CH395599A - Steuer- oder Messgerät, das auf Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen anspricht - Google Patents

Description

  
 



  Steuer- oder Messgerät, das auf   Temperatur- oder    Feuchtigkeitsänderungen anspricht
Die Erfindung betrifft ein Steuer- oder Messgerät, das auf   Temperatur- oder    Feuchtigkeitsänderungen anspricht und das von einer Wechselstromquelle gespeist wird und mindestens einen Messwiderstand   auf    weist, dessen elektrische Leitfähigkeit mit seiner Temperatur oder der von ihm absorbierten Menge von Wasserdampf abhängt.   BekannteGerätedieserArthabenden    Nachteil, dass ein konstanter oder pulsierender Gleichstrom durch den oder die Messwiderstände fliesst, wodurch dieser manchmal auch als  Elektrode  bezeichnete Messwiderstand durch Elektrolyse allmählich zerstört wird, das heisst, die für seine Wirksamkeit massgebenden elektrischen Eigenschaften verliert.



   Die Erfindung bezweckt, ein   Steuer-oder    Messgerät von grosser Lebensdauer zu schaffen, das seine Justierung lange Zeit beibehält und zugleich von einfacher Konstruktion und sehr zuverlässig ist.



   Das Gerät nach der Erfindung zeichnet sich aus durch eine solche Ausbildung, dass durch den Messwiderstand nur Wechselstrom fliesst und infolgedessen die Amplitude einer Wechselspannung von der Leitfähigkeit des Messwiderstandes abhängt, durch Mittel zur Gleichrichtung der Wechselspannung, wobei die durch die Gleichrichtung erhaltene Spannung in Serie mit einer Gleichspannung von entgegengesetzter Polarität geschaltet ist, die konstant ist oder mit der Frequenz des   Wechselsbromes    pulsiert, dass die sich aus den   beiden    genannten Spannungen ergebende Differenzspannung an den Eingangsklemmen eines Gleichstromverstärkers liegt, während die Ausgangsspannung dieses Verstärkers einem Steueroder Messinstrument zugeführt ist.



   Infolge dieser Ausbildung des Gerätes ist der Messwiderstand praktisch keiner elektrolytischen Korrosion unterworfen. Im   Steuer- oder    Messinstrument wird bei der nachstehend beschriebenen, bevorzugten   Ausführungsform    des Gerätes praktisch kein Strom fliessen, wenn   die    Leitfähigkeit des Messwiderstandes einen vorbestimmten Wert unterscheidet, während das Gerät äusserst empfindlich auf positive   Änderun-    gen dieser Leitfähigkeit reagiert.



   In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es ist:
Fig. 1 ein Schaltungsschema des Gerätes,
Fig. 2 ein Diagramm, das die Charakteristik eines im Gerät enthaltenen Transistors darstellt, und
Fig. 3-5 je ein Diagramm, das den Verlauf einer im Gerät auftretenden, wichtigen Spannung unter verschiedenen Voraussetzungen zeigt.



   Fig. 1 zeigt ein auf   Temperatur-oder    Feuchtig  keitsänderung    ansprechendes Steuer- oder Messgerät, das von einer Wechselstromquelle 1 gespeist wird, z. B. vom Verteilungsnetz. Dieses Gerät weist mindestens einen Messwiderstand 2 auf, der so ausgebildet ist, dass seine elektrische Leitfähigkeit entweder mit der Temperatur variiert oder mit der Menge des von ihm absorbierten Dampfes von Wasser. Der Messwiderstand 2 ist mit der Wechselstromquelle 1 durch die Sekundärwicklung 3 eines Transformators 4 verbunden. In Serie mit dem Messwiderstand 2 sind eine Gleichrichterbrücke 5, ein Begrenzungswiderstand 6 und ein weiterer Widerstand 7 geschaltet. Parallel zum Messwiderstand 2 ist ein Justierwiderstand 8 geschaltet.



