DD150122A1

DD150122A1 - ELECTRONIC TEMPERATURE CONTROL WITH TEMPERATURE-RESISTANT RESISTANCE ELEMENT

Info

Publication number: DD150122A1
Application number: DD22022580A
Authority: DD
Inventors: Bernhard Scheike; Volker Baier
Original assignee: Bernhard Scheike; Volker Baier
Priority date: 1980-04-07
Filing date: 1980-04-07
Publication date: 1981-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Temperaturregelschaltung mit temperaturabhaengigem Widerstandselement, die im weitesten Sinne als Thermostat benutzt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand ein sich selbst stabilisierendes Temperaturregelelement hoher Temperaturkonstanz und einstellbarer Temperatur zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz ein Thermistor mit NTC in einer Brueckenschaltung gleichzeitig als Heiz- und Meszelement verwendet wird. In einem Brueckenzweig ist ein konstanter Widerstand mit dem Thermistor in Reihe geschaltet. Der andere Zweig stellt eine Reihenschaltung zweier konstanter Widerstaende dar. Die Regelschaltung zur Auswertung der Brueckendiagonalspannung und Erzeugung der Brueckenversorgungsspannung stellt mit der Bruecke eine NIC-Schaltung dar. Zur Erreichung einer bestimmten Regelsteilheit und Stabilitaet wird ein konstanter Strom in den mitkoppelnden NIC-Brueckenzweig eingepraegt. Die Anwendungsgebiete der Erfindung liegen dort, wo das Temperaturregelelement im weitesten Sinne als Thermostat oder Regelelement eingesetzt werden kann.The invention relates to an electronic temperature control circuit with temperaturabhaengigem resistance element, which is used in the broadest sense as a thermostat. The invention has for its object, with little effort to create a self-stabilizing temperature control element high temperature stability and adjustable temperature. The object is achieved according to the invention by simultaneously using a thermistor with NTC in a bridge circuit as a heating and measuring element. In a bridge branch, a constant resistance is connected in series with the thermistor. The other branch represents a series connection of two constant resistors. The control circuit for evaluating the bridge diagonal voltage and generating the bridge supply voltage represents with the bridge an NIC circuit. To achieve a specific control slope and stability, a constant current is injected into the coupling-in NIC bridge branch. The fields of application of the invention are where the temperature control element can be used in the broadest sense as a thermostat or control element.

Description

-ι- 220 225-222 225

Seheike, Bernhard Jena, den 6. 3. 198OSeheike, Bernhard Jena, the 6. 3. 198O

Baier, VolkerBaier, Volker

Zustellungsbevollmächtigt:Zustellungsbevollmächtigt:

Akademie der Wissenschaften der DDR Zentralinstitut für Optik und Spektroskopie Berlin - Batentbüro -Academy of Sciences of the GDR Central Institute for Optics and Spectroscopy Berlin - Batentbüro -

Elektronische Temperaturregelschaltung mit temperaturabhängigem WiderstandselementElectronic temperature control circuit with temperature-dependent resistance element

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine elektronische Temperaturregelschaltung mit temperaturabhängigem Y/ider Standselement, die in zahlreichen Labor- oder Industriegeräten und Bauelementen oder Temperaturregelungen einsetzbar ist, z. "B. als Meß- und Heizelement eines Thermostaten, als Substrat- oder Küvettenheizung oder als Heizelement für elektronische Schaltungen.The invention relates to an electronic temperature control circuit with temperature-dependent Y / ider stand element that can be used in numerous laboratory or industrial equipment and components or temperature controls, z. B. as measuring and heating element of a thermostat, as a substrate or Küvettenheizung or as a heating element for electronic circuits.

