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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsprüfvorrichtung zum
Uberprüfen der Spannung einer Gleichspannungsquelle, etwa einiger Trockenbatterien,
wie sie in einem elektronischen Instrument bzw. einer elektronischen Vorrichtung,
etwa einem elektronischen Thermometer, verwendet wird.
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Es ist bekannt, für die Prüfung einer über eine Wechselspannungs-Netzleitung
von einer Spannungsquelle gelieferten Gleichspannung eine eine Zener-Diode enthaltende
Spannungsprüfvorrichtung zu verwenden. Die über der Zener-Diode abfallende Spannung
wird als Referenzspannung zur Beurteilung verwendet, ob die Spannung der Gleichspannungsquelle
höher als ein bestimmter Wert ist oder nicht.
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Eine solche bekannte Vorrichtung ist jedoch auf die in letzter Zeit
entwickelten tragbaren elektronischen Vorrichtungen, die eine eingebaute Gleichspannungsquelle
vergleichsweise kleiner Kapazität und niedriger Spannung von beispielsweise 3 Volt,
wie sie durch zwei kleine Trockenbatterien geliefert wird, verwenden, nicht anwendbar,
da die Verwendung einer Zener-Diode eine große Leistunasaufnahme im Gefolge hat.
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, eine Spannunysprüfvorrichtung zu schaffen,
die für die Prüfung einer niedrigen Gleichspannung unter möglichst geringer Leistungsaufnahme
geeignet ist.
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Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Spannungsprüfvorrichtung zu
schaffen, die ein Warnsignal erzeugt, wenn die Spannung der Spannungsquelle für
ein elektronisches Instrument unter einen bestimmten Wert gefallen ist.
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Gemäß der Erfindung wird die Referenzspannung für den Vergleich durch
den Vorwärts-Spannungsabfall über einer Halbleiterdiode geliefert, der ungefähr
0,6 Volt beträgt und damit weit niedriger als der einer Zener-Diode liegt.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung
mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.
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Auf dieser zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Thermometers
mit einer Spannungsprüfvorrichtung gemäß der Erfindung, und Fig. 2 eine verbesserte
Schaltung gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Spannungsprüfvorrichtung.
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Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel eines elektronischen
klinischen Thermometers erläutert. Es ist jedoch zu beachten, daß sich die Anwendung
der Spannungsprüfvorrichtung gemäß der Erfindung nicht auf Thermometer beschränkt.
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Gemäß Fig. 1 umfaßt ein elektronisches Thermometer zur Bestimmung
der Körpertemperatur eine Temperaturfühlschalung 1, einen Analog-Digitalwandler
2 zur Umwandlung eines durch die Schaltung 1 erzeugten analogen Signals in ein Digitalsignal,
eine Treiberschaltung 3, eine Digitalanzeige 4, eine Spannungsquelle 5 und eine
Spannungsprüfvorrichtung 100.
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Die Spannungsquelle 5 besteht beispielsweise aus zwei Trockenbatterien,
von denen jede eine Anfangsspannung von ungefähr 1,6 V hat. Die Spannungsprüfvorrichtung
100 besteht aus einer Brückenschaltung und einem Komparator 10. Die Brükkenschaltung
besteht aus vier Armen: einem ersten Widerstand 6, einem temperaturempfindlichen
Widerstand 7, beispielsweise einem Thermistor mit negativer Temperaturcharakteristik,
einem zweiten Widerstand 8 und einer Halbleiterdiode 9, die eine Siliziumdiode sein
kann. Eine Diagonale mit oberem Anschluß A und unterem Anschluß B ist mit der Spannungsquelle
5 verbunden. Eine weitere Diagonale mit einem linken Anschluß C und einem rechten
Anschluß D ist
mit dem Komparator 10 verbunden. Das Ausgangssignal
des Komparators 10 wird als Inhibierungssignal auf die Treiberschaltung 3 gegeben.
Der Thermistor 7 hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, so daß seine Temperaturcharakteristik,
wie im folgenden noch erwähnt, ähnlich derjenigen der Halbleiterdiode 9 ist.
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Im folgenden wird nun die Arbeitsweise obiger Schaltung dargelegt.
Die die Körpertemperatur abfühlende Fühlvorrichtung 1 gibt ein Signal auf den Analog-Digitalwandler
2, der seinerseits das Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt und dieses auf
die Treiberschaltung 3 gibt. Die Treiberschaltung 3 verstärkt dann das Digitalsignal,und
die Anzeige 4 zeigt mit Erhalt des verstärkten Signals von der Treiberschaltung
3 die abgefühlte Temperatur an. Obiger Vorgang dauert an, so lange die Spannung
der Spannungsquelle 5, die beispielsweise 3,2 Volt betragen kann, über einem bestimmten
Wert liegt, der beispielsweise 2,8 Volt sein kann.
