CH640984A5

CH640984A5 - Method and device for protecting an apparatus, which is provided with a heating device, against overheating

Info

Publication number: CH640984A5
Application number: CH674378A
Authority: CH
Inventors: Dietrich Fritz Arthu Mohnhaupt
Original assignee: Roth Carl Gmbh & Co
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1984-01-31
Also published as: DE2924611A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Absichern einer mit einer Heizeinrichtung versehenen Apparatur, beispielsweise Laboratoriumsapparatur gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3. The invention relates to a method and a device for securing an apparatus provided with a heating device, for example laboratory apparatus, according to the preamble of independent claims 1 and 3.

In der schweizerischen Patentschrift Nr. 423988 ist ein hochempfindliches Röhrenrelais zu diesem Zweck beschrieben, in dem ein Kaltkathodenthyratron als Verstärkungselement und ein elektromechanisches Relais als Schaltelement eingebaut ist. Solche Röhren werden jedoch heute nicht mehr hergestellt. Das Thyratron wurde verwendet, weil damals hochohmige und zuverlässige Halbleiter noch nicht zur Verfügung standen. Swiss patent no. 423988 describes a highly sensitive tube relay for this purpose, in which a cold cathode thyratron is installed as a reinforcing element and an electromechanical relay as a switching element. However, such tubes are no longer manufactured today. The thyratron was used because high-impedance and reliable semiconductors were not yet available at that time.

Bei der Anwendung dieses bekannten Relais wurde festgestellt, dass in manchen Fällen eine Überhitzung der überwachten Apparatur nicht zuverlässig verhindert werden konnte, wenn nämlich die über die Fühlerelektroden flies-sende Kühlwassermenge nicht ausreichend war, insbesondere wenn niedrig siedende Lösungen, z.B. ätherische oder methanolische Lösungen, am Rückfluss gekocht wurden. Das Relais kann den Zwischenzustand zwischen gar nicht und ausreichend fliessendem Kühlwasser nicht unterscheiden. Weiterhin waren manchmal besondere Sicherheitsmassnah-men nötig, da zwar nicht der Sonderstromkreis, wohl aber der Ausgangs-Schaltkreis nicht explosionssicher ist. When using this known relay, it was found that in some cases overheating of the monitored apparatus could not be reliably prevented, namely if the amount of cooling water flowing through the sensor electrodes was not sufficient, especially if low-boiling solutions, e.g. ethereal or methanolic solutions that were refluxed. The relay cannot distinguish the intermediate state between cooling water not flowing at all and flowing sufficiently. Furthermore, special safety measures were sometimes necessary, since not the special circuit, but the output circuit is not explosion-proof.

Die Erfindung hat sich nun zum Ziel gesetzt, diese Nachteile zu beseitigen und die zuverlässigen, hochohmigen und sehr preisgünstigen Halbleiterbauteile, die heute verfügbar sind, in einem neuen Verfahren und einer neuen Vorrichtung der oben bezeichneten Art einzusetzen. The invention has now set itself the goal of eliminating these disadvantages and of using the reliable, high-impedance and very inexpensive semiconductor components that are available today in a new method and a new device of the type described above.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass ausserdem, d.h. zusätzlich zum Kühlwasserstrom, die Temperatur an mindestens einer Stelle der Apparatur durch mindestens eine Temperatursonde überwacht wird, durch die bei ungenügendem Kühlwasserfluss und dadurch auftretendem Temperaturanstieg an der Temperatursonde ebenfalls das Abschalten der Heizeinrichtung bewirkt wird. The method according to the invention is now characterized in that in addition, i.e. in addition to the cooling water flow, the temperature at at least one point in the apparatus is monitored by at least one temperature probe, which also causes the heating device to be switched off in the event of insufficient cooling water flow and the temperature rise at the temperature probe which occurs as a result.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch je einen Halbleiterverstärker für Signalspannungen, die an den genannten Sonden anliegen, und durch ein elektrisches Schaltglied, welches mit den genannten Verstärkern derart verbunden ist, dass der Ausgang des Schaltgliedes, der zum Anschluss der Heizeinrichtung bestimmt ist, stromlos wird, sobald die Signalspannung an einer der Sonden einen Sollwert unter- bzw. überschreitet. The device according to the invention is characterized in each case by a semiconductor amplifier for signal voltages which are present at the said probes, and by an electrical switching element which is connected to the said amplifiers in such a way that the output of the switching element, which is intended for connecting the heating device, is de-energized as soon as the signal voltage on one of the probes falls below or exceeds a setpoint.

