DE2731848A1

DE2731848A1 - Schutzschaltung fuer batteriegespeiste messgeraete

Info

Publication number: DE2731848A1
Application number: DE19772731848
Authority: DE
Inventors: Guenter Ing Grad Roppelt; Herbert Ziegler
Original assignee: Metrawatt GmbH
Current assignee: ABB Metrawatt GmbH
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE2731848C2

Description

Schutzschaltung für batteriegespeiste Meßoer-ite
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Durch Anlegen eines zu hohen Meßwertes oder durch zu niedrige Hilfsspannung können bei Meßgeräten unzulässige Betriebszustände auftreten. Die Folge sind Fehlmessungen oder sogar die Zerstörung des Meßgerätes.
Es ist bekannt, einen Kippverstärker zu verwenden, der über ein Relais den Eingangskreis des Meßgerätes unterbricht, sobald ein Schwellwertschalter, der die Meßgröße überwacht, ein Steuersignal abgibt (DT-PS 2 103 726 und DT-OS 2 338 566). Dieser Kippverstärker besteht aus zwei rückgekoppelten komplementären Transistorstufen, wobei die beiden Kollektoren über Widerstände mit der Basis des jeweils anderen Transistors verbunden sind unct die Hilfsspannung zwischen den beiden Emittern anliegt. Sobald die Basis-Emitter-Spannung an einem der beiden Transistoren einen ausreichenden Wert erreicht, werden beide Transistoren durch steuert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem batteriegespeisten Meßgerät den Eingangskreis abschaltet, wenn die Batteriespannung ausfällt oder für einen ordnungsgemäßen Betrieb zu niedrig ist.
Dabei soll der von der Schutzschaltung aufgenommene Strom möglichst gering sein, um eine hohe Lebensdauer der Batterie zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Es ist weiterhin wünschenswert, daß das Meßgerätmit einfachen Mitteln wieder in seinen Betriebszustand versetzt werden kann, sobald die Batteriespannung wieder ausreicht. Verschiedene Lösurgen dieser Aufgabe kennzeichnen die Merkmale der Ansprüche 2, 3 und 4. Durch die Merkmale des Anspruches 5 wird verhindert, daß bei zu geringer Batteriespannung der Schutzschalter wieder in Betriebszustand gebracht werden kann, obgleich die Batteriespannung zum Abschalten nicht mehr ausreicht, z.B.
wegen der Kennwertstreuung des bipolaren ansteuerbaren Relais.
Die in Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmale ermöglichen, mit Hilfe des zum Meßgerät gehörenden Meßanzeigers festzustellen, ob die Schutzschaltung das Gerät außer Betrieb gesetzt hat.
Die Merkmale des Anspruches 7 kennzeichnen eine Lösung, durch die mit derselben Schutzschaltung die Batteriespannung und die Meßgröße überwacht werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig.1 den Grundaufbau der Schutzschaltung Fig.2 einen erweiterten Aufbau der Schutzschaltung Die in Fig.1 dargestellte Schutzschaltung ist in Baugruppen unterschiedlicher Funktion aufgeteilt. Eine Hilfsspannungsquelle 1 wird durch einen Schwellwertschalter 2 überwacht, der, sobald die Hilfsspannung einen Mindestwert unterschreitet, ein Steuersignal abgibt, das über einen Zwischenverstärker 3 einen ersten Kippschalter 4 erreicht und diesen durchsteuert.
Das Ausgangssignal des Kippschalters 4 erregt daraufhin ein bistabiles bipolares Relais 5, das beim Umschalten eine im Eingangskreis des Meßgerätes liegende Schaltstrecke 6 öffnet.
Der dabei über die Erregerwicklung des Relais 5 fließende Strom verursacht am Innenwiderstand der Hilfsspannungsquelle 1 einen Spannungsabfall. Dieser setzt die Hilfsspannung soweit herab, daß ein bis dahin durchgesteuerter zweiter Kippverstärker 7 in den Sperrzustand geht und den Hilfsstromkreis zum ersten Kippverstärker 4 unterbricht.
Alle Baugruppen sind so ausgelegt, daß sie im Betriebszustand des Meßgerätes nur einen sehr geringen Strom aufnehmen und deshalb die Hilfsspannungsquelle 1 praktisch nicht belasten. Im Fehlerfall jedoch, wenn der erste Kippverstärker 4 durchsesteuert wird, fließt ein relativ großer Strom, der zum Schalten des Relais 5 benötigt wird. Um diesen Strom auf einen möglichst kurzen Zeitraum zu beschränken, ist der zweite Kippverstärker 7 eingefügt, der den Stromkreis kurz nach dem Umschalten des Relais 5 unterbricht.
Im einzelnen seien Aufbau und Funktion der Schutzschaltung wie folgt erläutert: Die Hilfsspannungsquelle 1 besteht aus einer Batterie la, einem dazu in Reihe liegenden Widerstand 1b, der den Innenwiderstand der Hilfsspannungsquelle erhöht und einem Kondensator 1c, der Stromspitzen zum Schalten des Relais 5 liefert.
Unterschreitet die Hilfsspannung einen Mindestwert, der für das ordnungsgemäße Arbeiten der Schutzschaltung bzw. des Meßgerätes erforderlich ist, so tritt der Schwellwertschalter 2 in Aktion.
Er besteht aus einer Zenerdiode 2a und einem Reihenwiderstand 2b, 2c. Die Zenerdiode besitzt eine Zenerspannung, die dem Mindestwert der Hilfsspannung entspricht. Ist die Hilfsspannung größer als die Zenerspannung, so leitet die Zenerdiode, bei kleinerer Hilfsspannung sperrt sie.
