Vref-Schiene, und die Komponenten zum Ableiten
der -Vref-Spannung sind im Temperatur-Kompensations-Kreis
300 enthalten, der im folgenden beschrieben wird. Ein Potentiometer VR2 liegt in Serie mit Padding-Widerständen
R2 und R, zwischen der -Vref-Schiene und der Erdschiene und
sein Schieber ist über einen Widerstand Rj. mit dem nicht
invertierenden Eingang des Verstärkers A2 verbunden, wobei
ein Widerstand R5 diesen Eingang mit der Erdschiene verbindet.
Ein Widerstand R1 und ein Kondensator C1 liegen in Serie
zwischen der nicht geerdeten Seite der Sonde 210 und der Erdschiene, wobei ein Widerstand R72 den Verbindungspunkt
709838/0844 ~12~
von Widerstand R1 und Kondensator C1 mit dem invertierenden
Einlaß des Verstärkers A_ verbindet. Ein Rückkopplungs-Widerstand Ry- liegt zwischen dem Auslaß des Verstärkers A_
und seinem invertierenden Einlaß. Ein Widerstand R11^ verbindet
den Verbindungspunkt der Widerstände R1, und 21Oa mit der -Vref-Schiene.
Das Potentiometer VR2 ist zunächst so eingestellt, daß die
Ausgangsleistung des Verstärkers Ap Null ist, wenn die Sonde
210 sich in STellung befindet. Unter diesen Umständen wird die Ausgangsleistung des Verstärkers A1 konstant auf einem
solchen Wert gehalten, daß die Spannung am Widerstand 210a einen bestimmten Wert hat. Ändert sich die Leitfähigkeit
des Materials in der Sonde 210 (was verschieden ist von deren Dielektrizitäts-Konstanten, die als Parameter gemessen
wird), so wandert diese Spannung weg und die Ausgangsleistung des Verstärkers A„ .verschiebt sich zum Negativen oder
Positiven, entsprechend der Änderung der Leitfähigkeit. Hierdurch wird bewirkt, daß die Auslaßleistung des Verstärkers
A1 sinkt oder steigt, so daß die Impedanz des Feldeffekt-Transistors
sinkt oder steigt, wodurch die Änderungen der Leitfähigkeit kompensiert werden. Daher können nur Änderungen
'der Kapazität der Sonde 210 den Oszillator 218.beeinflussen,
da die Gesamtleitfähigkeit konstant gehalten wird, wenn die Zusammensetzung des Materials in der Sonde sich
ändert.
Der elektronische Schalter 211 dient wie in Fig. 1 bis 4
dazu, entweder die Sonde 210 oder den Vergleichs-Kondensator 213 über einen Kondensator C2, zu den Trigger-Auslaß- und
Schwellen-Klemmen eines integrierten Zeitgeber-Schaltkreises T1 zu verbinden (der die Hälfte eines Doppel-Zeitgeber-Kreises
des bekannten Typs 556 sein kann), dessen Klemmen außerdem über einen gerne is amen Widerstand R1- z,u,einer +5,6 V-Schiene
führen.. Die Rücksteilklemme des Zeitgebers T1 ist mit der
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5,6 V-Schiene verbunden und ihre Steuerspannungs-Klemme ist mit der Erde über einen Kondensator Coi. verbunden, dessen
nicht geerdete Seite über einen Kanal eines weiteren elektronischen
Schaltkreises S. vom Typ DG 180 mit dem Schieber eines Potentiometers VR. in Serie mit zwei Padding-Widerständen
R.g und R17 zwischen der + 5,6 V-Schiene und der Erdschiene
verbunden. Die Steuerklemme dieses Kanals des Schalters S. ist mit der weiter unten beschriebenen Quelle verbunden, wie
die Steuerklemme des Schalterkreises 211, der im Verbund ist mit dem Kanal des Schalters 211, in dem die Sonde 210 eingeschaltet
ist.
Die Quelle des Steuersignals für die elektronischen Schalter 211 und S. ist ein integrierter lantengesteuerter Trigger-Flip-Flop-Schaltkreis
(eine Hälfte eines Schaltkreises der Type SN 7^ L Tk der Texas Instruments). Die Ausgangsklemmen
Q und Q dieses Schaltkreises sind mit den Steuerklemmen der beiden Kanäle des Schalters 211 verbunden. Die Freigabe
(CLEAR) -Klemme ist mit der +5,6 V-Schiene und die D Eingangsklemme ist mit der Ausgangsklemme Q verbunden. Die Taktgeber
(CLOCK) Eingangsklemme ist mit der Ausgangsklemme eines weiteren Zeitgeberkreises T„ (wiederum die Hälfte eines
Typs 556) verbunden. Die Steuerspannungs-Quelle des Zeitgebers Tp ist über einen Kondensator C„ mit der Erdschiene und ihre
Rückstellungsklemme mit der +6 V-Schiene verbunden. Die Einlaß- und Auslaßklemmen des Zeitgeber T_ sind miteinander ·
und über einen Kondensator Cg mit der Erdschiene verbunden.