Insbesondere wird sowohl an die Wasserwiderstandssonde als auch an die Temperatursonde(n) je eine Signalspannung angelegt, deren Änderungen gegenüber einer Vergleichsspannung abgefühlt und verstärkt werden. Das elektrische Schaltglied wird ausgelöst, welches die Apparatur-Heizeinrichtung ausschaltet, wenn der Pegel einer der ver5 In particular, a signal voltage is applied to both the water resistance probe and the temperature probe (s), the changes of which are sensed and amplified compared to a reference voltage. The electrical switching element is triggered, which switches off the apparatus heating device when the level of one of the ver5

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stärkten Signalspannungen das Fehlen von Kühlwasser oder das Auftreten einer erhöhten Temperatur signalisiert. strong signal voltages signals the lack of cooling water or the occurrence of an elevated temperature.

In zweckmässiger Weise sind die Verstärker der Signalspannungen Operationsverstärker mit hochohmigen Eingängen, die als elektronische Schalter mit zwei Ausgangs-Schalt-zuständen, nämlich «L» (positive Sättigung) und «0» (negative bzw. Nullsättigung, wenn einfache Speisung verwendet wird) geschaltet sind, und diese Verstärker sind mit einem Komparator, wo sie mit einer Festspannung verglichen werden, über UND-Gatter oder durch Kaskadenschaltung verbunden, so dass der genannte Pegel «0» ist, wenn nur eine der Verstärker Nullpotential abgibt, was zum Abschalten der angeschlossenen Heizeinrichtung führt. The amplifiers of the signal voltages are expediently operational amplifiers with high-impedance inputs, which are connected as electronic switches with two output switching states, namely “L” (positive saturation) and “0” (negative or zero saturation if simple supply is used) and these amplifiers are connected to a comparator, where they are compared to a fixed voltage, via AND gates or by cascade connection, so that the level mentioned is «0» if only one of the amplifiers outputs zero potential, which leads to the disconnection of the connected ones Heater leads.

Vorteilhaft ist die Verwendung eines Triacs als elektrisches Schaltglied. Triacs sind bidirektionelle Thyristoren und für die Schaltung vom Wechselströmen geeignet. Sie können bei jedem Nulldurchgang der Wechselstromphase durch einen Trigerimpuls oder -impulszug eingeschaltet, d.h. leitend gemacht werden. Durch eine Phasenanschnittschaltung, bei der gegenüber dem Nulldurchgang zeitverschobene Impulse auf die Triggerelektrode gegeben werden, ist es zudem möglich, ohne wesentlichen zusätzlichen Bauteilaufwand eine praktisch verlustlose Regelung der angeschlossenen Heizleistung zu erzielen, und dies stellt eine bevorzugte Ausführungsform des neuen Gerätes dar. The use of a triac as an electrical switching element is advantageous. Triacs are bidirectional thyristors and suitable for switching alternating currents. They can be switched on by a triger pulse or pulse train at each zero crossing of the AC phase, i.e. be made conductive. Through a phase control circuit, in which time-shifted pulses are given to the trigger electrode with respect to the zero crossing, it is also possible to achieve a practically lossless control of the connected heating power without significant additional component expenditure, and this represents a preferred embodiment of the new device.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfin-dungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Exemplary embodiments of the device according to the invention are shown in the drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Prinzip-Schaltschema, 1 is a schematic diagram,

Fig. 2 das Schaltschema einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 shows the circuit diagram of a first embodiment and

Fig. 3 das Schaltschema einer zweiten Ausführungsform. Fig. 3 shows the circuit diagram of a second embodiment.

In Fig. 1 ist das Netzteil des Gerätes mit 10 bezeichnet. Die Eingangsklemmen 12 werden an das Netz angeschlossen. Das Netzteil 10 versorgt die anderen Bauteile über die Leitungen 14 mit Gleichspannung. Der Verstärker 16, an den die Wasserwiderstandssonde mit ihren Elektroden 17 angeschlossen ist, ist mit den Verstärkern 18, die mit je einer Temperatursonde (PTC- oder NTC-Widerstände) verbunden sind, In Fig. 1, the power supply of the device is designated 10. The input terminals 12 are connected to the network. The power supply unit 10 supplies the other components with direct voltage via the lines 14. The amplifier 16, to which the water resistance probe is connected with its electrodes 17, is connected to the amplifiers 18, which are each connected to a temperature probe (PTC or NTC resistors),

über UND-Tore 20 verknüpft. Der Verstärker 16 ist so geschaltet, dass er ein positives Ausgangssignal («L»-Signal) abgibt, wenn der Widerstand zwischen den Elektroden 17 kleiner als etwa 1 MOhm wird, ein Wert, der bei einem Elek-trodenabstand von ca. 5 cm selbst mit nicht entgastem destillierten Wasser erreicht wird. linked via AND gates 20. The amplifier 16 is switched in such a way that it emits a positive output signal (“L” signal) when the resistance between the electrodes 17 becomes less than about 1 MOhm, a value which itself is approximately 5 cm apart is achieved with non-degassed distilled water.

