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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur unabhängigen Einstellung des Anfangs- und Endwertes eines elektrischen Messbereiches, insbesondere für Aufladeregler von Speicherheizungen, mit einer Brückenschaltung, deren einer Zweig aus der Serienschaltung eines Messwiderstandes und eines Festwiderstandes und deren anderer Zweig neben einem Widerstand ein Potentiometer aufweist, dessen Schleiferanschluss zusammen mit dem Verbindungspunkt der Widerstände des ersten Zweiges die Brückendiagonale darstellt, auf der der Messwert erscheint.
Es ist aus der DD-PS Nr. 56306 ein Verfahren zur direkten Messung des Temperaturkoeffizienten von elektrischen Widerständen bekanntgeworden, das mit einer elektrischen Messbrücke arbeitet, deren einer Brückenast zu den messenden Widerstand zusammen mit einem Einstellwiderstand und deren zweiter Brückenast einen weiteren Einstellwiderstand zusammen mit einem Potentiometer aufweist. Die Brücke ist an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen und in der Brückendiagonale liegt ein Messinstrument.
Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen der Anfangs- und Endwert eines Messbereiches durch zwei Potentiometer eingestellt werden können (DE-OS 2203343). Als Ausgangssignal dieser Messbrücke ergibt sich eine Spannung über einem Widerstand als Funktion der Aussentemperatur. Diese Kennlinie wird als Ladekennlinie bezeichnet.
Hiebei wird eine Brückenschaltung verwendet, bei welcher in dem einen Brückenzweig ein von der Aussentemperatur beeinflusster Widerstand und in dem andern Brückenzweig ein Potentiometer und ein fremdbeheizter temperaturabhängiger Widerstand angeordnet sind. Der Grad der Fremdbeheizung und damit die Steilheit der Ladekennlinie kann durch ein weiteres nicht der Brücke zugehöriges Potentiometer eingestellt werden. Mit dem Brückenpotentiometer wird eine Parallelverschiebung in Richtung der Abszisse der Ladekennlinie vorgenommen. Wird die Ladekennlinie parallel verschoben, um eine Anpassung der Aufladung an die Bedürfnisse des Benutzers zu erreichen, muss auch die Steilheit der Kennlinie neu eingestellt werden.
Eine voneinander unabhängige Verschiebung der Abszissenwerte der Kennlinienendpunkte lässt sich mit dieser Schaltungsanordnung nicht erreichen, was in der Praxis zu häufigen Fehleinstellungen führt.
Weiterhin ist für Heizungsanlagen ein Heizungsregler bekannt, bei dem die Verstellung der Ordinatenwerte der Kennlinienendpunkte der Arbeitskennlinie unabhängig erfolgen kann (DE-AS 1454443).
Hiebei sind die beiden Einstellpotentiometer über ein Getriebe miteinander verbunden. Diese Anordnung ist sehr aufwendig und auch störanfällig, da das Getriebe Rutschkupplungen aufweist.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der es möglich ist, ein Signal eines Messwertaufnehmers mittels einer elektronischen Einrichtung mit zwei Einstellgliedern so zu verändern, d. h. abzuschwächen oder zu verstärken, dass sich das Ausgangssignal immer zwischen denselben Werten ändert. Hiebei dürfen sich die beiden Einstellungen nicht gegenseitig beeinflussen, d. h. eine Verstellung des Kennlinienanfangspunktes bzw.-endpunktes darf keinen Einfluss auf den Kennlinienendpunkt bzw. -anfangspunkt haben.
Da die Erfindung bevorzugt in Aufladereglern für Nachtstromspeicherheizungen Verwendung finden soll, kann der Messwertaufnehmer als temperaturabhängiger Widerstand eines Witterungsfühlers ausgebildet sein, der in einer Brückenschaltung eingeschaltet ist. Somit besteht die spezielle Aufgabe darin, die Differenzspannung zwischen den Abgriffen zweier Potentiometer, deren Serienschaltung in den andern Brückenzweig aufgenommen ist, konstant zu halten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Widerstand als Potentiometer ausgebildet ist, dessen Schleife über einen Widerstand an eine Konstantstromquelle und einen Eingang eines Differenzverstärkers geschaltet ist, dessen anderer Eingang mit der Brückendiagonale verbunden ist und dessen Ausgang an einen Brückenspeisepunkt angeschlossen ist.