Solange die Zenerdiode leitet, entsteht ein Spannungsabfall am Widerstand 2b, 2c, der die beiden Transistoren 3a und 3b des Zwischenverstärkers 3 durchsteuert. Dadurch wird der Transistor 4a des ersten Kippverstärkers 4 gesperrt und sperrt seinerseits wiederum den Transistor 4b. Uber den ebenfalls gesperrten Transistor 4c kann kein Strom in die Erregerwicklung des Pelais 5 fließen. Der Spannungsteiler 7a, 7b des zweiten Rippverstorkers 7 ist so ausgelegt, daß der Transistor 7c und damit auch der Transistor 7d durchgesteuert sind. Der Hilfsstromkreis ist also über den Transistor 7d geschlossen.
Sobald die Zenerdiode sperrt (zu geringe Hilfsspannung) , wird die Basis des Transistors auf Pluspotential gezogen, so daß auch dieser und mit ihm der Transistor 3b in den Sperrzustand geht.
Nunmehr kommt auch Pluspotential an die Basis von Transistor 4a, so daß dieser und mit ihm die Transistoren 4b, 4c durchgesteuert werden. Dadurch kann über Transistor 4c ein Strom in die Erregerwicklung des Relais 5 fließen und dieses derart umschalten, daß es die im Meßkreis liegende Schaltstrecke 6 öffnet. Der durch die Erregerwicklung fließende Strom erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 1b, wodurch auch die am Spannungsteiler Widerstand 7b anliegende Spannung sinkt. Die Spannung sinkt soweit, daß der Transistor 7c und mit ihm der Transistor 7b gesperrt wird. Der in der Versorgungsleitung zwischen der Hilfsspannungsquelle und dem ersten Kippverstärker liegende Transistor 7d sperrt nun die weitere Hilfsstromzufuhr und verhindert damit überflüssigen Stromverbrauch.
Mit Hilfe eines Tastschalters 8 kann der zweite Kippverstärker 7 (die Basis von 7c) an Pluspotential gelegt werden, sobald die Hilfsspannung wieder ausreicht. Dadurch wird der Kippverstärker 7 durchgesteuert und schließt über 7d wieder den Hilfsstromkreis.
Gleichzeitig wird das bistabile, bipolare Relais 5 über den Taster 8 an den Kondensator 8a gelegt und schließt auch den tSeßstromkreis 6 wieder.
In Fig.2 ist der Tastschalter 8 durch einen weitgehend elektronisch arbeitenden Rückschalter 8' ersetzt. Die Rückschaltung des Relais 5 und der beiden Kippverstärker 4, 7 wird über eine Schaltstrecke 8'a ausgelöst, die über den Meßbereichsschalter geschlossen werden kann. Die Schaltstrecke 8'a verbindet dabei den Transistor 8'b über einen Kondensator 8'c mit dem Punkt A.Der Punkt A liegt ebenso wie der erste Kippverstärker 4 am Kollektor des zum Zwischenverstärker 3 gehörigen Transistors 3b und führt deshalb ein von dem Schaltzustand der Zenerdiode 2a abhängiges Potential. Nur wenn die Zenerdiode leitet, die Batteriespannung also ausreicht, liegt an Punkt A positives Potential, das dann über den Kondensator 8'c sowohl der Basis des Transistors 8'b als auch der Basis des Transistors 8'd zugeführt werden kann. Beide Transistoren werden daraufhin durchgesteuert. Der Transistor 8'd legt den Kondensator 8'e an das Relais 5 und bewirkt dadurch dessen Rückschaltung, während der Transistor 8'b über die Basis von 7c den Kippverstärker 7 durchsteuert und damit auch den Kippverstarker 4 wieder in Betrieb setzt.
Zusammen mit der auf dem Meßbereichsschalter vorgesehenen Schaltstrecke 8'a wird auch eine irei+re Schaltstrecke 9a geschlossen. Dadurch wird der Meßanzeiger 9b des Meßgerätes mit der Batterie verbunden und erlaubt so eine Kontrolle der Batteriespannung. Da der Meßanzeiger 9b, von der Batterie aus gesehen, hinter dem Unterbrechertransistor 7d angeschlossen ist, wird nur bei durchgesteuertem Transistor 7d eine Spannung angezeigt.
Durch die vorstehende Maßnahme wird erkennbar, ob das Gerät betriebsbereit ist oder die Schutzschaltung abgeschaltet hat.
Das ist besonders wichtig, wenn die Schutzschaltung nicht nur die Batteriespannung überwacht, sondern auch die Meßgröße. Die Meßgrößenüberwachung erfolgt über einen Schwellwertschalter 10.
Fällt an dem Widerstand 10a eine zu hohe Spannung ab, so wird je nach Polarität der Transistor 10b oder 10c durchgesteuert.
Das führt wiederum zu einem Kippen des Kippverstärkers 4 und damit zum Schalten des Relais 5, welches die Schaltstrecke 6 öffnet.
Die Schutzschaltung bietet durch die kombinierte bberwachung von Meßgröße und Batteriespannung einen erhöhten Schutz. Sie ist zudem so ausgelegt, daß eine Fehlfunktion der Schutzschaltung ausgeschlossen ist; sowohl eine langsame Entladung der Batterie wie auch deren plötzliche Entnahme bewirkt ein selbständiges Abschalten des Eingangskreises. Die Schaltung ist so dimensioniert, daß sie im Betriebsfall nur einen vernachlässigbaren Strom verbraucht und den Strom zum Abschalten auf einen ganz kurzen Zeitraum begrenzt.
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Claims