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Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

In bekanntes elektronischen .Temperaturregelungsschaltungen benutzt man meist getrennte MeJ3- und Heizelemente. Insbesondere strebt man in solchen Regelungen an, daß die dabei verwendeten passiven Bauelemente sich durch die zugeführte elektrische Energie nicht selbst erwärmen, damit die Parameter dieser Bauelemente sich nicht durch Drift verändern.In known electronic .Temperaturregelungsschaltungen one usually uses separate MeJ3- and heating elements. In particular, it is desirable in such regulations that the passive components used in this case do not heat themselves by the supplied electrical energy, so that the parameters of these components do not change by drift.

Eine Ausnahme hiervon bilden aktive Brückenschaltungen, bei denen Heizwiderstand und Meßelement elektrisch eine Reihenschaltung bilden, wie sie z. B. in der DE-OS 20 36 (Klasse G 03 D, 23/24) beschrieben wird.An exception to this form active bridge circuits, in which the heating resistor and measuring element electrically form a series circuit, as z. B. in DE-OS 20 36 (class G 03 D, 23/24) is described.

Es sind jedoch auch Temperaturregelungen bekannt, bei denen das Heizelement auch als Meßelement dient. Allerdings kann darin das betreffende Element diese beiden Funktionen nur zeitweise nacheinander und nicht gleichzeitig übernehmen, und es werden zusätzliche Umschaltvorrichtungen zwischen Heiz- und MeBphase benötigt, was einen entsprechend hohen technischen Aufwand erfordert, z. B. Punktechnik 29(1974)6. 196.However, there are also known temperature controls, in which the heating element also serves as a measuring element. However, the element in question can only temporarily take over these two functions in succession and not at the same time, and additional switching devices between the heating and MeBphase are required, which requires a correspondingly high level of technical complexity, eg. B. Punktchnik 29 (1974) 6. 196th

In einer weiteren bekannten Temperaturregeleinrichtung (CH - PS 505 426, Klasse G 05 D 23/30) wird eine Brückenschaltung aus konstanten Widerständen und einem Widerstandselement mit IfTC (negative temperature coefficient), hier einem Thermistor, mit konstanter einstellbarer Spannung beaufschlagt, so daß eine definierte Eigenerwärmung des Thermistors stattfindet. Es stellt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen dem Thermistor und seiner Umgebung ein. Die Brückendiagonalspannung wird zur Temperaturregelung der Umgebung des Thermistors ausgenutzt. Der Thermistor dient auch bier nicht als Heiz- und Meßelement.In another known temperature control device (CH - PS 505 426, class G 05 D 23/30), a bridge circuit of constant resistors and a resistive element with IfTC (negative temperature coefficient), here a thermistor, with a constant adjustable voltage is applied, so that a defined self-heating of the thermistor takes place. It establishes a thermal equilibrium between the thermistor and its surroundings. The bridge diagonal voltage is used to control the temperature of the environment of the thermistor. The thermistor also serves beer not as a heating and measuring element.

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Alle diese Temperaturregelungen sind jedoch, relativ unempfindlich oder schaltungstechnisch, recht aufwendig.However, all these temperature controls are relatively insensitive or circuitry, quite expensive.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, Temperaturen z. B. in Laborgeräten empfindlicher und mit geringerem technischen Aufwand regeln zu können.It is the object of the invention, temperatures z. B. in laboratory equipment sensitive and to be able to control with less technical effort.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Temperaturregelschaltung mit temperaturabhängigem Widerstand zu schaffen, die sich selbst stabilisiert und sich durch hohe Temperaturkonstanz und einstellbare Temperatur auszeichnet.The invention has for its object to provide an electrical temperature control circuit with temperature-dependent resistance, which stabilizes itself and is characterized by high temperature stability and adjustable temperature.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein temperaturabhängiges Widerstandselement, vorzugsweise ein Thermistor, in einer elektrischen Brückenschaltung gleichzeitig Heiz- und Meßelement ist. In einem Brückenzweig ist ein konstanter Widerstand, der höher als der Thermistor belastbar ist, mit diesem in Reihe geschaltet. Der andere Brückenzweig besteht aus einer Reihenschaltung zweier konstanter liderstände. Die Regelschaltung zur Auswertung der Brückendiagonalspannung und zur gleichzeitigen Erzeugung der Brückenversorgungsspannung stellt zusammen mit der Brücke eine Modifikation einer an sich bekannten' NlC-Schaltung (negative impendance converter) dar.According to the invention the object is achieved in that a temperature-dependent resistor element, preferably a thermistor, in an electrical bridge circuit at the same time heating and measuring element. In a bridge branch, a constant resistance, which is higher than the thermistor loadable, connected in series with this. The other bridge branch consists of a series connection of two constant resistors. The control circuit for the evaluation of the bridge diagonal voltage and for the simultaneous generation of the bridge supply voltage together with the bridge is a modification of a known 'NlC circuit (negative impendance converter).

