CIRCUITRY FOR CONTROLLING THE RATIO OF THE VALUES OF TWO ELECTRICAL MEASUREMENT SIGNALS

Abstract: 1. A circuit arrangement for monitoring the ratio of the values of two electrical measuring signals relative to a pre-determined maximum permissible limit value, having a limit value stage (11) which at the input end is preceded by a rating circuit (6) to which are directly fed two measuring signals, characterised by the following features : a) the circuit arrangement comprises a transmission network (1) to the inputs of which the two measuring signals are applied and which only transmits onto its output (4) that measuring signal which has the higher value in each case, and b) the rating circuit (6) is also connected to the output (4) of the transmission network (1) at the input end, and rates both the measuring signals (U1 , U2 ) and the signal at the output (4) of the transmission network (1) in such manner that in the case of the predetermined maximum permissible limit value of the ratio of the values of the measuring signals (U1 , U2 ), the sum of all analysed signals (U1 , U2 , U3 ) has a predetermined magnitude.

Description: Schaltungsanordnung zur Überwachung der Wertemmindestens zweier elektrische- Iesssip:nale Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Werte mindestens zweier elektrischer esssignale auf einen vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert ihres Verhältnisses zueinander mit einer Grenzwertstufe, der eingangsseitig eine mit den mindestens zwei Kesssignalen beaufschlagte Bewertungsschaltung vorgeordnet ist. Es ist bekannt (Buch "Elektriscne Messtechnik" N. Stöckl und K.H. Winterling, 1978, Seite 212, Abb. 121. 1b), die Überwachung der Werte zweier elektrischer Ness- signale auf einen vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert ihres Verhältnisses zueinander mit hilfe einer Komparatorschaltung vorzunehmen. Die Komparatorschaltung enthält eine mit Widerständen aufgebaute Be wertungsschaltung und eine Grenzwertstufe. Die Festlegung des höchstzulÅassigen Grenzwertes erfolgt hierbei durch entsprechende Bemessungen der Widerstände der Bewertungsschaltung. Die Bemessung und Anordnung der Widerstände fülirt jedoch dazu, dass die GreprPrt stufe b-i überschreiten des nocnstzulässi±-en Grenzwertes der Verhältnisse der Verte der elektrischen Messsignale zueinander nur dann anspricht, wenn an einem Eingang der Bewertrngssc'altun stets das jeweils grössere Messsignal anliegt. Die bekannte Komparatorschaltung ist demzufolge i;1 ihrer Anwendb arkeit begrenzt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur überwachung der Werte mindestens zweier elektrischer Messsignale auf einen vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert ihres Verhältnisses zueinander vorzuschlagen, bei der die Überwachung unabhängig davon erfolgt, an welchem Eingang der Bewertungsschaltung das jeweils grössere messsignal ansteht. Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Schaltungsanordnung ein Ubertragungsnetzwerk, dem eingangsseitig die mindestens zwei Messsignale zugeführt werden und das auf seinen Ausgang nur dasjenige Messsignale überträgt, welches den jeweils grösseren Wert aufweist, und die Bewertungsschaltung ist eingangsseitig auch mit dem Ausgang des Übertragungsnetzwerkes verbunden und bewertet die Messsignale und das Messsignal am Ausgang des Übertragungsnetzwerkes derart, dass bei dem vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert des Verhältnisses der Werte der Messsignale die Summe aller bewerteten Messsignale eine vorbestimmte Grösse hat. Ein Vorteil der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung besteht darin, dass mindestens zwei elektrische Ness- signale auf einen höchstzulässigen Grenzwert ihres Verhältnisses zueinander überwacht werden können, ohne dass stets das eine I2lesssignal das grössere Messsignal sein muss. Ausgehend vom lehrt eines Messsignals lassen sich somit die Verhältnisse der Werte wer Messsignale sowohl bei Verhältnissen grösser 1 als auch kleiner 1 überwachen. Unabhängig also davon, welches Messsignal das jeweils grössere ist, lässt sich der höchstzulässige Grenzwert feststellen. Ein weiterer Vorteil ist, dass dies lediglich durch das zusätzliche Übertrsgungsnetz- werk erreicht wird, dem eingangsseitig die mindestens zwei Messsignale zugeführt werden und das auf seinen Ausgang nur dasjenige Messsignal überträgt, welches den jeweils grösseren Wert aufweist. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist weiterhin insofern vorteilhaft, als sie lediglich hinsichtlich der Bewertung des am Ausgang des Ubertragsnetzwerkes anstehenden Messsignals erweitert werden muss, was mit relativ geringem zusätzlichem Schaltungsaufwand erreichbar ist. Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung liegt vorteilhafterweise der Eingang der Grenzwertstufe über einen Widerstand der Bewertungsachaltung an dem einen Messsignal und über einen zweiten Widerstand der Be wertungsschaltung an dem zweiten Messsignal und ist über einen weiteren Widerstand der Bewertungsschaltung mit dem Ausgang des Sbertragungsnetwerkes verbunden; der weitere Widerstand ist gemäss der Gleichung EMI3.1 bemessen, wobei R den Wert sowohl des ersten als auch des zweiten Widerstandes und m den vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert des Verhältnisses der Werte des jeweils grösseren Messsignals zu dem jeweils kleineren 9s.esssignal bezeichnet. Die vorbestimmte Grösse der Sunme aller bewerteten Iesssignal e ist iull. Der Vorteil be- steht vor allem darin, dass als Grenzwertstufe ein übli scher Operaticnsverstärker verwendet werden kann; dies ist darauf zurückzuführen, dass durch die Bemessung der einzelnen Widerstände der Bewertungsschaltung bei dem vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert des Verhältnisses der Werte der Messsignale die Summe aller bewerteten Ieesssignale Null ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Bewertungsschaltung im Vergleich zu der Bewertungsschaltung in der eingangs behandelten, bekannten Schaltungsanordnung lediglich mit einem weiteren widerstand zur Bewertung des Messsignals am Ausgang des Übertragungsnetzwerkes erweitert ist. Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn dem weiteren Widerstand der Bewertungsschaltung eine Reihenschaltung von einem Hilfswiderstandrnd einer Schalt einrichtung parallel liegt, wobei der Steuereingang der Schalteinrichtung mit dem Ausgang der Grenzwertstufe verbunden ist. Durch die Reihenschaltung ist es möglich, die Bewertung des Messsignals am Ausgang des Übertragungsnetzwerkes zu verändern und somit eine geringfügige Verminderung des höchstzulässigen Grenzwertes zu erreichen. Infolge der Steuerung der Schalteinrichtung durch das Signal am Ausgang der Grenzwertstufe wird die Veränderung des Grenzwertes erst nach dem Ansprechen der Grenzwertstufe wirksam, so dass auch bei nachfolgender Änderung der Messsignale mit einem den vorgegebenen Grenzwert geringfügig unter schreitenden Verhältnis ihrer Werte das Signal am Ausgang der Grenzwertstufe stabilisiert ist. In soaltungste ohnisch vorteilhafter Weise ist bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung vorgesehen, die Schalteinrichtung mit enem Transistor, vorzugsweise mit einem Feldeffekttransistor, zu versehen. Der mög lichte Einsatz eleJrtromechanischer Schalteinrichtungen, die einen höheren Leistungsbedarf und grössere Verschleisserscheinungen aufweisen, kann damit vermieden werden. Für den Aufbau des Übertragungsnetzwerkes ist es günstig, im Übertragungsnetzwerk für jedes Messsignal einen Operationsverstärker vorzusehen, die gleich ausgebildet sind; auch die Rückkopplungsnetzwerke der Ope rationsversiärker, die mit ihren Ausgängen zusarnmen- geschaltet sind, sind in gleicher Weise ausgeführt. Durch den gleichen Aufbau der für jedes messsignal vorgesehenen Operationsverstärker kann die Schaltungsan ordnung in einfacher Weise zur Überwachung beliebig vieler Messsignale erweitert werden, ohne komplizierte Schaltungsänderungen oder Berechnungen vornehmen zu müssen. Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Blockschaltbild der enfindungsgemässen Schaltungsanordnung und in Fig. 2 der Schaltungsaufbau der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält ein Uber- tragungsnetzwerk 1, dem an Eingängen 2 und 3 Messsignale Ul und U2 zugeführt werden. Am Ausgang 4 des Übertragungsnetzwerkes 1 liegt ein messsignal U3. Der Ausgang 4 ist mit einem Eingang 5 einer Bewertungsschaltung 6 verbunden; den weiteren Eingängen 7 und 8 der Bewertungsschaltung 6 werden die Messsignale U1 und U2 zugeführt. km Ausgang 9 der Bewertungsachaltung 6 ist ein Eingang 10 einer Grenzwertstufe 11 angeschlossen. íit dem ingang 5 der Bewertungsachaltung 6 und ihrem rt.usgang 9 ist eine Reihenschaltung von einem HilSs- widerstand 14 und einer Schalteinrichtung 15 verbunden, wobei ein Steuereingang 16 der Schalteinrichtung 15 mit einen Ausgang 17 der Grenzwertstufe 11 in Verbindung steht. Bei dem Schaltungsaufbau der erfindungsgemässen Schaltungs- anordnung nach Fig. 2 bilden gleich ausgeführte Opera tionsverstärker 20 und 21 mit gleichartig aufgebauten ruckkopplungsnetzwerken 22 und 23 das Übertragungsnetz- werk 1. Über Widerstände 24 und 25 sind die invertieren- den Eingänge 26 und 27 der O,erationsverstärker 20 und 21 mit den Eingängen 2 und 3 des Übertragungsnetzwerkes 1 verbunden. Die Rückkopplungsnetzwerke 22 und 23, die jeweils aus einer Dioden-Widerstandskombination bestehen, sind am Ausgang 4 des Übertragungsnetzwerkes 1 zusammengeschaltet. Die Bewertungsschaltung 6 enthält einen Widerstand 28, über den der Eingang 10 der Grenzwertstufe an dem einen Messsignal U1 liegt; über einen zweiten Widerstand 29 erfolgt der Anschluss des Eingangs 10 an das zweite Ivlesssignal U2. Über einen weiteren Widerstand 30 ist der Eingang 10 mit dem Ausgang 4 des Übertragungsnetzwerkes verbunden. Auf diese Weise ist in der Bewertungsschaltung 6 ein Summationspunkt 31 bildet. In der zwischen dem Eingang 5 und dem Ausgang 9 der Bewertungsschaltung 6 liegenden Reihenschaltung des llfswiderstandes 14 und der Schalteinrichtung 15 bildet ein Feldeffekttransistor 33 die Schalteinrich tung, wobei der Gate-Anschluss 34 des Feldeiiekttran- sistors 33 üer eine Diode 35 mit dem Ausgang 17 der Grenzwertstufe 11 verbunden ist. Anhand der Fig. 2 wird die Funktionsweise der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung erläutert. An den invertierenden Eingängen 26 und 27 der Operationsverstärker 20 und 21 liegen die messsignale Ul und U2, die Gleichgrössen mit veränderlichen Verten darstellen und negatives Vorzeichen haben. Am gemeinsamen Ausgang 4 der beiden zusammengeschalteten Rückkopplungsnetz- werke 22 und 23 wird aus den messsignale U1 und U2 das ensigal U3 gebildet, welches in seinem Wert den jeweils grösseren der beiden Messsignale U1 und U2 entspricht, jedoch positives Vorzeichen hat. Das jeweils kleinere Messsignal wird nicht übertragen, da wegen der zusammengeschalteten Rückkopplungsnetzwerke am Eingang desjenigen Operationsverstärkersran dessen Eingang das jeweils kleinere Messsignal anliegt, ein positives Restsignal verbleibt, das diesen Operationsverstärker in die Sättigung treibt und dadurch für das jeweils kleinere Messsignal sperrt. Die Widerstände 28, 29 und 30 der Bewertungsschaltung 6 bewerten die Messsignale U1, U2 und U3 derart, dass am Summationspunkt 31 für den Fall, dass das Verhältnis der Werte der beiden Messsignale U1 und U2 einen vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert hat, der Wert Null erscheint und somit die nachfolgende Grenzwertstufe 11 gerade noch nicht anspricht. Diese aeaingung ist erfüllt, wenn die Summe der Ströme ii, i2 und i3 (vgl. Fig. 2), die die Widerstände der Bewertungsschaltung 6 durchfliessen, folgende Gleichung erfüllt i1 + i2 + i3 = 0. (1) Dies entspricht folgender Gleichung EMI8.1 wobei R1 den Wert des einen Widerstandes 2Q, R2 den Wert des zweiten Widerstandes 29 und R3 den Wert des weiteren Widerstandes 30 bezeichnet. Bezeichnet man den höchstzulässigen Grenzwert des Verhältnisses der Werte des Jeweils grösseren Messsignals zum jeweils kleineren mit m und nimmt man beispielsweise an, dass Ul das grössere Messsignal ist, dann ergibt sich folgende Gleichung m = U1/U2 (3) Ferner ergibt sich wegen des Übertragungsnetzwerkes 1 folgende Beziehung U3 = -U1 . (4) Unter der Annahme, dass der Wert R1 gleich dem Wert R2 ist, werden beide Widerstandswerte fortan mit R bezeichnet, und es ergibt sich aus den Gleichungen (2), (3) und (4) für R3 folgende Beziehung EMI8.2 Mit Hilfe dieser Beziehung wird