Patentansprüche r /1 Schutzschaltung für batteriegespeiste Meßgeräte, die unzulässige Betriebszustände über geeignete Schwellwertschalter erfaßt und als Steuersignal auf einen bistabilen Kippverstärker gibt, der dadurch vom Ruhezustand in den Erregungszustand übergeht und durch sein Ausgangssignal ein bistabiles Relais so umschaltet, daß es den Eingangskreis des Meßgerätes unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertschalter (2) eine Zenerdiode (2a) mit Reihenwiderstand (2b, 2c) dient, die parallel zu der die Schutzschaltung versorgenden Hilfsspannungsquelle (1) geschaltet ist und zwei, mit komplementären Transistoren aufgebaute Kippverstärker (4,7) zur Schutzschaltung gehören, die so geschaltet sind, daß bei Durchsteuerung eines Transistors von diesem auch der zweite durchgesteuert wird, wobei der erste xippverstärker (4) über einen Zwischenverstärker (3) ein von der Zenerdiode (2a) ausgehendes Durchsteuersignal erhält, sobald die Hilfsspannung die Zenerspannung unterschreitet und der zweite Kippverstärker (7) so in die übrige Schaltung eingefügt ist, daß einer seiner beiden Transistoren (7d) im Versorgungsstromkreis zwischen der Hilfsspannungsquelle (1) und dem ersten Kippverstärker (4) zu liegen kommt, während sein zweiter Transistor (7c) von einem Spannungsteiler (7a,7b) gesteuert wird, der parallel zur Hilfsspannungsquelle liegt und daß die Schutzschaltung so dimensioniert ist, daß im Betriebs zustand des Meßgerätes der zweite Kippverstärker (7) durchgesteuert ist, dagegen bei Erregung des ersten Kippverstärkers (4) sowie des Relais (5) an einem Reihenwiderstand (1b) in der Hilfsspannungsquelle (1) ein Spannungsabfall solcher Größe entsteht, daß die Steuerspannung am Spannungsteiler (7a,7b) auf einen Wert sinkt, der zum Sperren des zweiten Kippverstärkers (4) führt.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückholschalter (8) so in die Schaltung eingefügt ist, daß dieser bei Betätigung, im Anschluß an eine Unterbrechung des Hilfsstromkreises durch den zweiten Kippverstärker (4), an diesen und an das Relais (5) Potentiale solcher Art legt, daß beide in ihre Ausgangsstellung zurückkehren und das Meßgerät wieder in Betrieb setzen.
3. Schutzschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltkontakte des Rückholschalters (8) auf den Schaltebenen des Meßbereichsschalters des Meßgerätes angeordnet sind.
4. Schutzschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückholschalter (8) eine Schaltung (8') dient, die zwei Schalttransistoren (8'b, 8'd) umfaßt, von denen einer den Spannungsteiler (7a, 7b) und der andere das Relais (5) jeweils mit einem Potential solcher Art verbindet, daß es im durchgesteuerten Zustand der Schalttransistoren die Rückschaltung der beiden Schaltelemente (4,5) in den Betriebszustand bewirkt und die Steuerstrecken beider Schalttransistoren (8'b, 8'd) über einen Koppelkondensator (8'c) und eine auf dem Meßbereichsschalter angeordnete Schaltstrecke (8'a) an einem zur Durchsteuerung der Schalttransistoren (8'b, 8d) geeigneten Potential liegen.
5. Schutzschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential zur Durchsteuerung der Schalttransistoren (8'b, 8'd) an derselben Stelle (A) der Schaltung abgenommen wird, von der auch das Steuersignal für den ersten Kippverstärker (4) abgenommen wird.
6. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung der Batteriespannung in einer bestimmten Schaltstellung des Meßbereichsschalters erfolgt und daß der Meßanzeiger (9b) hierbei über den Unterbrechertransistor (7d) des zweiten Kippverstärkers (4) mit der Hilfsspannungsquelle (1) verbunden ist.
7. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schutzschaltung ein weiterer Schwellwertschalter (10) gehört, der bei Auftreten unzulässig hoher Meßwerte ebenfalls den ersten Kippverstärker (5) durchsteuert.