DE2816302A1 - Anzeigevorrichtung mit grenzwertmeldung - Google Patents

Anzeigevorrichtung mit grenzwertmeldung

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DE2816302A1 DE19782816302 DE2816302A DE2816302A1 DE 2816302 A1 DE2816302 A1 DE 2816302A1 DE 19782816302 DE19782816302 DE 19782816302 DE 2816302 A DE2816302 A DE 2816302A DE 2816302 A1 DE2816302 A1 DE 2816302A1
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Description

Dr-In g. Holzhiueer
D I ρ I. - M e t Q ο I d ti ac h
Drpl.-lng. Schlefer^cke
Dr. Eduard Fresenius Chemisch-pharmazeutische Industrie KG. Apparatebau KG., Hessenring 82,
1 R ^ Γ) 6380 Bad Homburg v.d.H. ^ ' b
Anzeigevorrichtung mit Grenzwertmeldung
Gegenstand der Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung mit verstellbaren Soll- oder Grenzwertmarken, bei deren Erreichen oder Überschreitung elektrische Signale ausgelöst werden. Die eigentliche Anzeigevorrichtung besteht aus aneinandergereihten Leuchtdioden, Flüssigkristall- oder Gasentladungs-Anzeigeelementen.
Elektrische Anzeigeinstrumente mit verstellbaren Grenzwerten sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der gebräuchlichsten Form besteht ein solches Anzeigeinstrument aus einem Drehspulmeßwerk mit Skala, das zusätzlich mit einem oder mehreren Solloder Grenzwertzeigern versehen ist, die von außen verstellt werden können. Die Soll- oder Grenzwertzeiger sind mit Sensoren mechanisch gekoppelt, die ein Schaltsignal auslösen, sobald der Meßwertzeiger die Stellung des Soll- oder Grenzwertzeigers erreicht bzw. überschreitet. Diese Sensoren sind z. B. als Lichtschranken ausgebildet, deren Strahlengang durch eine mit dem Meßwertzeiger verbundene Fahne freigegeben oder unterbrochen wird. Bei einer anderen bekannten Ausführung bestehen die Sensoren aus je einem Spulenpaar5 das Bestandteil einer Oszillatorschaltung ist. Eine mit dem Meßwertzeiger verbundene Fahne unterbricht die Oszillatorschwingung, indem sie die magnetische Kopplung zwischen den Spulen vermindert.
Es ist ebenfalls bekannt, aneinandergereihte Leuchtdioden anstelle eines Zeigerinstrumentes als Anzeigevorrichtung zu benutzen. Die Anzeige einer solchen Leuchtdiodenzeile kann entweder in Analogie zu einem Flüssigkeitsthermometer in der Form erfolgen, daß vom Skalenanfang bis zu einer bestimmten Stelle der Skala, die
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den aktuellen Meßwert repräsentiert, die Leuchtdiode eingeschaltet sind, während die restlichen Leuchtdioden, vom aktuellen Meßwert bis zum Skalenende, ausgeschaltet sind. Eine andere bekannte Art der Anzeige besteht darin, jeweils nur eine einzige Leuchtdiode, nämlich die dem aktuellen Meßwert entsprechende, einzuschalten und die übrigen ausgeschaltet zu lassen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, die die Vorteile der Leuchtdiodenanzeige und die Eigenschaften der bekannten elektromechanischen Anzeigeinstrumente mit Grenzwertmeldung verbindet. Daraus ergeben sich gegenüber den bekannten elektromechanischen Anzeigevorrichtungen wesentliche Vorteile:
- Unempfindlichkeit gegen Stöße hinsichtlich mechanischer Beschädigung
- Unempfindlichkeit gegen Stöße hinsichtlich falscher Alarmauslösung
- keine Beeinflussung durch Magnetfelder oder ferromagnetisches Material in der Umgebung
- kein mechanischer Verschleiß
- flache raumsparende Bauweise (gedruckte Schaltung)
- einfache, billige Herstellung (keine Präzision wie bei mech. Anzeigeinstrumenten)
- Anzeige selbstleuchtend (im Dunkeln ebenfalls sichtbar)
- Möglichkeit der Fernsteuerung der Soll- bzw. Grenzwerte
- Möglichkeit der zusätzlichen Signalisierung, z. B. im Alarmfall, durch Blinken der Istwert- und/oder der Soll- bzw. Grenzwertmarken
- Möglichkeit der automatischen, z. B. periodischen Prüfung auf Funktionsfähigkeit der Grenzwert-Signalauslösung (bei mech. Instrumenten nur durch manuelles Verstellen der Grenzwertzeiger)
Hervorzuheben sind die Unempfindlichkeit gegen äußere Einflüsse und Erschütterungen und Lageabhängigkeit, die raumsparende flache Bau-
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Λ-
weise und das relativ anspruchslose und kostengünstige Herstellungsverfahren. Während für die Herstellung üblicher Zeigerinstrumente, z. B. in Form von Drehspulinstrumenten, erfahrene Fachkräfte sowie aufwendige Hilfsmittel für die Montage und Justierung
notwendig sind, kann ein Anzeigeinstrument in der erfindungsgemäßen
Ausführung sehr einfach in Form einer gedruckten Schaltung hergestellt werden. Diese Technik ist sowohl für die Herstellung in
Kleinserien, als auch für eine Massenfertigung sehr vorteilhaft und
läßt sich bei Bedarf weitgehend automatisieren.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand der Abbildungen
Fig. 1, 2 und 5 beschrieben.
i Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Anzeigeinstruments mit ;
oberem und unterem Grenzwert, j
Fig. 2 zeigt ein vollständiges detailliertes Schaltbild eines
solchen Anz.eigeinstrumentes,
cant Fig. φ ' j
Fig. ^zeigejieine bevorzugte räumliche Anordnung der Funktions- ; elemente.
Das Blockschaltbild in Fig. 1 dient zur Darstellung der wesentlichen : Bestandteile einer bevorzugten Ausführung einer Schaltung und ihres \ Zusammenwirkens. Die aus Leuchtdioden oder den anderen genannten ; Arten von Anzeigeelementen gebildete Anzeigezeile 101 wird von * einem speziellen Analog-Digital-Umsetzer 102 gesteuert. Dieser Um- \ setzer 102 hat die Eigenschaft, bei einem angenommenen linearen χ zeitlichen Anstieg der Eingangsspannung nacheinander die an die j Ausgänge angeschlossenen Einzel-Anzeigeelemente einzuschalten, be- ! ginnend bei dem ersten Element und endend bei dem letzten Element .' innerhalb der Anzeigezeile 101. Die Position des jeweils eingeschal- ; teten Anzeigeelementes ist somit kennzeichnend für die Höhe der
jeweils am Eingang des Umsetzers 102 vorhandenen Spannung. Derartige Umsetzer sind bekannt und u. a. in Form integrierter Schalt- ■
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kreise verfügbar. Die Eingangsspannung des Umsetzers 102 wird über einen Analog-Multiplexer 103 zugeführt. Dieser Multiplexer schaltet in bestimmter zeitlicher Folge die dem Meßwert entsprechende Eingangsspannung sowie weitere Spannungen, die im vorliegenden Beispiel den unteren und den oberen Grenzwert darstellen, auf den Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 102. Die Steuerung des Multiplexers 103 erfolgt durch den Taktgenerator 104- in der V/eise, daß die Einschaltdauer des Meßwertes höher ist (z. B. um den Paktor 2 bis 5) als die Einschaltdauer der Grenzwerte, so daß auch die mittleren Einschaltdauern der zugeordneten Anzeigeelemente sich dementsprechend unterscheiden. Die Frequenz des Taktgenerators ist so hoch gewählt, daß zeitliche Helligkeitsschwankungen dieser Frequenz vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen werden. Folge dieser Maßnahmen ist, daß z. B. drei Anzeigeelemente innerhalb der Zeit leuchten', davon eines, und zwar das den Meßwert darstellende, mit größerer Helligkeit als die beiden anderen. Dadurch können Meßwert und Grenzwerte eindeutig voneinander unterschieden werden. Die Grenzwerte können z. B. mit Hilfe der Potentiometer 105 und 106 vorgegeben oder in Form externer Signale zugeführt werden.