Bevorzugt wird zur Kontrolle des Kühlwasserflusses ein Kontaktgefäss verwendet, wie es in Fig. 3 der CH-PS 423 988 dargestellt ist. A contact vessel is preferably used to control the cooling water flow, as shown in FIG. 3 of CH-PS 423 988.

Anstelle der Verwendung von UND-Toren 20 ist es auch möglich, die Verstärker 16 und 18 in Kaskade zu schalten, wie weiter unten näher erläutert wird. Instead of using AND gates 20, it is also possible to cascade the amplifiers 16 and 18, as will be explained in more detail below.

Die Verstärker 18, von denen in der Regel nur einer vorhanden ist, sind so geschaltet, dass sie L-Signal abgeben, solange der Widerstand der Temperatursonde 19 nicht unter einen bestimmten, temperaturabhängigen Wert fällt. Zur Einstellung dieser Ansprech- oder Schwelltemperatur sind Einstellmittel vorgesehen, die durch Pfeile angedeutet sind. The amplifiers 18, of which only one is generally present, are switched in such a way that they emit an L signal as long as the resistance of the temperature probe 19 does not fall below a specific, temperature-dependent value. Setting means are provided for setting this response or threshold temperature, which are indicated by arrows.

Wenn alle Verstärker 16 und 18 L-Signale erzeugen, so liegt auch auf der Leitung 21, die zur Erregerschaltung 22 führt, ein L-Signal. Die Erregerschaltung ist beispielsweise ein Leistungstransistor, an dessen Basis die Leitung 21 geführt ist, oder eine Triac-Triggerschaltung, wie unten erläutert wird. Führt nur ein einziger Ausgang der Verstärker 16, 18 0-Signal, so liegt auch die Leitung 21 auf O-Potential, und die Erregerschaltung 22 gibt keinen Arbeitsbefehl an das elektrische Schaltglied 24. Dieses ist z.B. ein elektromechanisches Relais, bevorzugt aber ein Halbleiterschalter wie Thyristor oder Triac. Bei 23 wird eine Fremdspannung, im allgemeinen Netzspannung, und bei 25 die Heizeinrichtung der zu sichernden Apparatur angeschlossen. In manchen Fällen, wie beim Einbau von optogekoppelten Halbleiterrelais der International Rectifier, Oxted, GB, sind die Schaltungen 22 und 24 zusammen in einem Gehäuse untergebracht. If all amplifiers 16 and 18 generate L signals, there is also an L signal on line 21, which leads to excitation circuit 22. The excitation circuit is, for example, a power transistor, at the base of which line 21 is guided, or a triac trigger circuit, as will be explained below. If only a single output of the amplifiers 16, 18 carries a 0 signal, the line 21 is also at O potential, and the excitation circuit 22 does not give a work command to the electrical switching element 24. This is e.g. an electromechanical relay, but preferably a semiconductor switch such as a thyristor or triac. At 23 an external voltage, generally mains voltage, and at 25 the heating device of the apparatus to be secured is connected. In some cases, such as when installing opto-coupled semiconductor relays from International Rectifier, Oxted, GB, circuits 22 and 24 are housed together in one housing.

Das Schaltschema einer ersten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. The circuit diagram of a first practical embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 2.

Die Netzspannung N gelangt zum Netztransformator 30 mit z.B. 12 V Sekundärspannung. Mit 40 ist eine Nulldurch-gangs-Triactriggerschaltung bezeichnet, die z.B. als integrierte Schaltung (TDA 1024; jiA 742; CA 3059) handelsüblich ist, aber auch aus einzelnen Bauteilen aufgebaut sein kann (vgl. H. Lilen, Thyristors et Triacs, Editions Radio, Paris 1975). In der Ausführungsform war die Schaltung TD A 1024 verwendet. Die Sekundärspannung wird dem zenerstabilisierten Netzteil 42 zugeführt. Die Schaltung 40 enthält weiterhin einen Nulldurchgangsdetektor 44, der auch an Wechselstromphase liegt, sowie einen Komparator 46 und einen Impulsgenerator 48, deren Funktionen noch erläutert werden. The mains voltage N arrives at the mains transformer 30 with e.g. 12 V secondary voltage. 40 denotes a zero-crossing triac trigger circuit, which e.g. as an integrated circuit (TDA 1024; jiA 742; CA 3059) is commercially available, but can also be constructed from individual components (see H. Lilen, Thyristors et Triacs, Editions Radio, Paris 1975). In the embodiment, the circuit TD A 1024 was used. The secondary voltage is supplied to the center stabilized power supply unit 42. The circuit 40 also contains a zero crossing detector 44, which is also connected to the AC phase, as well as a comparator 46 and a pulse generator 48, the functions of which will be explained below.

