DE2916141C2

DE2916141C2 - Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektor

Info

Publication number: DE2916141C2
Application number: DE19792916141
Authority: DE
Inventors: Albert Ing.(Grad.) 7500 Karlsruhe Maringer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-04-20
Filing date: 1979-04-20
Publication date: 1983-01-05
Also published as: NL8002293A; DE2916141A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektor zur Feststellung von zeitlichen Spannungsänderungen in einem Signal, mit einem Differenz-Spannungs-Vergleicher mit zwei über Dämpfungsglieder von dem Signal beaufschlagten Eingängen, wobei dem einen Eingang ein Verzögerungsglied vorgeschaltet ist.

Eine derartige Schaltung ist der deutschen Offenlegungsschrift 20 46 790 zu entnehmen. Gemäß der dort enthaltenen Beschreibung dient die bekannte Schaltung lur Anzeige der Neigungsrichtung eines Teiles einer analogen elektrischen Schwingung und in einer Weiterbildung zur Extremwertanzeige eines Wechselsignals. Bei der bekannten Schaltung würde infolge einer nicht zu vermeidenden Dämpfung des Verzögerungsnetzwerkes vor dem einen Eingang des Spannungsvergleichers ein Dämpfungsunterschied zwischen den beiden Eingängen des Vergleichers bezüglich des gemeinsamen Eingangssignals auftreten. Dieser, Fehlmessungen verursachende Unterschied muß durch eine zusätzliche Dämpfungsschaltung vor dem Eingang für das nicht verzögerte Signal ausgeglichen werden.

Bei der Erfindung wird demgegenüber der Dämpfungsunterschied zwischen den beiden Eingängen eines Vergleichers bewußt herbeigeführt, um eine Ansprechschwelle zu schaffen, die Von dem Grundpegel des Signals derart abhängig ist, daß sie mit steigendem Grundpegel größer wird.

In der DE-PS 26 40 900 ist eine Schaltungsanordnung &5 zur Bestimmung des Ansprechstromes von Magnetventilen beschrieben, mit deren Hilfe der Feldspule eines Magnetventils ein rampenförmig ansteigender Strom eingeprägt wird und der beim Ansprechen des Ventils an der Feldspule induzierte Spannungsimpuls durch ein Differenzierglied erfaßt wird. Die Höhe des Spannungsimpulses ist abhängig von der Größe des zum Anziehen des Magnetventils notwendigen Feldstromes. Bei kleinem Ansprechstrom des Magnetventils wird die in der Feldwicklung induzierte Spannung klein sein. Bei einem größeren, zum Ansprechen notwendigen Strom wird auch die induzierte Spannung beim Ansprechen größer werden.

Um r.un einen gleichmäßigen Störspannungsabstand über einen großen Ansprechstrombereich zu erhalten, ist es notwendig, die Ansprechschwelle des Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektors zu relativieren, also auf die dem jeweiligen eingeprägten Feldstrom entsprechende Spannung zu beziehen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs beschriebenen Detektor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht

Die Wirkungsweise der neuen Schaltung wird übersichtlich, wenn angenommen wird, daß beispielsweise das größere Teilerverhältnis 1 :3 und das kleinere Teilerverhältnis 1 :4 beträgt Bei einer angenommenen Eingangsspannung von 12 V steht dann am Abgriff des Spannungsteilers mit dem größeren Teilerverhältnis eine Spannung von 4 V und am Abgriff des Teilers mit dem kleineren Teilerverhältnis eine Spannung von 3 V an. Dies ergibt für den Differenzve<"Stärker eine Steuerspannung von 1 V einer bestimmten Polarität Diese Polarität der Steuerspannung für den Differenzverstärker ändert sich jedoch, wenn ein Spannungsimpuls die bisherige gemeinsame Eingangsspannung der Spannungsteiler übersteigt und wie vorgeschlagen der Querwiderstand des Teilers mit dem größeren Teilerverhältnis durch einen entsprechend bemessenen Kondensator überbrückt ist Dann wird nämlich für den plötzlichen Anstieg der Eingangsspannurig der Querwiderstand des Spannungsteilers mit dem größeren Teilerverhältnis durch den dazu parallelliegenden Kondensator praktisch kurzgeschlossen. Am Abgriff dieses Spannungsteilers liegi dann eine niederere Spannung als am Abgriff des anderen Spannungsteilers. Die Steuerspannung für den Differenzverstärker ändert daher ihre Polarität womit der Ausgang des Differenzverstärkers für die Dauer des Impulses umgesteuert wird.