Die Schwellenwert-Klemme ist über einen Widerstand Rn
mit der +5*6 V-Schiene und über einen Widerstand R mit
den Einlaß- und Auslaß-Klemmen verbunden. Der Zeitgeber erzeugt Impulse einer vorbestimmten Frequenz in .einem vorbestimmten
Zeichen-Schritt-Verhältnis. Da die Flip-Flop-Schaltung kantengetriggert ist, halbjsrt sie wirksam die
Frequenz und erzeugt ein stabiles 1: Verhältnis von Zeichen und Schritt für das Schalten des Schalterkreises 211.
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• * Y ·
Ein gleicher 1/2 SN 74 L 47 integrierter kantengetriggerter
Flip-Flop-Kreis bildet den Teiler 2l4a, dessen Q Ausgangsklemrae über einen Widerstand R20 und einen damit in Reihe liegenden
Kondensator C« mit einem Ende der Primärwicklung des Transformators
239 verbunden ist, während das andere Ende mit der +5,6 V-Schiene verbunden ist. Diese Schiene ist über einen
Widerstand R-. mit einer +12 V-Schiene verbunden und reguliert
mittels einer Zenerdiode D1, die überbrückt ist von lzwei einander
parallelgeschalteten Kondensatoren C1. und CL·.
Die Frequenz für den Spannungswandler 240 und den Puffer 257
ist die gleiche wie in den Fig. 1 bis 4.
In Fig. 7 ist der Ausgang des Puffers 275 vorgesehen für einen weiteren elektronischen Schalter S2, der aus dem anderen Kanal
der integrierten Schaltung DQ 118 besteht, der für den Schalter S1 benutzt ist und der das Torsteuerungselement des Musterv.nd
Lochkreises 260 bildet. Die Steuerklemme des Schalters S2 ist verbunden mit der Auslaßklemme des Zeitgeber-Kreises
T2 und steuert die Verbindung des Puffers 257 zu einem
Signalspeicher-Kondensator C1,-. Ein Funktions-Verstärker-Spannungs-Folgeregler
A, ergibt die hohe Impedanz, die erforderlich ist, um Ladungsverluste am Kondensator C15 zu verhindern.
Es ist zu beachten, daß die negative Flanke des Impulssignals des Zeitgebers Tp die Tätigkeit des Teilungsschaltkreises 23Oa
bewirkt, während der Schalter S_ "geschlossen"ist, wenn ein
starkes Signal an seiner Steuerklemme auftritt. Der Schalter Sp ist daher "geöffnet" unmittelbar bevor der Schalter 211
tätig wird und leitet daher für eine kruze Zeit jeder Periode unmittelbar vor Beginn des Schaltena und ausreichend bald
nachdem die Spannungsspitzen verschwunden sind, die sich aus dem vorherigen Schalten ergeben.
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Die Verstärkerstufe 270 verwendet einen Funktions-Verstärker A1,, der in invertierender Art verbunden mit einem Einlaßwiderstand
R^ ist, der über einen Kopplungskondensator 264 mit/üer
Auslaßklemme A, verbunden ist, und ein Rückkopplungsweg aus den in Serie geschalteten Widerständen Rj42 und VR1,, die in
Reihe geschaltet sind.