Die vom Netzteil 42 erzeugte Gleichspannung liegt über die Leitung 50 an den beiden Spannungsteilen eines ersten Operationsverstärkers 54 an (z.B. |jA 741 ; LM 358N), der hier ohne Rückkopplung als elektronischer Schalter geschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingang ( + ) erhält über die Widerstände 53a und 53b eine feste Bezugsspannung; der Spannungsteiler am invertierenden Eingang ( — ) besteht aus einem Festwiderstand 52a sowie zwei Elektroden 52 einer Wasser-Widerstandssonde. Der Widerstand 52a wird so gewählt, dass beim Fliessen eines Kühlwasserstromes über beide Elektroden 52 die Spannung am Eingang ( — ) infolge des endlichen Wasserwiderstandes unter diejenige am Eingang ( + ) fällt. Wenn die Widerstände 53a und 53b gleich gross sind, so ist ein passender Widerstandswert für 52a 0,8 bis 10 MOhm. The DC voltage generated by the power supply unit 42 is applied via line 50 to the two voltage parts of a first operational amplifier 54 (e.g. | jA 741; LM 358N), which is connected here as an electronic switch without feedback. The non-inverting input (+) receives a fixed reference voltage via resistors 53a and 53b; the voltage divider at the inverting input (-) consists of a fixed resistor 52a and two electrodes 52 of a water resistance probe. Resistor 52a is selected such that when a cooling water flow flows through both electrodes 52, the voltage at the input (-) falls below that at the input (+) due to the finite water resistance. If the resistors 53a and 53b are the same size, a suitable resistance value for 52a is 0.8 to 10 MOhm.

Der Ausgang des Verstärkers 54 bildet die Spannungsquelle für zwei Spannungsteiler eines zweiten OP-Verstärkers 58. Am Eingang ( + ) des letzteren liegt die Mittenspannung, die durch einen Festwiderstand 56a und einen Sondenwiderstand 56b einer Temperatursonde mit negativem Temperaturkoeffizienten erzeugt wird, und am Eingang ( — ) die von einem Festwiderstand 57a und einem Drehpotentiometer 57b erzeugte Teilspannung. Die Werte der vier Widerstände sind so gewählt, dass bei der Anfangs-Schleiferstellung des Potentiometers 57b und bei einer Temperatur bis ca. 30 °C der Temperatursonde die Spannung am Eingang ( + ) höher als diejenige am Eingang (-) ist. Der Ausgang des Verstärkers 58 liegt über die Leitung 59 am nichtinvertierenden Eingang ( + ) 60 des als Komparator wirkenden Differenzverstärkers 46 der Triggerschaltung 40. Der invertierende Eingang wird über den Spannungsteiler 62a, 62b mit einer Bezugsspannung versorgt. Der Ausgang 64 des Impulsgenerators 48 ist mit dem Impulstransformator 66 verbunden, dessen Sekundärwicklung einerseits mit der Triggerelektrode 67 und andererseits mit dem Anschluss T1 («common») des Triacs 70 verbunden ist. An den Anschlüssen 71 wird die Heizeinrichtung der zu sichernden Apparatur angeschlossen, und an den Buchsen N liegt beliebig gepolte Netzwechselspannung. The output of amplifier 54 forms the voltage source for two voltage dividers of a second OP amplifier 58. At the input (+) of the latter there is the center voltage, which is generated by a fixed resistor 56a and a probe resistor 56b of a temperature probe with a negative temperature coefficient, and at the input ( -) the partial voltage generated by a fixed resistor 57a and a rotary potentiometer 57b. The values of the four resistors are selected so that when the potentiometer 57b is initially in the wiper position and the temperature probe reaches a temperature of up to approx. 30 ° C, the voltage at the input (+) is higher than that at the input (-). The output of the amplifier 58 is connected via line 59 to the non-inverting input (+) 60 of the differential amplifier 46 acting as a comparator of the trigger circuit 40. The inverting input is supplied with a reference voltage via the voltage divider 62a, 62b. The output 64 of the pulse generator 48 is connected to the pulse transformer 66, the secondary winding of which is connected on the one hand to the trigger electrode 67 and on the other hand to the connection T1 (“common”) of the triac 70. The heating device of the apparatus to be secured is connected to the connections 71, and the AC mains voltage of any polarity is connected to the sockets N.

Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt. Es fliesse ein Kühlwasserstrom über die Elektroden 52, und die Temperatursonde 56b befinde sich z.B. im unteren Drittel eines Rückflusskühlers der angeschlossenen Apparatur, in der eine ätherische Lösung (Siedepunkt des Äthers ca. 35 °C) am Rückfluss gekocht wird. Die Skala des Potentiometers 57b wurde zuvor auf Temperatur geeicht: Mit steigender Temperatur an der Sonde 56b sinkt die Spannung am Eingang ( + ) des OP-Verstärkers 58, und am Eingang (-) kann mit dem Potentiometer 57b eine gleichgrosse Spannungssenkung her5 The circuit described works as follows. A flow of cooling water flows over the electrodes 52 and the temperature probe 56b is e.g. in the lower third of a reflux condenser of the connected equipment, in which an ethereal solution (boiling point of the ether approx. 35 ° C) is boiled at the reflux. The scale of the potentiometer 57b was previously calibrated to temperature: As the temperature at the probe 56b rises, the voltage at the input (+) of the OP amplifier 58 decreases, and at the input (-) the potentiometer 57b can be used to reduce the voltage equally 5

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vorgerufen werden. Das Potentiometer wurde nun auf 34 °C eingestellt. be called. The potentiometer has now been set to 34 ° C.

Am Verstärker 54 ist der Eingang ( + ) positiv gegenüber Eingang ( — ), da der Widerstand bei 52 kleiner als der Widerstand 52a ist (R 53a = R 53b). Die Leitung 55 führt daher L-Potential, und der Eingang (+) des Verstärkers 58 ist ebenfalls positiv, da die Temperatursonde relativ kalt und ihr Widerstand 56b daher hoch ist. Auf der Leitung 59 zum Eingang 60 des Komparators 46 liegt daher auch L-Potential, und der Impulsgenerator 48 erzeugt bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung einen Impulszug, der über den Transformator 66 auf den Trigger des Triacs 70 gegeben wird. Dieser zündet bei jeder Halbwelle, und die bei 71 angeschlossene Heizungseinrichtung beginnt sich zu erwärmen. At amplifier 54 the input (+) is positive compared to input (-), because the resistance at 52 is smaller than the resistance 52a (R 53a = R 53b). Line 55 therefore carries low potential and the input (+) of amplifier 58 is also positive since the temperature probe is relatively cold and its resistance 56b is therefore high. L-potential is therefore also on line 59 to input 60 of comparator 46, and pulse generator 48 generates a pulse train at each zero crossing of the AC voltage, which train is applied to triac 70 trigger via transformer 66. This ignites at every half-wave, and the heating device connected at 71 begins to heat up.

Wird der Kühlwasserfluss unterbrochen, so wird Eingang ( —) des Verstärkers 54 positiv und sein Ausgang «0». Dadurch kann auch der Verstärker 58 nicht mehr arbeiten, und auf der Leitung 59 liegt O-Potential. Der Impulsgenerator 48 hört nun auf zu arbeiten, und liefert keine Impulse mehr, wodurch der Triac 70 sperrt und die geschlossene Heizeinrichtung ausschaltet. If the cooling water flow is interrupted, the input (-) of the amplifier 54 becomes positive and its output «0». This also means that the amplifier 58 can no longer work, and line 59 is at O potential. The pulse generator 48 now stops working and no longer delivers pulses, as a result of which the triac 70 locks and the closed heating device switches off.

Bei nicht unterbrochenem, aber noch ein wenig fliessen-dem Kühlwasser ist die Kühlung im Rückflusskühler ungenügend. Ätherdampf aus dem Siedekolben beginnt darin hochzusteigen und umspült nach einiger Zeit die dort eingeführte Sonde 56b, die sich erwärmt. Ihr Widerstand sinkt, und bei 34 °C wird Eingang ( + ) des Verstärkers 58 negativ gegenüber dem Eingang (-), so dass der Ausgang in den 0-Zustand übergeht. Dadurch hört auch der Impulsgenerator 48 auf zu arbeiten, und die bei 71 angeschlossene Heizeinrichtung wird wie eben beschrieben abgeschaltet. If the cooling water is not interrupted but still flows a little, the cooling in the reflux condenser is insufficient. Ether vapor from the boiling flask begins to rise therein and after some time flows around the probe 56b which is introduced there and heats up. Their resistance drops and at 34 ° C the input (+) of amplifier 58 becomes negative compared to the input (-) so that the output changes to the 0 state. As a result, the pulse generator 48 also stops working, and the heating device connected at 71 is switched off as just described.