   Der durch den Messwiderstand 2 fliessende Wechselstrom wird in der Gleichrichterbrücke 5 gleichgerichtet und   der    positive Pol der letzteren ist mit der Eingangsklemme 9 eines Gleichstromverstärkers verbunden. Der Verstärker besteht aus zwei in Kaskade geschalteten Transistoren 10 und 11 mit geerdeter Emitterelektrode. Der erste Transistor 10 dient als   Stromverstärker    für den zweiten Transistor 11. In   Serie mit der Kollektorelektrode 12 des zweiten Transistors 11 ist ein elektromagnetisches Relais 13 angeordnet, dessen Kontakte 14 sich in einem nicht dargestellten Signalstromkreis befinden. Es ist zu bemerken, dass   ansbelle    des gezeigten Transistorverstärkers auch ein Gleichstromverstärker von irgendeiner anderen Art verwendet werden könnte.



   Eine andere Gleichrichterbrücke 15, die von einer zweiten Sekundärwicklung 16 des Transformators 4 gespeist wird, erzeugt eine pulsierende Gleichstromspannung. Der negative Pol der Brücke 15 ist an das Relais 13 und der positive Pol an die   Emitterelektroden    der beiden Transistoren 10 und 11 angeschlossen. Parallel zum Relais 13 ist ein Kondensator 17 geschaltet, um die diesem Relais 13 zugeführten Gleichstromimpulse zu glätten. Ferner ist zwischen die   Gleichstromklemmen    der Brücke 15 ein Glättungskondensator 18 geschaltet, mit dem sich ein Widerstand 19 in Serie befindet.



   Um die Vorspannung der Eingangsklemme 9 des Gleichstromverstärkers 10, 11 einstellen zu können, ist der negative Pol der ersten Brücke 5 mit dem verstellbaren Abgriff 20 eines Potentiometers 21 verbunden, das an   die    Gleichstromklemmen der zweiten Brücke 15 angeschlossen ist. Ferner sind die Gleichstromklemmen der ersten Brücke 5 durch einen Belastungswiderstand 22 miteinander verbunden. Die Kollektorelektrode des ersten Transistors 10 ist direkt mit der Basiselektrode des zweiten Transistors 11 verbunden und ferner über einen Widerstand 23 an den negativen Pol der zweiten Brücke 15 angeschlossen.



   Das beschriebene Steuer- und Messgerät arbeitet wie folgt:
Zwischen dem Abgriff 20 des Potentiometers 21 und einem gemeinsamen, positiven Leiter für die Emitterelektrode und die zweite Brücke 15 wird beim Arbeiten des Gerätes eine pulsierende Gleichspannung   E1    erzeugt. Diese pulsierende Gleichspannung Ei wirkt einer pulsierenden Gleichspannung E2 entgegen, die von der ersten Brücke 5 am Belastungswiderstand 22 erzeugt wird und von der Leitfähigkeit des   Messwiderstandes    2 abhängt. Die Differenzspannung E1 weniger   E9    wird der Basiselektrode 9 des ersten Transistors 10 zugeführt. Die Spannung zwischen dessen Basis- und dessen Emitterelektrode ist daher   Vhei      =E1-E2.   



   Angenommen, dass die in der Schaltung vorgesehenen Widerstände so dimensioniert sind, dass das Potential der Basiselektrode 9 anfangs grösser als Null und negativ ist, befindet sich der erste Transistor
10 im   Kurzschlusszustand,    so dass die Spannung   V (. e    zwischen der   Koliektor- und    der Emitterelektrode des Transistors 10 sehr klein ist. Demzufolge wird die Spannung   Vbe2    zwischen der Basis- und der Emitterelektrode des zweiten Transistors 11 ebenfalls sehr klein sein, so dass dieser Transistor sich im Leerlaufzustand befindet, sein Kollektorstrom   Je2    also sehr klein ist und das Relais 13 nicht ansprechen kann.

   Dieser Zu stand wird durch den Punkt A von Fig. 2 dargestellt, welche den Kollektorstrom   Jc    eines Transistors in Funktion von   Vee    zeigt.