Zur Erreichung einer bestimmten Regelsteilheit und Stabilität wird ein konstanter Strom in den mitkoppelnden IfIC-Brückenzweig eingespeist. Eine ausreichende Leistungsreserve ist durch Wahl der maximalen Spannung über dem Ther-In order to achieve a specific control slope and stability, a constant current is fed into the coupling-in IfIC bridge branch. A sufficient reserve of power is available by selecting the maximum voltage across the thermistor

mistor zur schnellen ErwärmuDg desselben im kalten Zustand vorgesehen. Durch diese Leistung bleiben die übrigen drei Brückenvd.derstände aufgrund ihrer Dimensionierung auf konstanter Temperatur. Damit wird die Brücke nur durch den Temperatürgang des Thermistors verstimmt.Mistor for rapid heating of the same provided in the cold state. Due to this power, the remaining three bridge vices remain at a constant temperature due to their dimensioning. Thus, the bridge is detuned only by the temperature of the thermistor thermistor.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll an drei Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung erläutert werden:The invention will be explained with reference to three embodiments with reference to a drawing:

Figur 1 zeigt eine elektronische Temperaturregelschaltung mit temperaturabhängigem Widerstand gemäß dem ersten AusführungsbeispielFigure 1 shows an electronic temperature control circuit with temperature-dependent resistor according to the first embodiment

Als gleichzeitiges Heiz- und Meßelement 1 ist ein Thermistor in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung mit dem hochbelastbaren konstanten Widerstand 2 in Reihe geschaltet. Der andere Brückenzweig besteht aus den konstanten Widerständen 3 und 4-. In Verbindung mit dem Operationsverstärker (OpV) 5 bildet die Brücke eine modifizierte beschaltete NIC-Schaltung. Pur die Regelschaltung wird vorzugsweise ein an sich bekannter integrierter Schaltkreis MAA 723 verwendet, da er erstens· eine große Verlustleistung (800 mW) hat und durch äußere Beschaltung leicht auf sehr große Verlustleistungen erweitert werden kann und zweitens eine integrierte Referenzspannungsquelle besitzt, die für den zur Erzeugung einer bestimmten Regelcharakteristik notwendigen Konstantstrom benutzt wird. Ein Brückeneinspeisungspunkt ist am Ausgai3g des OpV 5» ü.er andere an einem Pol der Betriebsspannung des OpV 5 angeschlossen, hier am negativen Pol. Der Yerbindungspunkt von NTC-HaIbleiterwiderstand 1 und Widerstand 2 ist mit dem invertierenden Eingang, der Verbindnrigspunkt der Widerstände 3As a simultaneous heating and measuring element 1, a thermistor is connected in a bridge branch of a bridge circuit with the heavy-duty constant resistance 2 in series. The other bridge branch consists of the constant resistances 3 and 4-. In conjunction with the operational amplifier (OpV) 5, the bridge forms a modified switched NIC circuit. Purely the control circuit, a known integrated circuit MAA 723 is preferably used, since it firstly · has a large power loss (800 mW) and can be easily extended by external wiring to very large power losses and secondly has an integrated reference voltage source for the for Generating a certain control characteristic necessary constant current is used. A bridge feed-in point is connected to the output of the OpV 5 at the output of the OpV 5, and the other at one pole of the operating voltage of the OpV 5, here at the negative pole. The connection point of NTC semiconductor resistor 1 and resistor 2 is the inverting input, the connection point of the resistors 3