In manchen Fällen bleibt das Kühlwasser aus, weil sich z.B. infolge eines Wasserdruckstosses der Kühlwasserschlauch vom Hahn gelöst hat. Dann sollte die Kühlwasserzufuhr dauernd abgesperrt bleiben. Diese Absperrang ist ebenfalls erwünscht, wenn das Kühlwasser für mehrere Minuten ausfällt, weil dann zunächst das Sieden in der Apparatur aufhört und dann beim erneuten Einschalten der Heizeinrichtung Siedeverzug zu befürchten ist. Zu diesem Zweck wird am Kühlwasser-Absperrhahn ein nicht dargestelltes Magnetventil angebracht, das nur beim Anliegen eine Erregerspannung öffnet. Ist diese gleich mit der Netzspannung, so wird sie ebenfalls bei 71 angeschlossen. Es ist auch möglich, das Magnetventil über eine nicht dargestellte Triacschaltung zu erregen; in diesem Fall, bei dem auch andere als Netzspannung verwendet werden kann (z.B. 24 oder 48 V Wechselstrom), wird ein Impulstransformator 66 mit zwei Sekundärwindungen verwendet, und ein zweiter, nicht dargestellter Triac wird an die freie zweite Wicklung angeschlossen. Weiterhin ist die Erregung durch ein bevorzugt hermetisch verschlossenes Relais 80 möglich, dessen Spule in der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 81 liegt, dessen Basisstrom vom Ausgang des Verstärkers 58 geliefert wird. Das Magnetventil, Anschluss M, liegt über den Arbeitskontakt 82 an der Fremdspannung F. Zur Inbetriebsetzung des Gerätes ist ein Taster 72 vorgesehen, mit dem die Wasserwiderstandssonde 52 solange überbrückt (und dadurch das Magnetventil geöffnet) wird, bis Kühlwasser fliesst und das Gerät die Einschaltfunktion übernimmt. Damit aber das Magnetventil nicht geschlossen wird, wenn das Kühlwasser nur kurz unterbrochen wird, z.B. wenn es Luftblasen führt - ein einmal geschlossenes Magnetventil setzt das Gerät bis zur erneuten Betätigung des Tasters 72 ausser Betrieb -, ist zwischen den Eingang (—) des Verstärkers 58 und dessen Ausgang ein Kondensator 61 geschaltet; er bewirkt eine Verzögerung des Überganges L->-0 auf der Leitung 59 um 2 bis 20 Sekunden bei Werten von etwa 5 nF bis 1 (J.F. In some cases, the cooling water is absent because e.g. the cooling water hose has come off the tap due to a water pressure surge. Then the cooling water supply should remain shut off permanently. This shut-off position is also desirable if the cooling water fails for several minutes, because then the boiling in the apparatus stops and then there is a risk of delayed boiling when the heating device is switched on again. For this purpose, a solenoid valve (not shown) is attached to the cooling water shut-off valve, which opens an excitation voltage only when it is applied. If this is equal to the mains voltage, it is also connected at 71. It is also possible to excite the solenoid valve via a triac circuit, not shown; in this case, other than the mains voltage (e.g. 24 or 48 V AC), a pulse transformer 66 with two secondary windings is used and a second triac, not shown, is connected to the free second winding. Furthermore, the excitation is possible by a preferably hermetically sealed relay 80, the coil of which lies in the collector-emitter path of a transistor 81, the base current of which is supplied by the output of the amplifier 58. The solenoid valve, connection M, is connected to the external voltage F via the make contact 82. To start up the device, a button 72 is provided with which the water resistance probe 52 is bridged (and the solenoid valve is opened) until cooling water flows and the device switches on takes over. So that the solenoid valve is not closed if the cooling water is interrupted only briefly, e.g. if there are air bubbles - a closed magnetic valve deactivates the device until the button 72 is pressed again - a capacitor 61 is connected between the input (-) of the amplifier 58 and its output; it delays the transition L -> - 0 on line 59 by 2 to 20 seconds at values of about 5 nF to 1 (J.F.

Fig. 3 zeigt eine zweite praktische Ausführungsform der neuen Vorrichtung, die gleichzeitig eine verlustlose Leistungsregelung der angeschlossenen Heizeinrichtung erlaubt. Sie unterscheidet sich vom Gerät nach Fig. 2 nur durch eine Triggerschaltung, die eine zeitliche Verschiebung des Einsetzens der Triggerimpulse gegenüber dem Spannungs-Nulldurch-gang gestattet. Eine solche Triggerschaltung kann aus einzelnen Bauelementen aufgebaut sein; vorteilhafter und billiger ist auch hier die Verwendung einer integrierten Schaltung 40' (Fig. 3), die die meisten Einzelteile enthält (z.B. TCA 280A, Philips). Fig. 3 shows a second practical embodiment of the new device, which allows lossless power control of the connected heating device at the same time. It differs from the device according to FIG. 2 only by a trigger circuit which permits a time shift in the onset of the trigger pulses compared to the voltage zero crossing. Such a trigger circuit can be constructed from individual components; It is also more advantageous and cheaper to use an integrated circuit 40 '(FIG. 3) which contains most of the individual parts (e.g. TCA 280A, Philips).