   Der obige Zustand wird   fortdauern,    wenn die Spannung E2   abnimmt,    und letzteres ist der Fall, wenn die Leitfähigkeit des Messwiderstandes 2 abnimmt, das heisst, wenn dieser Widerstand   zunimmt,    z. B. weil seine Temperatur zunimmt oder weil seine Absorption von Wasserdampf oder anderem Dampf abgenommen hat. In diesem Fall wird   V,,,,    noch negativer werden, der Transistor 10 wird kurzgeschlossen und der Transistor 11 ausgeschaltet bleiben, so dass dessen Kollektorstrom weiterhin unbedeutend ist und das Relais 13 nicht   betätigen    kann.



   Wenn jedoch die Spannung   E    zunimmt, infolge einer Zunahme der Leitfähigkeit des Messwiderstandes 2, das heisst infolge einer Verminderung dieses   Widerstandes,    z. B. wegen Abnahme der Temperatur oder Zunahme der Absorption von Wasserdampf oder anderem Dampf, dann wird die Differenzspannung   Vleg    =   E-Eo    sich Null nähern und schliesslich positiv werden. Infolgedessen kommt der   erstle    Transistor 10 in seinen Leerlaufzustand und die Spannung   Vee    zwischen seiner   Kollektor- und    seiner Emitterelektrode nimmt stark zu, so dass eine verhältnis   mässig grosse negative Spannung V1, ffi >  der Basis- und    der Emitterelektrode des zweiten Transistors zugeführt wird.

   Infolgedessen kommt dieser zweite Transistor 11 in den Kurzschlusszustand, das heisst, dass sein Kollektorstrom   Jeo    gross wird, wie in Punkt B von Fig. 2 gezeigt ist, und das Relais 13 anspricht.



   Da die Stromverstärkung des ersten Transistors
10 verhältnismässig gross ist, wird, wenn   Vl"a1    anfangs klein ist, schon eine kleine Zunahme der Spannung    E2 eine wesentliche Änderung von Jf 2 zur Folge ha-    ben, da der Arbeitspunkt des Transistors 11 in diesem Falle vom Punkt A auf den Punkt B von Fig. 2 übergeht. Umgekehrt wird der Arbeitspunkt des Transistors 11 bei einer kleinen Verminderung der Spannung Eo vom Punkt B auf den Punkt A übergehen.



  Das Gerät ist daher sehr empfindlich auf Veränderungen der Leitfähigkeit des Messwiderstandes 2, so dass eine positive Veränderung in bezug auf einen vorbestimmten Wert das Relais 13 zum Ansprechen bringt, während eine negative Veränderung das Relais 13 abfallen lässt.



   Mit Hilfe des Potentiometers 21 kann die Spannung   Vhel    auf einen kleinen negativen Wert eingestellt und dadurch der   Umschaltepunkt    des Gerätes justiert werden.



   Durch geeignete Dimensionierung der Wider    stünde    6, 7 und 8 kann man, unter Berücksichtigung der Leitfähigkeitscharakteristik des   Messwiderstandes    2 und der Konstanten der Gleichrichterbrücke 5, eine lineare Abhängigkeit zwischen der Leitfähigkeit des Messwiderstandes 2 und dem Kollektorstrom des Transistors 11 erzielen, so dass das beschriebene Gerät als Messgerät verwendet werden kann, wenn das ein Steuerinstrument darstellende Relais 13 durch ein Messinstrument mit linearer Skala ersetzt wird.  



   Um die Empfindlichkeit des Steuer- oder Messgerätes noch weiter zu steigern, hat bei einer andern Ausführungsform des Gerätes die Gleichstromquelle eine erhebliche innere Impedanz im Verhältnis zu den an diese Gleichstromquelle angeschlossenen Stromkreisen. Infolgedessen wird die Spannung am Potentiometer 21 und also auch die Spannung   E1    vermindert werden, sobald ein Strom   durch    die zur Anzeige oder Steuerung dienende Vorrichtung 13 fliesst, so dass die Differenz   E1 - E2 =      Vbel    schneller zu Null wird und der Transistor 10 wesentlich schneller entsperrt wird, das heisst, dass das Gerät einen Kippeffekt und zugleich eine grössere Empfindlichkeit für Leitfähigkeitsveränderungen des Melsswiderstandes aufweist.