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Die Treiberschaltung 3 hört jedoch auf zu arbeiten, wenn am Komparator
10 ein Inhibierungssignal erzeugt wird, wobei dieses Inhibierungssignal erzeugt
wird, wenn die Spannung der Spannungsquelle unter diesen bestimmten Wert fällt.
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Die Spannungsquelle 5 gibt eine Spannung auf den zweiten Widerstand
8 und die damit in Reihe liegende Diode 9. Die Diode 9 ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt.
Der Vorwärts-Spannungsabfall über der Diode, d.h. die Referenzspannung für den Vergleich,
ist eine Sättigungsspannung in Vorwärtsrichtung, die ungefähr 0,6 V beträgt. Der
Spannungsabfall ist für jede gegebene Temperatur konstant, unabhängig von dem durch
die Diode 9 gehenden Strom. Der Spannungsabfall nimmt jedoch mit zunehmender Temperatur
mit einer Ceschwindigkeit von ungefähr 2 mV/OC ab. Die Spannungsquelle 5 gibt ihre
Spannung auch auf den ersten Widerstand 6 und den damit in Reihe geschalteten Thermistor
7. Die Widerstands-
werte für den Widerstand 6, den Widerstand 8
und den Thermistor 7 sind so gewählt, daß im Anfangszeitpunkt der Verwendung der
Trockenbatterien 5 der Spannungsabfall am Widerstand 7 geringfügig größer als der
Spannungsabfall über der Diode 9 ist. Im vorliegenden Beispiel sind gewählt der
Widerstand 6 : 24 Kiloohm, der Widerstand 8: 24 Kiloohm und der Thermistor 7: 3
Kiloohm bei 25 "C.
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Das Inhibierungssignal aus dem Komparator 10 wird nicht erzeugt,
wenn das Potential am Anschluß C bzw. der Spannungsabfall über dem Thermistor 7
gleich oder größer als das Potential am Anschluß D bzw. der Spannungsabfall über
der Diode 9 ist. Selbst wenn die Umgebungstemperatur schwankt, ändert sich wegen
der Gleichheit der Temperaturcharakteristik von Thermistor 7 und Diode 9 die Potentialdifferenz
zwischen den Anschlüssen C und D nicht, es sei denn, die Spannung der Trockenbatterien
ändert sich. Die Spannung der Trockenbatterien 5 nimmt mit zunehmender Einsatzdauer
allmählich ab. Der Strom durch die Diode 9 und den Widerstand 8 nimmt mit der Spannung
der Trockenbatterien 5 ab. Der Spannungabfall an der Diode 9 bleibt jedoch konstant,
auch wenn die Spannung der Spannungsquelle abnimmt. Andererseits nimmt mit abnehmender
Spannung der Trockenbatterien 5 auch der Strom durch Thermistor 7 und Widerstand
6 ab, so daß der Spannungabfall am Thermistor 7 mit abnehmender Spannung der Spannungsquelle
abnimmt. Wenn der Spannungsabfall am Thermistor 7 niedriger als der Spannungsabfall
an der Diode 9 wird, erzeugt der Komparator 10 ein Ausgangssignal, das die Treiberschaltung
3 und damit die Anzeige 4 inhibiert.
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Fig. 2 zeigt eine verbesserte Schaltung der Spannungsprüfvorrichtung
gemäß der Erfindung, die praktischer ist als die Schaltung der Fig. 1. Gleiche Elemente
in den Fign.
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1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 2
ist
ein Regelwiderstand 61 mit dem Widerstand 6 in Reihe geschaltet und ein Widerstand
71 zum Widerstand 7 parallel geschaltet. Der Widerstand 61 dient zur Einstellung
der Schwellenspannung zwischen den Anschlüssen C und D bzw. der Differenz der Spannungsabfälle
von Diode und temperaturabhängigem Widerstand. Der Regelwiderstand 61 hat eine beweglichen
Kontakt, der dem linken Anschluß C der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform entspricht.
Der Widerstand 71 dient dazu, die Linearität der Temperaturcharakteristik zu verbessern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die Elemente folgende Werte Widerstand
6 24 Kiloohm Widerstand 8 24 Kiloohm Thermistor 7 3 Kiloohm (bei 25 OC) Widerstand
71 3,6 Kiloohm Aus obiger Beschreibung ergibt sich, daß das beschriebene klinische
Thermometer von den Nachteilen bekannter Thermometer insofern frei ist, als eine
auf gealterete Batterien zurückgehende fehlerhafte Temperaturanzeige verhindert
ist. Der Benützer des Thermometers wird auf die Alterung der Batterien hingewiesen,
weil die Anzeige 4 dann nichts mehr wiedergibt. Mit anderen Worten, das Thermometer
zeigt keine fehlerhaften Temperaturen an. Es liegt auf der Hand, daß die Spannungsprüfvorrichtung
gemäß der Erfindung auf viele andere elektrische Vorrichtungen anwendbar ist, die
einige Trockenbatterien geringer Kapazität und niedriger Spannung verwenden.
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