Der Überwachung des Meßwertes in bezug auf eine Überschreitung der Grenzwerte dient der Komparator oder Schwellwertschalter 107· Durch diesen Komparator werden die dem Meßwert entsprechende Eingangsspannung und die Ausgangsspannung des Multiplexers 103 miteinander verglichen. Wenn der Meßwert zwischen den beiden Grenzwer-' ten liegt, ergibt sich am Ausgang 108 des Komparators 107 eine Rechteckspannung, da die vom Ausgang des Multiplexers 103 dem Minus-Eingang des Komparators zugeführte Spannung die am Plus-Eingang des Komparators liegende Eingangsspannung periodisch unter- und überschreitet. Sobald aber die Eingangsspannung den oberen Grenzwert überschreitet, liegt am Plus-Eingang des Komparators ständig ein höheres Potential als am Minus-Eingang, so daß am Ausgang 108 ein konstantes positives Signal auftritt. Unterschreitet die Eingangsspannung den unteren Grenzwert, so herrscht am Plus-Eingang des Komparators ständig ein niedrigeres Potential als
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am Minus-Eingang. Dementsprechend tritt am Ausgang 108 ein konstantes negatives Potential auf.
Auf diese Weise werden am Ausgang des Komparators 107 alle drei interessierenden Zustände unterschieden, nämlich 1.) "Meßwert innerhalb der Grenzen", 2.) "oberer Grenzwert überschritten" und 3.) "unterer Grenzwert unterschritten". Diese Informationen gelangen zu einer Alarm-Ausgabeeinheit 109 und werden dort zur Auslösung von Schaltvorgängen, Alarmsignalen oder dergl. benutzt. Eine besondere Möglichkeit zur Anzeige einer unzulässigen Grenzwertüberschreitung besteht darin, die Anzeigezeile periodisch hell und dunkel zu steuern, was durch die gestrichelte Steuerleitung 110 angedeutet ist. In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, nur den Meßwert oder nur den jeweils überschrittenen Grenzwert blinken zu lassen. Dies wird dadurch erreicht, daß das dem gewünschten Blinkrhythmus entsprechende Signal zur periodischen Unterdrückung der Anzeige zusätzlich mit den Ausgangssignalen des Taktgenerators logisch verknüpft wird.
Die beschriebene Art der Grenzwertüberwachung hat den Vorzug, daß die Funktion des Taktgenerators 104-, des Multiplexers 103 und des Komparators 107 ständig automatisch kontrolliert wird. Solange der Meßwert zwischen den eingestellten Grenzwerten liegt, tritt am Ausgang des Komparators die Rechteckspannung auf, die den Normalzustand anzeigt. Bei Grenzwertüberschreitung gelangt der Komparatorausgang in eine seiner Extremstellungen und löst dadurch den Alarm aus. Bei einem Punktionsausfall des Taktgenerators, des Multiplexers oder des Komparators tritt die gleiche Situatuion ein, und es wird ebenfalls Alarm ausgelöst. Ausfälle dieser Schaltungseinheiten werden somit automatisch erkannt, was bei derartigen der Überwachung dienenden Anzeigeinstrumenten besonders wichtig ist.
Eine herkömmliche Ausführung einer Schaltung zur Überwachung einer Spannung im Hinblick auf die Überschreitung von vorgewählten Minimal- und Maximalwerten besteht aus zwei Komparatoren, die gernein-
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sam einen sogenannten Fensterkomparator bilden. Auch eine solche Schaltung ist ohne Einschränkung des wesentlichen Erfindungsgedankens hier anwendbar. Sie hat jedoch den Nachteil, daß die beschriebene automatische Funktionsüberwachung nicht vorhanden ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung besteht die Möglichkeit, über die Eingänge 11. und 112 die Lage der beiden Grenzwerte durch von außen vorgegebene Spannungen zu verändern. Dies ist z. B. bei Verwendung in Einrichtungen oder Anlagen vorteilhaft, in denen eine Umschaltung auf verschiedene Betriebsarten erfolgt und eine dementsprechende automatische Anpassung der Grenzwerte an die geänderten Betriebsbedingungen notwendig ist.
Ein detailliertes Schaltbild einer Anzeigevorrichtung mit Grenze Wertüberwachung entsprechend dem Blockschaltbild von Fig. 1 ist in Fig. 2 angegeben.
Die Meßwertskala wird aus y\ senkrecht aneinandergereihten IiED gebildet, die von 2 ICs (4-6 und 75) angesteuert werden, (LED 1 bis 16 von IG 46 und LED 17 bis 32 von IC 75). Eine an Stift 11 dieser IC anliegenden Steuerspannung läßt jeweils nur eine von 16 LED, die in einer 4- χ 4~ Matrix organisiert sind, aufleuchten, wobei der Anzeigebereich durch die an Stift 12 und 13 liegenden Spannungen festgelegt ist.