   Wenn die pulsierende Gleichspannung, die durch die zweite Gleichrichterbrücke 15 erzeugt wird, nicht geglättet wird, indem man den Kondensator 18 und den Seriewiderstand 19 weglässt, so wird die Differenzspannung im wesentlichen die in Fig. 3 gezeigte Form haben, da sie dann aus der Differenz von zwei im wesentlichen sinusförmigen Spannungen besteht.



   Wenn der Kondensator 18 und der Seriewiderstand 19 so gewählt sind, dass eine vollständige Glättung der Gleichstromimpulse erzielt wird, dann wird die Differenzspannung im wesentlichen die in Fig. 4 gezeigte Form aufweisen.



   In einer bevorzugten Ausführungsform des Gerätes ist die Gleichstromquelle 15 parallel geschaltet mit der Serieschaltung eines Glättungskondensators 18 und eines Widerstandes 19, die so dimensioniert sind, dass ihre Zeitkonstante   T'grösser    ist als T/2, wobei T die Wechselstromperiode   ist    Bei dieser Dimensionierung hat das Relais 13 grössere Anziehungskraft und kleinere, vom pulsierenden Strom herrührende Vibrationen, so dass die Empfindlichkeit und die Zuverlässigkeit des Gerätes verbessert sind.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Steuer-oder Messgerät, das auf Temperatur-oder Feuchtigkeitsänderungen anspricht, das von einer Wechselstromquelle gespeist wird und mindestens einen Messwiderstand aufweist, dessen elektrische Leitfähigkeit von seiner Temperatur oder der von ihm absorbierten Menge von Wasserdampf abhängt, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, dass durch den Messwiderstand (2) nur Wechselstrom fliesst und infolgedessen die Amplitude der Wechselspannung von der Leitfähigkeit des Messwiderstandes abhängt, durch Mittel zur Gleich, richtung der Wechselspannung, wobei die durch die Gleichrichtung erhaltene Spannung (E2) in Serie mit einer Gleichspannung (Et) von entgegengesetzter Polarität geschaltet ist,

   die konstant ist oder mit der Frequenz des Wechselstromes pulsiert, dass die sich aus den beiden genannten Spannungen ergebende Differenzspannung (Et-E2) an den Eingangsklemmen eines Gleich stromverstärkers (10-11) liegt, während die Ausgangsspannung dieses Verstärkers einem Steuer- oder Messinstrument (13) zugeführt ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand (2) in Serie mit einer Gleichrichterbrücke (5) an die Wechselstrom- quelle (1) angeschlossen ist, dass der negative Pol dieser Brücke mit dem Abgriff (20) eines Potent.io- meters (21) verbunden ist, das an die Klemmen einer Gleichstromquelle (15) angeschlossen, ist, weiche von der Wechselstromquelle gespeist wird, und welche die genannte konstante oder mit der Frequenz des Wechstelstromes pulsierende Gleichspannung (E) erzeugt, dass der positive Pol der genannten Gleichrichterbrücke (5) mit der Basiselektrode (9) eines stromverstärkenden Transistors (10) verbunden ist, dessen Emitterelektrode an den positiven Pol der genannten Gleichstromquelle (15) angeschlossen ist,

   während seine Kollektorelektrode über einen Widerstand (23); mit dem negativen Pol dieser Quelle und ferner auch mit der Basiselektrode eines anderen, Transistors (11) verbunden ist, wobei die Emitterelektrode dieses anderen Transistors an den positiven Pol der Gleichstromquelle und seine Kollektorelektrode (12) über das Steuer- oder Messinstrument (13) an den negativen Pol dieser Quelle angeschlossen ist.

   2. Gerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromquelle (15) eine hohe innere Impedanz im Verhältnis zu dem an sie angeschlossenen Stromkreis (21) hat.

   3. Gerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Gleichlstromquelle (15) die Serieschaltung eines Glättungskondensators (18) und eines Widerstandes (19) angeschlossen ist, wobei diese Elemente (18, 19) so dimensioniert sind, dass ihre Zeiti konstante T' = T/2 ist, wobei T die Dauer einer Wechselstromperiode bedeutet.