In Fig. 3 entsprechen Bezugszeichen, die denen in Fig. 2 gleich sind, gleichen Elementen. Die Leitungen 50, «0» und 59 führen zu den Sonden bzw. den zugehörigen OP-Verstär-kern, die mit denen in Fig. 2 identisch sind. Die Schaltung 40' weist wie die Schaltung 40 einen Netzteil 42', einen Nulldurchgangsdetektor 44', einen Differenzverstärker 46' und einen Impulsgenerator 48' auf, zusätzlich aber noch einen Sägezahngenerator 47'. Die Verbindung zwischen dem Nulldetektor 44' und dem Differenzverstärker 46', Eingang ( + ), ist über einen Kondensator 85, der eine Taktverschiebung des Nulldurchgangssignals bewirkt, an Masse gelegt. Mit dem am Eingang ( - ) des Verstärkers 46' liegenden Potentiometer 86 lässt sich der Winkel der Taktverschiebung von 0 bis 90 °C verändern, so dass Triggerimpulse erzeugt werden können, die gegen die Netzfrequenz um 0 bis 90 °C verschoben sind, d.h. die an den Anschlüssen 71 liegende Heizeinrichtung lässt sich in ihrer Leistung von 100 bis 0% verlustlos regeln. Durch Einfügen von festen, nicht dargestellten Widerständen an einem oder beiden Enden des Potentiometers 86 lassen sich Endbereiche des Regelgebietes unterdrücken, so dass z.B. auch eine Regelung zwischen 10 und 100%, 20 und 90% usw. möglich ist. Natürlich werden auch hier nur dann Triggerimpulse erzeugt, wenn die Leitung 59 L-Potential führt. In Fig. 3, reference numerals which are the same as those in Fig. 2 correspond to the same elements. Lines 50, “0” and 59 lead to the probes or the associated OP amplifiers, which are identical to those in FIG. 2. The circuit 40 ', like the circuit 40, has a power supply unit 42', a zero crossing detector 44 ', a differential amplifier 46' and a pulse generator 48 ', but additionally also a sawtooth generator 47'. The connection between the zero detector 44 'and the differential amplifier 46', input (+), is grounded via a capacitor 85, which effects a clock shift of the zero crossing signal. With the potentiometer 86 at the input (-) of the amplifier 46 ', the angle of the clock shift can be changed from 0 to 90 ° C, so that trigger pulses can be generated which are shifted from the mains frequency by 0 to 90 ° C, i.e. the output of the heating device at the connections 71 can be regulated without loss from 100 to 0%. By inserting fixed resistors (not shown) at one or both ends of the potentiometer 86, end areas of the control area can be suppressed, so that e.g. regulation between 10 and 100%, 20 and 90% etc. is also possible. Of course, trigger pulses are only generated here if the line 59 carries L potential.

Auch bei dieser Ausführungsform lässt sich ein Magnetventil anschliessen, wenn z.B. die in Fig. 2 gezeigte Steuerung 80 bis 82 eingebaut wird. In this embodiment, too, a solenoid valve can be connected if e.g. the controller 80 to 82 shown in FIG. 2 is installed.

Das erfindungsgemässe Gerät hat viele Vorteile. Gegenüber dem bekannten Röhrenrelais weist es bei etwa gleichen Materialkosten zusätzliche Funktionen auf; die Temperatursonde erhöht den Sicherungseffekt beträchtlich, und eine Leistungsregelung macht die normalerweise erforderlichen teuren Zusatzgeräte entbehrlich. Es enthält keine bewegten Teile, erzeugt keine Radiostörungen, verbraucht selbst fast keine Leistung (< ca. 0,2 W) und ist robust und dauerhaft. Mit entsprechenden Triacs lassen sich Leistungen von 3 kW und mehr schalten und regeln. Die Schaltleistung an den Kontakten der Wasserwiderstandssonde ist derart gering, nämlich unter ]J,W, dass Explosionen nicht ausgelöst werden können; das Gerät kann also in explosionsgefährdeter Umgebung betrieben werden. Es eignet sich als Überwachungsgerät im Laboratorium und in der Industrie, besonders dort, wo Apparaturen über Nacht oder sonstwie unbeaufsichtigt laufen. Es ist dem Fachmann klar, dass die Anwendungsmöglichkeiten sehr vielseitig sind. The device according to the invention has many advantages. Compared to the known tube relay, it has additional functions at roughly the same material costs; the temperature probe increases the securing effect considerably, and a power control eliminates the expensive additional equipment normally required. It contains no moving parts, does not generate radio interference, consumes almost no power (<approx. 0.2 W) and is robust and durable. With appropriate triacs, outputs of 3 kW and more can be switched and regulated. The switching capacity at the contacts of the water resistance probe is so low, namely below] J, W, that explosions cannot be triggered; the device can therefore be operated in a potentially explosive atmosphere. It is suitable as a monitoring device in the laboratory and in industry, especially where equipment runs overnight or otherwise unsupervised. It is clear to the person skilled in the art that the possible uses are very diverse.