Ein Differenzverstärker ist so ausgelegt, daß er nur einen Unterschied zwischen den an seinen beiden Eingangsklemmen liegenden Signalen verstärkt. Er hat die weitere Eigenschaft, daß er nur auf einen Unterschied bestimmter Polarität anspricht. So kann mit Hilfe der an seinen Eingängen liegenden Spannungsteiler mit unterschiedlichen Spannungsteilerverhältnissen eine von der Höhe der gemeinsamen Eingangsspannung der Spannungsteiler abhängige Ansprechschwelle des Differenzverstärkers erzeugt werden.

Ein Spannungsimpuls mit einer mit der Grundspannung übereinstimmenden Polarität bringt den Differenzverstärker dann zum Ansprechen, wenn die Anstiegszeit des Spannungsimpulses kleiner ist als die Zeitkonstante des ßC-Gliedes, das aus dem den Querwiderstand des einen Spannungsteilers überbrükkenden Kondensator und der Parallelschaltung des Längs- und Querwiderstandes dieses Spannungsteilers besteht.

Gleichzeitig sollte die Zeitkonstante des besagten /?C-Gliedes klein gegenüber der Anstiegszeit derjeni-

gen Spannung sein <*er das triggernde Signal, also der beim Ansprechen des Magnetventils entstehende Spannungsimpuls, überlagert ist.

Wird der in die Feldspule des Prüflings eingeprägte rampenförmige Strom als treppenförmig ansteigender Strom erzeugt, so können bei den Obergängen der Stufen Spannungsüberschwinger in der Feldspnk induziert werden, die ebenfaUs den Spannungs-Zeit-Uifferentialquotienten-Detektor ansprechen lassen. Die Größe dieser Überschwinger ist unabhängig von dem Niveau der Grundspannung an der Feldspule. Um sie zu unterdrücken, erhält der Eingang des Differenzverstärkers zweckmäßig eine zusätzliche, konstante Ansprechschwelle. Dazu dient ein dritter Spannungsteiler, an dessen Abgriff der Fußpunkt des nicht mit einem Kondensator verbundenen Spannungsteilers Hegt Die Erfindung wird an drei Figuren erläutert.

Fig. 1 stellt ein Schaltbild eines einfachen Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektors dar. In aus den Widerständen /?i und Ri geteilt. Am nichtinvertierenden Eingang liegt der Spannungsteiler aus den Widerständen Ri und /£», der ein anderes Teilungsverhältnis als der Spannungsteiler aus den Widerständen R· und Ri aufweist Das Eingangssignal am Eingang fsteht also an den Eingangsklemmen des Differenzverstärkers V als eine Spannungsdifferenz an. Dieser Spannungsunterschied beträgt, abgesehen von der festen Hilfsspannung U_H, immer einen bestimmten Prozentsau des Eingangssignals an der Eingangsklemme E Die Polarität des Spannungsunterschiedes ist derart, daß der Differenzverstärker nicht anspricht.

Der Kondensator Q wird so dimensioniert, daß die Zeitkonstante τ des aus dem Kondensator und der

is Parallelschaltung der beiden mit ihm verknüpften Spannungsteilerwiderstände klein ist gegen die Anstiegszeit der in die Feldspule des Magnetventils bzw. des Relais eingeprägten Stromrampe. Gleichzeitig muß die Zeitkonstante τ jedoch groß sein gegenüber der

F i g. 2 ist ein doppeltwirkender Spannungs-Zeit-Dif- 20 Anstiegszeit des Spannungsimpulses, der beim Anspreferentialquotienten-Detektor gezeigt, mit dem sowohl chen des Magnetventils oder des Relais in der Feldspule

In der nachfolger.i.'n Tabelle sind

den Anzug als auch den Abfall eines Relais, Magnetventils oder dergleichen markierende Spannungsimpuise festgestellt werden können. Die

F i g. 3 enthält Diagramme der dem Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektor zugeführten Eingangsspannung und seiner Ausgangsspannung.

In Fig. 1 liegen Eingangsklemmen eines Differenzverstärkers Van Abgriffen von zwei Spannungsteilern, die eingangssignalseitig parallelgeschaltet sind. Der Abgriff des aus Widerständen R₁ und R₂ besehenden Spannungsteilers liegt am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers V. Der Abgriff des aus einem Widerstand Ri und einem Widerstand A4 bestehenden Spannungsteilers liegt am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers V. Der Querwiderstand Ri des einen Spannungsteilers ist durch einen Kondensator Q überbrückt Der Fußpunkt des Querwiderstandes des anderen Spannungsteilers liegt am Abgriff eines dritten

induziert wird. In der nachfolger.i.'n Tabelle Zanienwerte für die Schaltelemente eine: bevorzugten Ausführungsbeispiel aufgeführt:

330 kn	Ri	= 82 kn
330 kn	Ra	= 75 kn
33 kn	Rt	= 1.15kn
0,2 uF

Am Abgriff des aus den Widerständen Ri und R_b bestehenden Spannungsteilers steht bei einer Referenzspeisespannung von — 15 V eine Hilfsspannung U₁₁ von -0,5 V an.