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und 4 mit dem nichtinvertierenden Eingang des OpV 5 verbunden· Der je nach Regelsteilheit notwendige Konstantstrom wird in den nichtinvertierenden Eingang des OpV 5 eingeprägt. Aufgrund der so gestalteten Schaltungsvariante und der Kennlinie des Thermistors 1 ergibt sich eine Regelcharakteristik zur Eigenkonstanthaltung der Temperatur desselben.and 4 connected to the non-inverting input of OpV 5 · The constant current required by the control slope is impressed into the non-inverting input of OpV 5. Due to the thus designed circuit variant and the characteristic of the thermistor 1 results in a control characteristic of the self-constant temperature of the same.

Iu einer Variante der Erfindung sind die Brückenwiderstände 2 gegen 3 und gleichzeitig 1 gegen 4 vertauscht. Hierbei bleibt die Regelcharakteristik erhalten.In a variant of the invention, the bridge resistors 2 are reversed to 3 and simultaneously 1 to 4. Here, the control characteristic is maintained.

Eo einer zweiten Variante ist als Heiz- und Meßelement 1 ein Widerstandselement mit PTC (positive temperature coefficient), ein Kaltleiter, eingesetzt. Hierbei müssen die Brückenanschlußpunkte vertauscht werden.Eo a second variant is as a heating and measuring element 1, a resistor element with PTC (positive temperature coefficient), a PTC thermistor used. In this case, the bridge connection points must be reversed.

Die erfindungsgemäße Regelschaltung besitzt folgende Vorteile:The control circuit according to the invention has the following advantages:

Gegenüber herkömmlichen Brückenschaltungen mit gleichem Verstärkungsgrad lassen sich je nach Thermistor und Umgebungstemperatur Empfindlichkeitssteigerungen bis zumCompared with conventional bridge circuits with the same gain, sensitivity increases up to the level of the thermistor and ambient temperature

ρ 10 -fachen erreichen. Durch die gleichzeitige Verwendung des Thermistors als Heiz- und Meßelement reduziert sich der Schaltungsaufwand gegenüber gleichempfindlichen Schaltungsausführungen erheblich.ρ reach 10 times. The simultaneous use of the thermistor as a heating and measuring element reduces the circuit complexity compared to equivalent circuit designs considerably.

Claims

- б - Jj invention claim

1. Electronic temperature control circuit with temperature-dependent resistance element, characterized in that the resistance element is simultaneously heating and measuring element in a bridge circuit, the two bridge arms in a conventional manner for a series connection of two constant resistors and on the other a series connection of the temperature-dependent resistive element with a constant Resistance is, however, wherein the control circuit for evaluating the bridge output voltage and simultaneous provision of the bridge supply voltage together with the bridge is a connected, known per se NIC circuit in the mitkoppelnden bridge branch to obtain a specific control slope and stability, a constant current is fed and through the Arrangement and dimensioning of the bridge resistors adapted to the control characteristic of the MC circuit of the characteristic of the temperature-dependent resistive element and their Leistu ngsreserve is large enough for rapid heating of the temperature-dependent resistor element, and that the temperature-dependent resistor element is self-stabilized by this circuit.

2. Electronic control circuit with temperature-dependent resistance element according to item 1, characterized in that the temperature-dependent resistance element is an NTC resistor.

3 · Electronic control circuit with temperature-dependent resistance element according to item 1, characterized in that the temperature-dependent WiderStandselement is a PTC resistor.

For this purpose the drawings