Die anzuschliessende Heizeinrichtung ist normalerweise eine elektrische Heizung. Es lassen sich auch Gasheizungen und solche mit strömenden Wärmeübertragungsmedien steuern, wobei dann das elektrische Schaltelement ein Magnetventil ist. The heater to be connected is usually an electric heater. It is also possible to control gas heaters and those with flowing heat transfer media, in which case the electrical switching element is a solenoid valve.

Die als Temperatursonden verwendeten Widerstände sind bevorzugt solche mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstände), da das beschriebene Gerät dann ausschaltet, wenn die Temperatursonde nicht angeschlossen oder defekt ist. Sie werden ganz analog wie die NTC-Widerstände geschaltet, wobei lediglich die Eingänge ( + ) und (-) der OP-Verstärker miteinander zu vertauschen sind. The resistors used as temperature probes are preferably those with a positive temperature coefficient (PTC resistors), since the device described switches off when the temperature probe is not connected or is defective. They are switched in the same way as the NTC resistors, with only the inputs (+) and (-) of the OP amplifier being interchanged.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

o5 o5

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

640 984

1. A method for securing an apparatus provided with a heating device, on which parts are cooled with cooling water, against overheating in the event of partial or complete cooling water failure, the cooling water flow being monitored by two electrodes which form a water resistance probe and between which there is a distance finite electrical resistance builds up, and the heating device being switched off in the absence of the cooling water flow, characterized in that the temperature at at least one point in the apparatus is also monitored by at least one temperature probe (19; 56b), by which in the event of insufficient cooling water flow and thereby occurring temperature rise on the temperature probe mentioned also causes the heating device to be switched off.

2. The method according to claim 1, characterized in that a signal voltage is applied to both the electrodes of the cooling water probe and the temperature probe or probes, the changes of which are sensed and amplified compared to a reference voltage, and that an electrical switching element (24 ; 70) is triggered, which switches off the heating device when one of the increased voltage changes signals the absence of cooling water or the occurrence of elevated temperature.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a semiconductor amplifier (16, 18; 54, 58) for signal voltages applied to the said probes (17, 19; 52, 56b), and by an electrical switching element ( 24; 70), which is connected to said amplifiers (16, 18; 54, 58) in such a way that the output of the switching element, which is intended for connecting the heating device, is de-energized when the signal voltage at one of the probes falls below a setpoint or exceeds.

4. Device according to claim 3, characterized in that a triac (70) with associated triac trigger circuit (40, 40 ') is provided as the electrical switching element, that the semiconductor amplifiers are operational amplifiers (54, 58), at the inputs of which a signal voltage of the associated probe (52, 56b) and a reference voltage are present so that the outputs of the operational amplifiers, which are linked by an AND gate or are connected in cascade, with a comparator (46, 46 ') of the trigger circuit (40, 40') are connected, to which a reference voltage is also applied, in such a way that when the voltage supplied by the last AND gate or the last operational amplifier falls below the comparator reference voltage, no trigger pulses are generated and the triac (70) becomes non-conductive.

5. The device according to claim 4, characterized in that the triac trigger circuit (40 ') is designed such that a phase loss of the triac excitation practically loss-free power control of the heating device to be connected can be effected by means of an actuator (86).

6. Device according to one of claims 3 to 5, in which a solenoid valve for the cooling water is provided, which can be switched simultaneously with the heating device and shuts off the cooling water flow when not energized, characterized in that for the temporary bridging of the electrodes (17, 52) Water resistance probe a button (72) is available for opening the solenoid valve.

7. The device according to claim 6, characterized in that a delay element (61) is installed to delay the switch-off of the electrical switching element, which also closes the solenoid valve, by at least 2 seconds.

8. Device according to one of the claims 4 to 7,

characterized in that resistors with a positive temperature coefficient are installed as temperature probes, and in that an actuator (57b) is provided for setting the response temperature of each temperature probe.

9. The device according to claim 4, characterized in that multiple operational amplifiers, which are connected in cascade, are installed, and that the output of the last operational amplifier is connected to the trigger circuit (40, 40 ').

10. Device according to one of the claims 3 to 9, characterized in that the probes (17, 19; 52, 56b) and their associated amplifiers (16, 18; 54, 58) are galvanically separated from the electrical switching element (24; 70) .