DE2731848C2

DE2731848C2 - Schutzschaltung für batteriegespeiste Meßgeräte

Info

Publication number: DE2731848C2
Application number: DE19772731848
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) Roppelt; Herbert 8500 Nürnberg Ziegler
Original assignee: Metrawatt 8500 Nuernberg GmbH; Metrawatt GmbH
Current assignee: ABB Metrawatt GmbH
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1977-07-14
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE2731848A1

Description

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60 Die Erfindung geht aus von einer 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, eine Meßgröße derart zu überwachen, daß bei Überschreiten eines noch zulässigen Höchstwertes ein Schwellwertschalter ein Steuersignal abgibt, das über einen bistabilen Kippverstärker auf ein Relais einwirkt, das den Eingangskreis des Meßgerätes unterbricht (DE-PS 2103 726 und DE-OS 23 38 566). Der Kippverstärker dieser Schutzschaltung besteht aus zwei rückgekoppelten komplementären Transistorstufen, wobei die beiden Kollektoren über Widerstände mit der Basis des jeweils anderen Transistors verbunden sind und die Hilfsspannung zwischen den beiden Emittern anliegt. Sobald die Basis-Emitter-Spannung an einem der beiden Transistoren einen ausreichenden Wert erreicht, werden beide Transistoren durchgesteuert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzschaltung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, die bei bestimmten unzulässigen Betriebszuständen des Meßgerätes Fehlmessungen oder gar eine

Beschädigung des Meßgerätes verhindert insbesondere soll die Schutzschaltung den Eingangskreis des Meßgerätes abschalten, wenn die Batteriespannung ausfällt oder für einen ordnungsgemäßen Betrieb zu niedrig ist Dabei soll der von der Schutzschaltung aul genommene Strom möglichst gering sein, um eine hohe Lebensdauer der Batterie zu gewährleisten.

Diese ,Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen -1er Erfindung sjrri in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Es ist wünschenswert daß das Meßgerät mit einfachen Mitteln wieder in seinen Betriebszustand versetzt werden kann, sobald die Batteriespannung wieder ausreicht Verschiedene Lösungen dieser Aufgabe kennzeichnen die Merkmale der Ansprüche 9, 10 und 11. Durch die Merkmale des Anspruches 12 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 bipolar ansteuerbaren Relais.

Die in Artspruch 13 gekennzeichneten Merkmale ermöglichen, mit Hilfe des zum Meßgerät gehörenden Meßanzeigers festzustellen, ob die Schutzschaltung das Gerät außer Betrieb gesetzt hat. Die Merkmale des Anspruches 14 kennzeichnen eine Lösung, durch die mit derselben Schutzschaltung die Batteriespannung und die Meßgröße überwacht wenden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den Grundaufbau der Schutzschaltung,

F i g. 2 einen erweiterten Aufbau der Schutzschaltung.

Die in F i g. 1 dargestellte Schutzschaltung ist in Baugruppen unterschiedlicher Funktion aufgeteilt. Eine Hilfspannungsquelle 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 Schaltstrekke 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 Hilfsspannurgsquelle 1 praktisch nicht belasten. Im Fehlerfall jedoch, wenn der erste Kippverstärker 4 durchgesteuert 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 Ha, einem dazu in Reihe liegenden Widerstand ib, der den Innenwiderstand der Hilfsspannungsquelle erhöht und einem Kondensator 1 c, der Stromspitzen zum Schal ten des Relais 5 liefert.

Unterschreitet die Hilfsüpannung 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 iviindestwert der Hilfsspannung entspricht. Ist die Hilfsspannung größer als die Zenerepannung, so leitet die Zenerdiode, bei kleinerer Hilfsspannung sperrt cie.

Solange die Zenerdiode 2a leitet entsteht ein Spannungsabfall am Widerstand 2b, 2c, der die beiden Transistoren 3a und 36 des Zwischenverstärkers 3 durchsteuert Dadurch wird der Transistor 4a des ersten Kippverstärkers 4 gesperrt und sperrt seinerseits wiederum den

Transistor 4b. Ober den ebenfalls gesperrten Transistor 4c kann kein Strom in die Erregerwicklung des Relais 5 fließen. Der Spannungsteiler 7a, Tb des zweiten Kippverstärkers 7 ist so ausgelegt, daß der Transistor Tc und damit auch der Transistor Td durchgesteuert sind. Der Hilfsstromkreis ist also über den Transistor Tdgeschlossen.

Sobald die Zenerdiode 2a sperrt (zu geringe Hilfsspannung), wird die Basis des Transistors 3a auf Pluspotential gezogen, so daß auch dieser und mit ihm der Transistor 3b in den Sperrzustand geht. Nunmehr komrnt 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 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 IZj, wodurch auch die am Spannungsteiler-Widerstand Tb anliegende Spannung sinkt. Die Spannung sinkt soweit, daß der Transistor Tc und mit ihm der Transistor Td gesperrt wird. Der in der Versorgungsleitung zwischen der Hilfsspannungsquelle und dem ersten Kippverstärker liegende Transistor Td sperrt nun die weitere Hilfsstromzufuhr und verhindert damit überflüssigen Stromverbrauch.