Die Auslaßklemme des Verstärkers A^. ist über einen Widerstand
Rjl, mit der invertierten Einlaßklemme eines Punktionsverstärkers
A,- verbunden, der die erste Stufe des aktiven Vollwellen-Gleichrichters
276 bildet. Die nicht invertierende Einlaßklemme dieses Verstärkers A^ ist über einen Widerstand
Rj47 mit der Erdschiene verbunden und seine Auslaßklemme ist
verbunden mit der Kthode einer Diode Dj, und der Anode einer
Diode D1-. Die Anode der Diode Dj. ist über einen Widerstand Rlq
mit der invertierenden Einlaßklemme des Verstärkers Aj. verbunden,
wobei die Kathode der Diode Dj. direkt mit dieser invertierenden
Einlaßklemme verbunden ist. Ein weiterer Punktions-Verstärker Ag bildet die zweite Stufe des aktiven Vollweg-Gleichrichters;
seine nicht invertierende Einlaßklemme ist über einen Widerstand R^ mit der Erdschiene verbunden. Diese
invertierende Einlaßklemme ist über einen Widerstand R^g mit
der Auslaßklemme des Verstärkers Aj, über einen Widerstand R
mit der Anode der Diode Dj,, über einen Widerstand R52 mit
dem gemeinsamen Punkt zwier in Serie zwischen der +12 V-Schiene und der Erdschiene liegenden Widerständen R70 und R^1 und
über einen Widerstand R1-, mit der Auslaßklemme des Temperatur-Kompensierungs-Schaltkreises
300 verbunden. Die Werte der Widerstände R145, Rj4Q, R^ „ und R1-,- werden in bekannter Weise
derart gewählt, daß der Gewinn des Gleichrichter-Kreises für negative und positive Eingänge gleich ist. Rückkopplung am
Verstärker Ag wird erzeugt durch die parallele Anordnung eines
Widerstandes R„, eines Kondensators C17 und einer Diode Dg,
deren Anode mit der nicht invertierenden Einlaßklemme des Verstärker Ag verbunden ist, während ihre Kathode mit der
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Auslaßklemme desselben verbunden ist.
Der Temperatur-Kompensierungs-Schaltkreis 300 umfaßt eine Zenerdiode Dp und einen Widerstand R,^, die in Reihe liegen
zwischen der Erdschiene und der +12 V-Schiene umd das - Vref-Signal zu erzeugen. Die -Vref-Schiene ist über einen
Widerstand R,, an das eine Ende eines Potentiometers VR, angeschlossen, dessen anderes Ende über einen Widerstand R-p
mit der Erdschiene verbunden ist. Der Schieber des Potentiometers VR, ist mit dem nicht invertierenden Einlaß eines
Punktions-Verstärkers A7 verbunden, der einen Rückkopplungs-Widerstand
R, β hat, der zwischen dem invertierenden Einlaß und dem Auslaß liegt, so daß er als Spannungs-Folgeregler
arbeitet.
Der Auslaß des Verstärkers A7 ist mit der Anode einer Zenerdiode
D_ verbunden, deren Kathode über einen Widerstand R__
mit der +12 V-Schiene verbunden ist. Ein Paar Widerstände R-J0, R,. liegt in Reihe quer zur Zenerdiode D_ und ihr gemeinsamer
Punkt ist mit dem nicht invertierenden Einlaß eines Punktions-Verstärkers Ag verbunden, ebenfalls als ein Folgeregler
mit einem Rückkopplungswiderstand R,,-. Die beiden Verstärker A7 und Ag erzeugen stabile Spannungspegel einer
Spannungshöhe, die durch das Potentiometer VR eingestellt werden kann.
Ein Schaltkreis zum Abfühlen der Temperatur liegt zwischen dem Auslaß der Verstärker A7 und Ag und besteht aus einem
festen Widerstand R,7 und einem Teil eines in der Mitte angezapften
Thermistors Th1 in Reihe zwischen Verstärkerausgängen,
wobei der andere Teil des Thermistors Th1 quer zu diesem einen Teil in Reihe mit einem Widerstand R,g liegt.
Der Verbindungspunkt des Verstärkers R^7 und des genannten
Teils des Thermistors Th1 ist verbunden mit dem nicht invertierenden
Einlaß eines Funktions-Verstärkers A„, der verbunden
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ist rait einem nicht invertierenden Verstärker bestimmten
Gewinns, wobei der Gewinn bestimmt wird durch zwei zwischen dem Auslaß des Verstärkers Aq und der Erdschiene überbrückenden
Widerständen R,g und Rmq» wobei der Verbindungspunkt dieser
Widerstände mit dem invertierenden Einlaß verbunden ist. Ein Potentiometer VRp. liegt ebenfalls zwischen dem Auslaß
des Verstärkers Aq und der Erdschiene, und sein Schieber ist
über einen Widerstand Rj,^ mit dem invertierenden Einlaß eines
funktions-Verstärkers A._ verbunden, der als ein invertierender
Einheitsgewinn-Verstärker mit einem Rückkopplungswiderstand 46 und einem weiteren Widerstand R1^ verbunden ist,
der den nicht invertierenden Einlaß mit der Erdschiene verbindet. Ein Potentiometer VRg ist in üblicher Weise mit
dem Verstärker A10 verbunden, um eine interänte Einlaßabweichung
des Verstärkers auf Null zu bringen.