für einen vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert m der Wert R3 des weiteren Widerstandes 30 festgelegt. Da U3 den Wert des jeweils grösseren Messsignals besitzt, gilt auch für den Fall, dass U2 das grössere Messsignal ist, die Gleichung (5) für die Bemessung des weiteren Widerstandes 30. Die Reihenschaltung des Hilfswiderstandes ILL und des Feldeffekttransistors 33 , die parallel zum weiteren Widerstand 30 liegt, bewirkt bei Ansteuerung des Gate des Feldeffekttransistors 33 eine Veränderung der Bewertung des Messsignals U3. ach dem Prnspnchen der Grenzwertstufe 11 wird der Feldeffekttransistor 33 in seiner Source-Drain-Strecke leitend und somit eine Parallelschaltung des Hilfswiderstandes 14 zum weiteren w;iderstand 30 der Bewertungsschaltung 6 wirksam; dies hat eine Verminderung des höchstzulässigen Grenzwertes zur Folge. Damit ist sichergestellt, dass die Grenzwertstufe 11 nach dem Ansprechen auch bei geringfügigen Schwankungen des Verhältnisses der Werte der Nesssignale in ihrem Zustand verharrt; das Signal am Ausgang 17 also erhalten bleibt. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung gewährleistet somit eine sichere und stabile Überwachung des Verhältnisses der Werte mindestens zweier elektrischer Messsignale auf einem beliebig vorgebbaren höchstzulässigen Grenzwert hin. 5 Ansprüche 2 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Uberwachung der Werte mindestens zweier elektrischer Messsignale auf einen vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert ihres Vethält- nisses zueinander mit einer Grenzwertstufe, der eingangs- seivig eine mit den mindestens zwei messsignalen beauf schlagte Bewertungsschaltung vorgeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a, die Schaltungsanordnung enthält ein Übertragungs- netzwerk (1), dem eingangsseitig die mindestens zwei Messsignale zugeführt werden und das auf seinen Ausgang (4) nur dasjenige Messsignal überträgt, wel ches den jeweils grösseren Wert aufweist, und b) die Bewertungsschaltung (6) ist eingangsseitig auch mit de Ausgang (4) des Übertragungsnetzwerkes (1) verbunden und bewertet die Messsignale und das Iless- signal am Ausgang (4) des Übertragungsnetzwerkes (1) derart, dass bei dem vorgegebenen höchstzulässigen Grenzwert des Verhältnisses der Werte der Messsignale die Summe aller bewerteter Messsignale eine vorbe stimmte Grösse hat. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch folgende Merkmale: c) der Eingang (10) der Grenzwertstufe (11) liegt über einen Widerstand (28) der Bewertungsschaltung (6) an dem einen Nesssignal und über minen zweiten Widerstand (299 der Bewertungsschaltung (6) an dem zweiten Messsignal und ist über einen weiteren Widerstand (30) der Bewertungsschaltung (6) mit dem Ausgang (4) des ubertragungsnetzwerkes (1) verbunden, d) der weitere Widerstand (30) ist gemass der Gleichung EMI10.1 wobei R den Wert sowohl des ersten als auch des zweiten Widerstandes und m den vorgegebenen höchstzu lässigen Grenzwert des Verhältnisses des Wertes des jeweils grösseren Messsignals zu dem des jeveils kleineren Mess signals bezeichnet, e) die verbestimmte Grösse der Summe aller bewerteter Messsignale ist Mull. j Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch folgende Merkmale: f) dem weiteren Widerstand (30) der Bewertungsschaltung (6) liegt eine Reihenschaltung von einem Hilfswider stand (14) und einer Schalteinrichtung (15) parallel, g) der Steuereingang (16) der Schalteinrichtung (15) ist mit dem Ausgang (17) der Grenzwertstufe (11) verbunden. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 gekennzeichnet durch folgende Merkmale: h) die Schalteinrichtng (15) enthält einen Transistor (33). 5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekeiinzeichnet durch folgende üierkmale: i im Übertragungsnetzwerk (1) ist Er jedes Messsignal ein Operationsverstärker (20, 21) vorgesehen, k) die Operationsverstärker (20, 21) sind gleich ausge bildet und i) Rückkopplungsnetzwerke (22, 23) der Operationsverstär- ker (20, 21) sind gleich ausgerührt und it ihren Ausgängen zusammengeschaltet.

Inventors: DAUBITZ, WOLFGANG, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: G01R13
IPC codes: G01R19