Mit Hilfe eines Tastschalters 8 kann der zweite Kippverstärker 7 (die Basis von Tc) an Pluspotential gelegt werden, sobald die Hilfsspannung wieder ausreicht. Dadurch wird der Kippverstärker 7, durchgesteuert und schließt über Transistor Td wieder den Hilfsstromkreis.

Gleichzeitig wird das bistabile, bipolare Relais 5 über den Taster 8 an den Kondensator 8a gelegt und schließt auch den Meßstromkreis 6 wieder.

In F i g. 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'c/ 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 durch-

steuert und damit auch den Kippverstärker 4 wieder art Betrieb setzt

Zusammen mit der auf dem Meßbereichsschalter vorgesehenen Schaltstrecke 8'a wird auch eine weitere Schaltstrecke 9a geschlossen. Dadurch wird der Meßanzeiger 96 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 Td angeschlossen ist, wird nur bei durchgesteuertem Transistor Td eine Span-η ung 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 10Z) 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 Überwachung 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 35

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Claims

Patentansprüche: 10 15 20 30

1. Schutzschaltung für batteriegespeiste Meßgeräte, die unzulässige Betriebszustände über geeignete Schwellwertschalter erfaßt und als Steuersignal auf einen ersten bistabilen Kippverstärker (4) gibt, der dadurch vom Ruhezustand in den Erregungszustand übergeht und durch sein Ausgangssignal ein bistabiles Relais (5) so umschaltet, daß es den Eingangskreis des Meßgerätes unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (2) an der Hilfspannungsquelle (1) liegt und den erforderlichen Mindestwert der HHfsspannung überwacht und daß ein zweiter bistabiler Kippverstärker (7) so in den Hilfsstromkreis eingefügt ist, daß er die Stromversorgung zum ersten bistabilen Kippverstärker (4) unierbricht, sobald das bistabile Relais (5) die im Eingangskreis des Meßgerätes liegende Schaltstrekke (6) geöffnet hat

2. Schutzschaltung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kippverstärker (4, 7) zwei komplementäre Transistoren aufweisen, die derart gegenseitig rückgekoppelt sind, daß bei Durchsteuerung eines Transistors dieser auch den zweiten durchsteuert.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Kippverstärker (7) einer der beiden komplementären Transistoren (7d) mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke im Hilfsstromkreis liegt und im Sperrzustand die Stromversorgung des ersten Kippverstärkers (4) unterbricht.

4. Schutzschaltung nach ein^m der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal, das den zweiten Kippverstärker in den Sperrzustand versetzt, aus dem Spannungsabfall abgeleitet ist, der bei eingeschalteter Relais-Erregerwicklung am Innenwiderstand (Ib) der Hilfsspannungsquelle (1) entsteht.

5. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für den zweiten Kippverstärker (7) von einem der Hilfsspannungsquelle (1) parallelgeschalteten Spannungsteiler (7a, Tb) kommt.

6. Schutzschaltung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (2) aus einer Zenerdiode (2a) und einem Reihenwiderstand (2b, 2c) besteht, der Hilfsspannungsquelle (1) parallel geschaltet und so dimensioniert ist, daß die Zenerspannung gleich der erforderlichen Mindestspannung der Hilfsspannungsquelle (1) ist.

7. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Schwellwertschalter (2) kommende Steuersignal über einen Zwischenverstärker (3) dem ersten Kippverstärker (4) zugeführt ist.

8. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwiderstand der Hilfsspannungsquelle (la,) durch einen Reihenwiderstand (\b)erhöht ist.

9. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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

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(5) Potentiale solcher Art legt, daß beide in ihre Ausgangsstellung zurückkehren und das Meßgerät wieder in Betrieb setzen.

10. Schutzschalter nach Anspruch!), dadurch gekennzeichnet, daß Schaltkontakte des Rückholschalters (8) auf den Schaltebenen des Meßbereichsschalters des Meßgerätes angeordnet sind.

11. Schutzschalter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückholschalter (8) eine Schaltung (8') dient die zwei Schalttransistoren (8'b, 8'd) umfaßt von denen einer den Spannungsteiler (7a, To) 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, 8'd)

. geeigneten Potential liegen.

12. Schutzschaltung nach Anspruch 11, 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.

13. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßanzeiger (96,) des zu schützenden Meßgerätes in einer bestimmten Schaltstellung des Meßbereichsschalters so an die Hilfsspannungsquelle gelegt ist, daß der Unterbrechertransistor (7d) des zweiten Kippverstärkers (7) dazwischen liegt.

14. Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der erste Kippverstärker (4) mit einem zweiten Schwellwertverstärker (10) verbunden ist, der bei Auftreten unzulänglicher Meßwerte ein Steuersignal abgibt, das den ersten Kippverstärker (4) umschaltet.