Diese Einrichtung bietet den Vorteil, dass der Benutzer ohne Schwierigkeiten die Ladekennlinie einstellen kann, die seinen Bedürfnissen entspricht. Ein langwieriges Probieren und Verstellen der Parameter entfällt. Auch wird vom Benutzer keine grosse Sachkenntnis verlangt, da Fehleinstellungen fast völlig ausgeschlossen sind. Ausserdem ist die Möglichkeit gegeben, auf einfache Weise dem Einstellenden die Lage der Ladekennlinie in einem eartesischen Koordinatensystem sichtbar zu machen.
Wird bei der Einstellung der Ladekennlinie ein Abszissenendpunkt verstellt, so bleibt der entgegengesetzte Punkt, der einmal als günstig ermittelt worden ist, erhalten. Die Ladekennlinie ändert dabei jeweils nur ihre Steilheit. Die Erfindung lässt sich auch mit Vorteil zur Steuerung von Warmwasserheizungsanlagen verwenden.
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Diese Ausführung der Erfindung ergibt die zweckmässigste Ausgestaltung des Reglers, um den erwähnten Spannungsabgriff zwischen beiden Potentiometern konstant zu halten.
Mit besonderem Vorteil sind in der Brückendiagonale zwei gegeneinander geschaltete Verstärker vorgesehen, die gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung so ausgestaltet sein können, dass der eine Ausgang des Verstärkers an eine Basis eines Transistors angeschaltet ist und dass der Emitter des Transistors über eine Rückkoppelleitung mit dem Eingang des Verstärkers und über einen weiteren Widerstand mit dem Ausgang des andern Verstärkers verbunden ist.
Der hiemit erreichbare technische Vorteil besteht darin, dass das Auskoppeln eines Steuerstroms aus der Brückendiagonale ohne weiteres möglich ist, da die Verstärker als Impedanzwandler geschaltet werden können.
Es zeigen : Fig. 1 eine elektronische Ausgestaltung mit zwei Einstellpotentiometern, Fig. 2 ein Kennlinienfeld mit den Ladekennlinien als Parameter.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten jeweils die gleichen Einzelheiten.
In Fig. 1 weist ein Brückenzweig--1--einer Messbrücke--2--eine Reihenschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes --3-- und eines Festwiderstandes --4-- auf. Zwischen den beiden Widerständen - 3 und 4-- ist am Punkt --5-- der nicht invertierende Eingang eines Operationsverstärkers --6-- angeschlossen. Dieser Operationsverstärker --6-- wirkt auf einen Transistor --7--, dessen Kollektor --8-- über einen Widerstand --9-- mit einer Spannungsquelle --10-- verbunden ist und dessen Emitter --11--
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--12-- an- eines zweiten Operationsverstärkers --17-- angeschlossen ist.
Ein zweiter Brückenzweig --18-- besteht aus der Reihenschaltung eines Widerstandes --19-- mit einem Potentiometer --20--, einem Widerstand --21--, einem weiteren Potentiometer --22-- und einem weiteren Widerstand --23--.
Die Widerstände --19 und 3-- sind mit einer Spannungsquelle --24--, welche ein Bezugspotential aufweist, verbunden, während die Widerstände --4 und 23-- über eine Leitung --25-- mit dem Ausgang - eines dritten Operationsverstärkers --27-- korrespondieren.
Eine Konstantstromquelle --28--, bestehend aus einem Transistor --29--, dessen Emitter --30-- über einen Widerstand --31-- mit einer negativen Spannungsquelle --32-- und dessen Basis --33-- mit einem Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen --34 und 35--, verbunden ist, liefert über eine Leitung --36-- Strom an den nicht invertierenden Eingang --37-- des Operationsverstärkers --27-- und über einen Widerstand --38-- an den Schleifer --39-- des Potentiometers --20--.
Der invertierende Eingang --40-- des dritten Operationsverstärkers --27-- ist über einen Widerstand --41-- mit dem Schleifer --42-- des Potentiometers --22-- und mit dem nicht invertierenden Eingang - des zweiten Operationsverstärkers --17-- verbunden.