In der F i g. 2 ist eine Schaltung dargestellt, die eine symmetrische Verdoppelung der Schaltung nach F i g. 1 bedeutet Mit ihr können auch Impulse detektiert werdern, die entstehen, wenn das Magnetventil oder ein

Spannungsteilers aus Widerständen /?s und R₆. Der 40 untersuchtes Relais abfällt. Der obere Teil der Schaltung Ausgang des Differenzverstärkers V liegt über eine entspricht genau der Schaltung nach Fig. 1. Mit ihr Diode D an uer Basiselektrode eines Transistors T. An werden wie bei F i g. 1 die Anzugsimpulse aufgenomeinem Arbeitswiderstand Ri des Transistors fällt beim men. Der untere Teil ist nach den gleichen Gesichts-Ansprechen des Differenzverstärkers V ein negativer punkten wie der obere Teil dafür ausgelegt, die Spannungsimpuls an. Über einer, weiteren Widerstand "»5 Abfallimpulse zu detektieren. Die Ausgänge beider R wird der Diode D eine poiti V Diffäk V d V d

wird der Diode D eine positive Vorspannung zugeführt. Der aus den Widerständen R% und R_b bestehende Spannungsteiler wird mit einer negativen Referenzspannung beaufschlagt. Eine an seinem Abgriff anstehende Hilfsspannung Uh liegt über den Widerstand Ra zusätzlich an der nichtinvertierenden Einfangsklemme des Differenzverstärkers V. Die Hilfsspannung sorgt einerseits für eine potentialmäßig eindeutige Lage des Eingangs des Differenzverstärkers V. Weiterhin wird durch diese Hilfsspannung eine absolute Ansprechschwelle für den Differenzverstärker

V eingestellt, mit deren Hilfe mit einem festen Wert auftretende Störimpulse unterdrückt werden können.

Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers

V wird von einem am Eingang E der Schaltung anstehenden Eingangssignal durch die Zeitkonstante r des RC Gliedes verzögert beaufschlagt. Außerdem ist das Signal im Teilungsverhältnis des Spannungsteilers Differenzverstärker V₁ und V₂ werden in einem gemeinsamen Schalttransistor T₂ zusammengefaßt. Die übrigen Schaltelemente, abgesehen von zwei Dioden D\ und D₂, welche der Diode D der Schaltung nach F i g. 1

entsprechen, sind mit Bezugszeichen versehen, die mit den entsprechenden Schaltelementen der Schaltung nach Fig. 1 in der Fndziffer ihrer Indizes übereinstimmen.
In Fig. 3 ist im oberen Diagramm der zeitliche Verlai·' der Grundspannung an der Feldspule und der beim Ansprechen und Abfallen des Magnetventils entstehenden Spanrungsimpulse dargestellt, in zweiten Diagramm ist das Ausgangssignal des bzw. der Differenzverstärker dargestellt. Die gestrichelten Li-

nien im ersten Diigramm stellen die Ansprechschwellen des Spannungs-ZA-it-Differentialquotienten-Detektors dar,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektor zur Feststellung von zeitlichen Spannungsänderungen in einem Signal, mit einem Differenz-Spannungs-Vergleicher mit zwei über Dämpfungsglieder von dem Signal beaufschlagten Eingängen, wobei dem einen Eingang ein Verzögerungsglied vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsglieder zwei Spannungsteiler (R 1, R 2; R 3, R 4) mit unterschiedlichem Teilungsverhältnis sind und der Spannungsteiler (R 1, R 2) mit dem größeren Teilungsverhältnis zusammen mit einem seinem Querwiderstand (R 2) parallelgeschalteten Kondensator (C 1) das Verzögerungsglied bildet

Z Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes, das aus der Parallelschaltung des Längs- und Querwiderstandes und dem den Querwiderstand überbrückenden Kondensator besteht, groß ist gegenüber der Anstiegszeit d« triggernden Signales.

3. Spannungs-Zeit-Differentialquotienten-Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des /?C-Gliedes klein ist gegenüber der Anstiegszeit einer Grundspannung, der das triggernde Signal überlagert ist

4. Spannungs-Zeit-Differentiblquotienten-Detektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt des Spannungsteilers ohne RC-Glied an einem Abgriff eines Spannungsteilers für eine Referenzspannung liegt.