DE2851050A1

DE2851050A1 - Schaltungsanordnung zum vergleichen von analogsignalen

Info

Publication number: DE2851050A1
Application number: DE19782851050
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Kraus
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-11-25
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1980-06-04

Description

Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen, beispielsweise in Überwaehungseinrichtungen des Verkehrswesens, der Reaktortechnik oder der Luft- und Raumfahrt, bei denen ein hohes Maß an Sicherheit gefordert wird Derartige Einrichtungen weisen aus Sicherheitsgründen mehrkanalige, parallel betriebene Übertragungskanäle auf, deren Signale am Signalausgang auf Gleichheit zu überwachen sind. Die hierfür vorgesehenen Vergleichsschaltungen haben die Aufgabe, bei einer Überschreitung vorgegebener Toleranzgrenzen, innerhalb derer die zu vergleichenden Signale voneinander abweichen dürfen, einen Alarm auszulösen und/oder Schaltmaßnahmen durchzuführen, mit denen das überwachte System wieder in einen sicheren Zustand gebracht wird.
Bei bekannten Schaltungsanordnungen zum Vergleichen von Analogsignalen, die beispielsweise von einem Widerstandsnetzwerk der in der deutschen Patentanmeldung P 28 34 805.2 beschriebenen Art oder ähnlichen Einrichtungen Gebrauch machen, ist zwar bei intakter Schaltungsanordnung zum Vergleich der zugeführten Signale ein hohes Maß an Sicherheit gegeben, hingegen können in ihr selbst auftretende Fehler vornehmlich an aktiven oder passiven Halbleitern, deren Verhalten sich zum Beispiel durch Alterung, kurzzeitige Uberbelastung, durch Spannungen oder Ströme, durch mechanische Beschädigungen oder Temperatureinflüsse zu Ausgangssignalen führen, die eine Gleichheit der Eingangssignale vortäuschen, obwohl diese selbst ungleich sind und ein Gefahrenmoment signalisieren sollen.
Dabei droht Gefahr für das überwachte System, das dann nicht mehr nach der sicheren Seite beeinflußt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen so auszubilden, daß sie mit höchst störsicheren Bauelementen realisierbar ist und so beschaffen ist, daß selbst bei einer Beschädigung oder Zerstörung eines oder mehrerer ihrer Bauteile stets ein Ausgangssignal gebildet wird, das zur Erhaltung der Sicherheit des überwachten Systems dient, d h. von der Schaltungsanordnung wird Eigensicherheit gefordert.
Die gestellte Aufgabe für eine Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen, die in Form von elektrischen Spannungen oder Strömen vorliegen, ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu vergleichenden Signale Wicklungen eines mit einem Kern versehenen Übertragers zugeführt sind, die im Kern beim Soll-Zustand der Signale gegensinnig gerichtete und sich gegenseitig auslöschende magnetische Flüsse erzeugen und daß dem Übertrager zusätzlich eine Wechselmagnetisierung aufgeprägt ist, mit deren Größe zulässige Abweichungen vom Soll-Wert der zu vergleichenden Signale festgelegt sind und daß der Übertrager ferner eine Auskoppelwicklung aufweist, deren Ausgang zu einer Schaltstufe führt.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung besteht dabei der Eisenkern aus einem Material, dessen Hystèrese-Schleife einen möglichst linearen Flankenverlauf und scharfe Übergänge in den Sättigungszustand aufweist. Für die Kerne kann beispielsweise geeignetes Rechteck-Ferritmaterial verwendet werden.
In einer speziellen Ausbildungsform der Erfindung ist der Kern des Übertragers ein Mehrlochkern (Transfluxor), zu dessen Umsteuerung vom übertragenden in den gesperrten Zustand nur geringe Energie erforderlich ist.
Die Wechselmagnetisierung des Übertragers erfolgt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß der Übertrager eine weitere Wicklung aufweist, die von einem Wechselstrom definierter Amplitude durchflossen ist. Bei dieser Ausbildung ist es zweckmäßig die Treiberwicklung aus einem Impulsgenerator zu betreiben, der einen bis zur Sättigung magnetisierten Übertrager enthält. Mit dieser Maßnahme wird die Wechselmagnetisierung des Kerns mit konstanter Amplitude gewährleistet.
In einer anderen Ausbildungsform der Erfindung ist die vorhergehend beschriebene Wicklung zur Magnetisierung des Eisenkerns dadurch ersetzt, daß mindestens einer der den zu vergleichenden Signalen zugeordneten Wicklungen zusätzlich eine Wechselstromkomponente zugeführt ist, deren Amplitude die zulässigen Abweichungen der zu vergleichenden Signale bestimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine eigensichere Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen, Fig. 2 und 3 Magnetisierungscharakteristiken verwendbaren Kernmaterials für die Übertrager der Vergleichsschaltung und des Impulsgenerators.
In der Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung 1 gezeigt, die einen Übertrager 2 enthält, dessen Kern 3 aus einem magnetisierbaren Material besteht, bei dem die Hysterese-Schleife einen möglichst linearen Flankenverlauf und scharfe Übergänge in den Sättigungszustand aufweist, wofür die Fig. 2 und 3 Beispiele von Hysterese-Schleifen verwendbaren Materials zeigen.
Miteinander zu vergleichender Signale Si und S2 sind Wicklungen W3 und W4 des Übertragers 2 zugeführt, die so beschaffen sind, daß beim Soll-Zustand der Signale St und S2 sich gegenseitig auslöschende magnetische Flüsse im Kern 3 erzeugt werden, d. h. bei absolut gleichen Signalen 51 und S2 sind gleichartige, aber gegensinnig wirkende Wicklungen W3 und W4 vorzusehen.
Anstelle der dargestellten Wicklungen W3 und W4 sind beliebige, den jeweils zu vergleichenden Signalen angepaßte Wicklungen anwendbar, welche die Bedingung erfüllen, daß beim Soll-Zustand der Signale kein resultierender magnetischer Fluß im Kern 3 hervorgerufen wird. Es sind also auch Bauformen mit beispielsweise mehr als zwei Wicklungen, eine Wicklung mit Anzapfung oder Wicklungen mit unterschiedlichen Windungszahlen möglich.
Eine weitere Wicklung W1 dient dazu, um auf dem Kern 3 eine Wechselmagnetisierung,im folgenden 1,Takt" genannt, aufzubringen. Hierzu ist die Wicklung W1 an einen Impulsgenerator 4 an sich bekannter Bauart angeschlossen. Der mittels der Wicklung W1 eingespeiste Takt wird mittels einer zusätzlichen Wicklung W2 abgenommen. Er wird einer Verstärker- und Schaltstufe zugeführt.
Die zu vergleichenden Signale Si und S2 werden den Wicklungen W3 und W4 zugeführt. Deren Wicklungssinn ist gegenläufig, so daß sich die von W3 und W4 hervorgerufenen Feldstärken im Kern 3 aufheben. Werden S1 und S2 ungleich, so verschiebt sich der Arbeitspunkt des Übertragers 2 durch Gleichstrom-Vormagnetisierung. Bei hinreichend großer Differenz geht der Kern 3 in magnetische Sättigung, die Übertragung des Takts wird unterbunden. Durch Variation der Windungszahlen von W1, W3 und W4 sowie der durch sie fließenden Ströme kann der Arbeitsbereich des Übertragers 2 und damit die Tolerenzfensterbreite der Einrichtung verändert werden.
Anstelle des dargestellten Ringkernes 3 sind auch andere Transformatorkerne geeignet. Beispielsweise ergibt die Verwendung eines Mehrlochkernes (Transfluxors) die Möglichkeit, die Vergleichsschaltung mit geringer Signal energie zu betreiben. Durch die hart magnetischen Eigenschaften derartiger Kerne kann ferner erreicht werden, daß ein in die Sättigung gesteuerter Kern auch dann nicht wieder in den übertragenden Zustand zurückkehrt, wenn die Eingangssignale S und S2 des Übertragers wieder in einen innerhalb der Toleranzgröße liegenden Bereich zurückkehren.
Eine hohe Stabilität der Schaltungsanordnung gegenüber Temperatureinflüssen ist bei Verwendung gleichartiger Kerne im Impulsgenerator und im Übertrager erreichbar, insbesondere dann, wenn ihnen ein gemeinsamer Wärmeleiter zugeordnet ist.
Die Wicklung W1 kann entfallen, wenn zum Zwecke der Wechselmagnetisierung des Kernes 3 eine das Signalwicklungen W3 oder W4 zusätzlich zum Signal eine Wechselstromkomponente aufgeprägt wird. Durch fachmännische Auswahl der Kernwerkstoffe und geeignete Auslegung ihrer Wicklungen ist die beschriebene Vergleichsschaltung universell anwendbar, wobei mit geringem Aufwand an Bauelementen Eigensicherheit erreicht ist.
L e e r s e i t e