Zum temperaturabhängigen Widerstand --3-- kann ein Widerstand --44-- parallelgeschaltet werden, um eine bessere Linearität der Ladekennlinie zu erhalten. Ein Widerstand--45--, der parallel zum Potentiometer --20-- geschaltet ist, dient der Anpassung des Verstellbereichs des Potentiometers --20--.
Im Diagramm der Fig. 2 ist ein eartesisches Koordinatensystem dargestellt, auf dessen Abszisse die Aussentemperatur a. in C und auf dessen Ordinate der Strom i durch den Widerstand --9-- aufgetragen sind. Die Kurven --50 bis 58-- repräsentieren die jeweilige Abhängigkeit des Stromes i von der Aussentemperatur a bei verschiedenen Potentiometereinstellungen der Potentiometer --20 und 22-- und damit Ladekennlinien für eine Nachtstromspeicherheizung.
Wird das Potentiometer --22-- verstellt, so wandert, abhängig von der Drehrichtung, ein Abszissenpunkt-59-in Richtung des Abszissenpunktes --60--. Wird der Schleifer --42-- des Potentiometers --22-- bis zum Anschlag verstellt, so wandert der Abszissenpunkt --60-- zum Abszissenpunkt --61--. Der Geradenendpunkt --62-- der Geraden --56-- bleibt dabei erhalten. Es verändert sich also nur die Steigung der Geraden --50, 53 und 56--.
Wird der Schleifer --39-- des Potentiometers --20-- verstellt, so wandert der Geradenendpunkt - auf einer Parallelen zur Abszisse über einen Geradenendpunkt --63-- zum Geradenendpunkt --64--.
Der mittels des Potentiometers --22-- eingestellte Abszissenpunkt --61-- bleibt dabei erhalten. Werden die beiden Schleifer --39 und 42-- gleichzeitig verstellt, so lässt sich eine Parallelverschiebung der Ladekennlinie erreichen.
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Der temperaturabhängige Widerstand --3-- wird an einer nicht dargestellten Hauswand angebracht und fühlt die Aussentemperatur. Bei hoher Aussentemperatur soll der Strom i, welcher durch den Widerstand --9-- fliesst, gross und bei niedriger Aussentemperatur klein bzw. Null sein.
Die Operationsverstärker --6 und 17-- sind in die Diagonale der Messbrücke --2-- eingeschaltet, wobei der Operationsverstärker --6-- mit dem Transistor --7-- und dem Emitter-Widerstand --14-- eine Stromquelle und der Operationsverstärker --17-- einen nicht invertierenden Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor-l-bilden. Wird die Spannung am Punkt--5--verändert, d. h. verändert der temperaturabhängige Widerstand --3-- seinen Wert, so wird der Strom i verkleinert oder vergrössert, je nachdem, ob die Aussentemperatur fällt oder steigt.
Zwischen den Eingängen --37 und 40-- des Operationsverstärkers --27-- herrscht, da es sich bei dem Operationsverstärker --27-- um einen Differenzverstärker handelt, nahezu 0 V Spannungsdifferenz.
Am Widerstand --38-- herrscht, bedingt durch den Konstantstrom der Konstantstromquelle --28--, ein konstanter Spannungsabfall. Wird der Schleifer --39-- des Potentiometers --20-- verstellt, so erscheint an den Eingängen --37 und 40-- des Operationsverstärkers --27-- ein Differenzsignal, so dass sich die Brückenversorgungsspannung, d. h. die Spannung zwischen der Leitung --25-- und der Spannungsquelle - -24--, am Ausgang --26-- des Operationsverstärkers --27--, so lange verändert, bis der Spannungsabfall zwischen den Schleifen--39 und 42-- gleich dem Spannungsabfall über dem Widerstand --38-- ist.
Eine Veränderung der Schleiferverstellung des Schleifers --39-- des Potentiometers --20-- hat also eine Änderung der Brückenversorgungsspannung zur Folge und damit auch eine Veränderung der Brückendiagonalspannung. Wird die Brückendiagonalspannung verändert, so verändert sich damit auch der Strom i durch den Widerstand --9--, bedingt durch die Stromquelle --6, 7 und 14-- und den Operations- verstärker-17-.