Der Auslaß des Verstärkers A10 und der Schieber des Potentiometers
VRC sind mit zwei Klemmen eines Wahlschalters SW„
verbunden, dessen gemeinsame Klemme über den Widerstand R^,
mit dem invertierenden Einlaß des Verstärkers Ag verbunden ist.
Die Potentiometer VR und VRf- sind so justiert, daß sie die
gewünschte Lage und die gewünschte Steilheit der Charakteristik des Temperatur-Kompensations-Schaltkreises erzeugen,
wobei der S Halter SW2 die Polarität der Steilheit bestimmt.
Diese drei Justierungen ermöglichen es, den Schaltkreis 300 an praktisch jede Art von ölzusammensetzung anzupassen, um
deren Temperatur zu kompensieren, wobei der Thermistor Th. in das öl eingetaucht ist.
Der Auslaß des Verstärkers Ag ist verbunden mit dem Bildanzeiger
275 und außerdem über einen Widerstand R^g mit dem
nicht invertierenden Einlaß eines Funktions-Verstärkers A . verbunden, der als Spannungs-Komparator dient. Der nicht
invertierende Einlaß des Verstärkers A11 ist über einen
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Widerstand R1-Q mit dem Schieber eines Potentiometers VRq ver
bunden, dessen eines Ende mit der Erdschiene und dessen anderes Ende mit der gemeinsamen Klemme eines Schalters SW1 verbunden
ist, wobei seine Klemmen über zwei variable Widerstände VR„,
VRg und zwei feste Widerstände R1.,-, R57 mit der + 12 V-Schiene
verbunden sind. Die variablen Widerstände VR7 und VRg er
möglichen die Einstellung von zwei Schwellenwerten, die mittels des Schalters SW1 gewählt werden.
Der Auslaß des Verstärkers A11 ist verbunden mit dem Trigger-
Kreis 216, der in dem in Fig. 7 dargestellten Beispiel einen
Einlaß-Spannungsteiler Rf.Qt Rg2 aufweist, der den Verstärker
A11 mit _dem Gatter eines Thyristors SCR1 verbindet. Die
Kathode des Thyristors SCR1 ist mit der Erdschiene über einen
normalerweise geschlossenen (nicht dargestellten) Schalter verbunden, während die Anode des Thyristors SC51 mit der
akustischen Warnvorrichtung und außerdem mit der Kathode einer Diode D7 verbunden ist. Die Anode der Diode D7 ist über
einen Widerstand mit der +12 V-Schiene verbunden. Ein Konden sator C1Q verbindet die Anode des Thyristors SC51 mit der
Erdschiene. Die Anode der Diode D7 ist über zwei in Reihe ge
schaltete Widerstände Rg5, Rg1^ mit der Erdschiene verbunden,
und der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände ist mit der Basis eines eines n-p-n-Transistors VTC verbunden. Der
Emitter des Transistors VT1. liegt an der Erdschiene und sein
Kollektor ist über einen Widerstand Rg1. mit der +12 V-Schiene
und außerdem mit der Rückstellungsklemme einer integrierten Zeitgeberschaltung T- (Typ 555) verbunden. Die Schwellen-
und Trigger-Klemmen des Zeitgebers T, sind miteinander verbunden und mit der Erdschiene über einen Kondensator C20
verbunden. Ein Widerstand Rgg verbindet die +12 V-Schiene
mit der Auslaßklemme des Zeitgebers T,, und ein weiterer Widerstand Rg7 verbindet die Auslaßklemmen mit den Schwellen-
und Trigger-Klemmen. Die Spannungs-Steuerungs-Klemme des Zeitgebers T, ist über einen Kondensator C19 mit der Erd
schiene verbunden. Die Auslaßklemme des Zeitgebers T, ist
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über zwei in Reihe geschaltete Widerstände Rggj Rgq mit
der Erdschiene verbunden, wobei der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände mit der Basis eines n-p-n-Transistors VT,-verbunden
ist, dessen Emitter mit der Erdschiene verbunden ist, Der Kollektor des Transistors VTg ist über einen Widerstand
R71 mit der Warnlampe und direkt mit einer Relaiswicklung
verbunden (die ggf. einen Einklinkkontakt haben kann).