Claims

Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Schaltungsanordnung zum Vergleichen von Analogsignalen, die in Form von elektrischen Spannungen oder Strömen vorliegen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zu vergleichenden Signale (S1 und S2) Wicklungen (W3 und W4) eines mit einem Kern (3) versehenen Übertragers (2) zugeführt sind, die im Kern (3) beim Soll-Zustand der Signale (S1 und S2) gegensinnig gerichtete und einander auslöschende magnetische Flüsse erzeugen, daß dem Übertrager (2) zusätzlich eine Wechselmagnetisierung aufgeprägt ist, mit deren Größe zulässige Abweichungen vom Soll-Wert der zu vergleichen Signale (S1 und S2) festgelegt sind und daß der Übertrager (2) ferner eine Ayskoppelwicklung (W2) aufweist, deren Ausgang (5) zu einer Schaltstufe (6) führte 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß der Kern (3) aus einem Material besteht, dessen Hysterese-Schleife (Fig. 2 und Fig. 3) einen möglichst linearen Flankenverlauf und scharfe Übergänge in den Sättigungszustand aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n n e e t , daß der Kern (3) ein Mehr loch-Ferritkern (Transfluxor) ist 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e e i c h n e t , daß der Übertrager (2) eine weitere Wicklung (W1) aufweist, die von einem Wechselstrom definierter Amplitude durchflossen ist 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch g e k e n n z e i c e h n e t 9- daß an die weitere wo Wicklung (w1) ein Impulsgenerator (4) angeschlossen ist, der einen bis zur Sättigung magnetisierten Übertrager enthält.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i e h n e t s daß mindestens einer der den zu vergleichenden Signalen (S1 und S2) zugeordneten Wicklung (W1 oder W2) zusätzlich eine Wechselstromkomponente zugeführt ist, deren Amplitude die zulässigen Abweichungen der zu vergleichenden Soll-Werte der Signale bestimmt.