Wird der Schleifer --42-- des Potentiometers --22-- verstellt, so ändern sich die Eingangsspannung am Eingang --43-- des Operationsverstärkers --17-- und die Eingangsspannung am Eingang --40-- des Operationsverstärkers --27--. Gleichzeitig werden die Brückendiagonalspannung und die Spannung am Ausgang --15-- des Operationsverstärkers --17-- variiert, was wieder einen Einfluss auf die Stärke des Stromes i hat.
Ist bei einer Aussentemperatur von-25 C die Brückendiagonalspannung gleich 0 V, so ist auch der Strom durch den Widerstand --9-- gleich 0 mA. Steigt die Aussentemperatur, so sinkt der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes --3--, so steigen auch die Spannung über dem Widerstand --4-und die Brückendiagonalspannung, was zur Folge hat, dass auch der Strom i durch den Widerstand--9-steigt. Es ergibt sich z. B. eine Kennlinie --50-- gemäss Fig.2, welche am Punkt --62-- endet.
Soll nun der Strom i bei einer Aussentemperatur von-15 C = 0 mA sein, so muss die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers --17-- so hoch sein, dass erst nach einem Ansteigen der Aussentemperatur über - 15 C die Brückendiagonalspannung einen Stromfluss i durch den Widerstand --9-- erlaubt.
Die Spannung am Eingang --43-- des Operationsverstärkers --17-- wird mittels des Schleifer-42- des Potentiometers --22-- eingestellt. Da gleichzeitig die Brückenspeisespannung vergrössert wird, ergibt sich eine grössere Steigung der Ladekennlinie --53--, welche ebenfalls im Punkt --62-- endet.
Wird der Schleifer --39-- des Potentiometers --20-- derart verstellt, dass die Brückenspeisespannung und somit auch die Eingangsspannung am Eingang --43-- des Operationsverstärkers --17-- sinken, so
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--2--,Widerstandes --3-- verringert wird. Da sich aber die Spannungsverhältnisse in bezug auf die Eingangsspannungen an dem Eingang --43-- und dem Punkt --5-- nicht verändert haben, beginnt die Ladekennlinie im Abszissenpunkt-60-, d. h. bei-15 C.
Da sich aber, wie vorher erwähnt, die Brückenspeisespannung erniedrigt hat, wirkt sich eine Temperaturänderung des temperaturabhängigen Widerstandes --3-- nicht so stark aus, so dass die Lade- kennlinie --54-- im Punkt --63-- endet. Die Einstellungen der Schleifer --39 und 42-- der Potentiometer - 20 und 22-- beeinflussen sich gegenseitig nicht, d. h. der eingestellte Ladekennlinienanfang verändert sich nicht durch eine Verstellung des Schleifers --39-- des Potentiometers --20-- und umgekehrt.
Wird in Richtung der Abszisse und einer Parallelen zur Abszisse je ein Schiebepotentiometer angeordnet, wobei die Schieber mit einem elastischen Faden verbunden sind, kann dem Benutzer auf
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einfachste Weise eine Kennliniendarstellung gegeben werden, und der Benutzer kann sich auf einfache Weise die Kennlinie einstellen, die seinen Bedürfnissen entspricht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum unabhängigen Einstellen des Anfangs- und Endwertes eines elektrischen Messbereiches, insbesondere für Aufladeregler von Speicherheizungen, mit einer Brückenschaltung, deren einer Zweig aus der Serienschaltung eines Messwiderstandes und eines Festwiderstandes und deren anderer Zweig neben einem Widerstand ein Potentiometer aufweist, dessen Schleiferanschluss zusammen mit dem Verbindungspunkt der Widerstände des ersten Zweiges die Brückendiagonale darstellt, auf der der Messwert erscheint, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand als ein weiteres Potentiometer (20) ausgebildet ist, dessen Schleifer (39) über einen Widerstand (38) an eine Konstantstromquelle (28) und einen Eingang (37) eines Differenzverstärkers (27) geschaltet ist, dessen anderer Eingang (40)
mit der Brückendiagonale verbunden ist und dessen Ausgang (26) an einen Brückenspeisepunkt (25) angeschlossen ist und dass die Brückendiagonale an eine Spannungsquelle (10) angeschlossen ist, deren Strom nach Massgabe des Widerstandswertes des Messwiderstandes (3) variabel ist.