Den beiden ICs 4-6 und 75 ist durch die Bereichswiderstände 71 > 69, 73 und 72 jeweils 50% des gesamten Anzeigebereiches zugeordnet und zwar dem IC 4-6 = OV bis +5 V und dem IC 75 = +5 V bis +10 V. Beim Über- oder Unterschreiten des Meßbereichs einer IC leuchtet jeweils die unterste bzw. oberste LED dauernd. Deswegen ist die LED 16 verdeckt angeordnet und IC 75 wird erst bei Bereichsüberschreitung von IC 4-6 durch LED 16 über Transistor 34- und 4-2 hellgesteuert. Die beiden mit den Potentiometern 92 und 79 einstellbaren Grenzwerte "min" und"max" werden durch IC 44 im
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Zeitmultiplexverfahren eingeblendet. IC 44 ist ein binärcodierter 8-Kanal Analogschalter, der durch den freilaufenden Rechteckgenerator IC 57a mit den frequenzbestimmenden Gliedern 50» 52 und 58, sowie dem nachgeschalteten Binärteiler IC 61b mit einem 4-Phasen-Takt angesteuert wird.
Durch diese Ansteuerung werden nacheinander die Kanaleingänge 1, 5, 2 und 4 auf den gemeinsamen Ausgang 3 durchgeschaltet. Anstelle des Meßwertes kann auch ein am äußeren Anschluß 10 anliegender Sollwert eingeblendet werden, wenn mit einem L-Pegel über den äußeren Anschluß 7 die Kanaleingänge 13, Ή, 15 und 12 des Analogschalters aktiviert werden.
Da der Meßwert an zwei Kanälen anliegt und daher doppelt so oft abgetastet wird wie jeder Grenzwert, erscheint er heller, was noch durch das unsymmetrische Impuls-Pausen-Verhältnis des Rechteckgenerators IC 57a unterstützt wird. (Der frequenzbestimmende Widerstand 50 ist durch Diode 49 nur während der Pausenzeit wirksam).
Der Komparator IC 57b vergleicht den Pegel am Ausgang 3 des Analogschalters IC 44 mit dem Meßwert am Kanaleingang 1 und 2. Liegt der Meßwert innerhalb der beiden Grenzwerte, so erscheint am Komparatorausgang eine Rechteckfrequenz, bei Unterschreiten von "min" ein L-Pegel, bei Überschreiten von "max" ein H-Pegel.
Die gleichgerichtete und gesiebte Ausgangsfrequtmz des Komparators verhindert das Setzen des Alarm-PF 61a. Bei fehikider Ausgangsfrequenz wird der Alarm-FF 61a mit Η-Pegel über Widerstand 77 gesetzt und startet den aus den Gattern 63 - 1, 2, 3·und 63 - 4, 5» 6 bestehenden Blinkgenerator, der auch +ber die Lötbrücke D am Eingang 8 des Gatters 63 auf Dauerlicht programmiert werden kann.
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Die Blinkimpulse bzw. der H-Pegel von Gatterausgang 4 des Gatters 63 öffnen den Transistor 82, sodaß die an seinem Kollektor über Widerstand 89 angeschlossenen roten LED angesteuert werden. Parallel dazu wird am äußeren Anschluß 4 ein L-Pegel zur weiteren Alarmverarbeitung ausgegeben.
Der Alarm-FF 61a kann mit einem Η-Pegel am äußeren Anschluß 8 rückgesetzt werden.
Fig. 3 und 4 zeigen eine bevorzugte mechanische Ausgestaltung der Erfindung. Die elektronischen Bauteile und die Anzeigeelemente sind in Farm einer gedruckten Schaltung auf einer Leiterplatte 201 angeordnet, die z. B. mit Hilfe einer Steckerleiste in eine entsprechende Buchenleiste auf einem Chassis oder einer Mutterplatine 203 gesteckt wird.
Auf der der Frontplatte 204 zugewandten Seite der Leiterplatte befinden sich die aneinandergereihten Anzeigeelemente (Leuchtdioden), die die Anzeigezeile 205 bilden, sowie die Bedienungsachsen der Potentiometer 20? und 208 für die Einstellung des unteren und oberen Grenzwertes. Die_-Frontplatte weist entsprechender Lage dieser Bedienungsachsen Bohrungen auf, durch die die Bedienungsachsen von der Außenseite der Frontplatte her zugänglich sind. Die Achsen enden jedoch vor der Innenfläche der Frontplatte, um ein freies Einstecken und Ausziehen der Leiterplatte und somit der gesamten Anzeigevorrichtung zu ermöglichen. Wie in Fig. 4 dargestellt, sind verschiedene Möglichkeiten für den Zugang zu den Potentiometern vorgesehen. Die erste besteht darin, daß auf d.ie Bedienungsachse ein Drehknopf 209 *nit einer geschlitzten Hülse 209a gesteckt wird,welche die Bedienungsachse federnd umfaßt. Dies ermöglicht eine Verstellung des Potentiometers von Hand. Wenn die Verstellung nur mit Hilfe eines Werkzeuges (Schlüssel, Schraubendreher) möglich sein soll, wird statt des Drehknopfes in die Bohrung der Frontplatte eine Führungshülse 210 gesteckt. Wenn eine Verstellung von außen überhaupt nicht erfolgen soll, . z. B. bei automatischer Steuerung der Grenzwerte durch entsprechende
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Signale innerhalb des Gerätes, wird die Bohrung der Frontplatte durch einen Stopfen 211 verschlossen.
Die beschriebene Ausgestaltung der Erfindung stellt lediglich ein Beispiel dar, das die Vorteile erkennen läßt, die sich auch hinsichtlich Einfachheit des Aufbaues im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Anzeigeinstrumenten mit Grenzwertüberwachung ergeben. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt, vielmehr sind im Rahmen des Erfindungsgedankens unterschiedliche Gestaltungen möglich.
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Claims (1)

  1. WG/Fr.
    Ansprüche:
    x1.)Anzeigevorrichtung mit Grenzwertmeldung gekennzeichnet durch die Verwendung einer elektronisch-optischen Anzeigevorrichtung für Messwerte, der zusätzlich über eine Eingangsschaltung ein oder mehrere Sollwerte bzw. Grenzwerte zugeführt werden.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung einen Zeit-Multiplexer enthält, der die über mehrere Eingänge eingehenden Werte in einem Zeitrang der Anzeigevorrichtung zuführt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsschaltung eine Selektierschaltung zugeordnet ist die auf die Über- bzw. Unterschreitung von einstellbaren Grenzwerten anspricht und eine Signalvorrichtung speist.
    4-. Vorrichtung nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsschaltung eine Selektierschaltung zugeordnet ist, die auf die Über- bzw. Untersehreitung eines oder zweier Grenzwerte anspricht, die über gesonderte Eingänge zugeführt werden, und dass die Selektierschaltung eine Signalvorrichtung steuert.
    909843/0185 original in
    5' Vorrichtung nach -Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektierschaltung einen an den Ausgang des Multiplexers angeschlossenen Komparator enthält.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektiervorrichtung ausgewählten Eingängen des Multiplexers vorgeschaltet ist und einen Komparator enthält. .
    7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalvorrichtung Signalspeieher enthält.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7» dadurch gekennzeichnet, dass die Signalvorrichtung eine Blinkschaltung enthält, die die Helligkeit mindestens eines Anzeigeelementes der Anzeigevorrichtung steuert.
    9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 7i dadurch gekennzeichnet, dass die Signalvorrichtung mindestens ein gesondertes Signalelement für die Grenzwertüber-"bzw. -Unterschreitung steuert.
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    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalvorrichtung Elemente zur Steuerung des Zeitranges der Ausgänge des Multiplexers enthält, der somit die Helligkeit einzelner oder mehrerer Anz;eigeelemente steuert.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeitssteuerung für unterschiedliche Eingangswerte bzw. die Messwerte und/oder Sollwerte und/oder Grenzwerte unterschiedlich gewählt ist.
    12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung als Leuchtdiodenzeile ausgebildet ist.
    13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtdiodenzeile zusätzliche optische Anzeigeelemente, z.B. für Grenzwertüber- bzw.-Unterschreitungen ,zugeordnet sind.
    14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator im Zusammenwirken mit der Gesamtschaltung als Prüfvorrichtung arbeitet und eine Signalvorrichtung ansteuert, die eine Anzeigevorrichtung steuert.
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