Normalerweise ist, wenn die Amplitude des durch den Kopplungs-Kondensator
264 gehenden Signals kleiner ist als der Wert, der durch die variablen Widerstände VR_ und VR0 bestimmt
7 ö
und durch den Schalter SW. gewählt ist der Auslaß des Verstärkers
A11 negativ. Wenn das öl so stark verschmutzt ist,
daß die Amplitude diesen Wert übersteigt, so geht die Auslaßleistung
des Verstärkers A11 hoch, zündet den Thyristor SC^1
und schaltet dadurch den Transistor VT1. ab. Die Zeitschaltung
T, arbeitet dann als ein Niederfrequenz-Oszillator (von beispielsweise 1 Hz), so daß die Lampe aufblitzt und
das Relais erregt wird (das benutzt werden kann, um an einer entfernten Stelle eine Warnung zu geben oder irgendeine
Funktion der das Ol benützenden Maschine zu steuern, so daß
diese Maschine stillgesetzt wird, oder irgendwelche Operationen der Maschine verhindert werden können, die unerwünscht
sind, wenn das Ol verschmutzt ist).
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Leerseite
Claims (1)
- COHAUSZ & FLORACKPATKNT AN WA LT S B ÜHOSCHUMANNSTR. ΘΤ . D-4OOO DÜSSELDORF 2710977T«Woo:(0211)68334n Τ.Ιβχ: 08586513 cop dPATENTANWÄLTE: DiPl-In9. W. COHAUSZ ■ Dipt-Ing. R. KNAUF - Dr.-Ing., Dipl.-Wirhch.-lng. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ11. März 1977 Patentansprüche:Vorrichtung zum Anzeigen von Wasser in öl, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem öl zu durchströmende Sonde und ein Vergleichskondensator verbunden sind mit einem Schalter zum wahlweisen Anschließen der Sonde und des Vergleichskondensators an den Schaltkreis eines Oszillytors, dessen Oszillatorfrequenz von der Dielektrizitätskonstanten des Öls bestimmt wird, wobei ein Frequenz-Gleichstrom-Umwandler mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist und der Ausgang des Umwandlers mit einem Filter zum Erzeugen eines mit der Frequenz der Betätigung des Schalters schwankenden Signals verbunden ist, und an den Ausgang des Filters ein die Amplitude dieses Signals anzeigender Anzeiger wechselstrommäßig gekoppelt ist.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen mit dem Schalter synchron laufenden Muster- und Haltekreis aufweist.3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schaltoszillator zum Betätigen des Schalters aufweist, der mit dem Schalter über einen Frequenzteiler verbunden ist, wobei der Muster- und Haltekreis mit dem Oszillator derart verbunden ist, daß er veranlaßt, daß die Musterung einen Augenblick vor dem Schalten des genannten Schaltersbeginnt.C/Tn.- 31 121 - 2 -709838/0844ORIGINAL IWSPECTEO1J. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeiger einei Vollweggleichrichter sowie Mittel enthält, die auf die Ausgangsleistung des Vollweggleichrichters ansprechen.5- Vorrichtung nach Anspruch 1J, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollweggleichrichter ein aktiver Vollweggleichrichter ist, der eine Funktionsverstärkung mit einer Diode in seinem Rückkopplungskreis aufweist.6. Vorrichtung nach Anspruch h oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Spannungskomparator zum Vergleichen der Ausgangsspannung des Vollweggleichrichters mit einer Vergleichsspannung aufweist.7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen vom Komparator betätigten Trigger-Kreis zur Betätigung einer Warnvorrichtung aufweist.8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnvorrichtung ein akustisches Warngerät aufweist.9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warnvorrichtung eine Lampe und einen Niederfrequenz-Oszillator zum Aufblitzenlassen der Lampe aufweist.10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Relais aufweist, das durch den Niederfrequenz-Oszillator erregbar ist.11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Oszillator mit dem Frequenz- Spannungs-Wandler über einen die Frequenz halbierenden Schaltkreis derart verbunden ist, daß Fluktuationen des Signal-Pausenverhältnisses des erstgenannten Oszillators den Auslaß709838/0844des Frequenz-Spannungs-Wandlers nicht beeinflussen.12." Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schaltkreis variabler Leitfähigkeit aufweist, der parallel zur kapazitiven Sonde liegt, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Gesamtleitfähigkeit der Sonde und des Schaltkreises variabler Leitfähigkeit festzustellen und konstant zu halten.13. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Temperatur-Kompensator aufweist, der ein Temperaturprüfelement enthält, das empfindlich ist für die Temperatur des zu prüfenden Öls und so angeordnet ist, daß es eine von der Temperatur abhängige Versetzung in den Vollweggleichrichter einführt.709838/0844
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |