DE1690683A1 - Temperaturregelschaltung - Google Patents

Description

Temperaturregelschaltung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Temperaturregelschaltung mit einem Thermistor als Teil einer elektrischen Brücke.

Es sind Temperaturregelschaltungen bekannt, bei denen ein auf TemperaturschwanKungen ansprechendes Element, z.B. ein Thermiotor oder dergl. einen Teil einer normalerweise abgeglichenen elektrischen Brücke bildet, die durch zwei oder mehr Stromquellen gespeist wird und bei Regelabweichungen des Temj,eraturwerts über einen Verstärker ein einem geeigneten Regler aufzugebendes Regelsignal liefert. Nachteilig hierbei ist neben der mehrfachen Stromquelle die groß« Anzahl der enorderlichen Bauelmentt und der entsprechende Raumbedarf, sowie entsprechender Wartungsaufwqjid. Die En Ladung hat zur Aufgabe, derartige Regelschaltungen so zu verbessern, daß unter Aufrochterhaltung von Genauigkeit und Zuverlässigkeit die Zahl der Bauelemente und der Raumbedarf wesentlich verringert werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der eine Arm der Brücke aus wenigstens zwei in Reihe liegenden unter negativer Vorspannung stehenden Siliziumdioden besteht, beide Arme der Brücke an Masse liegen, und der Verstärker aus einem Transistor mit ebenfalls an Masse liegendem Emitter besteht, ferner ist eine einzige Gleichstromquelle ausreichend. Man unterscheidet bekanntlich Temperaturregler hoher Genauigkeit £+ 0,01°), mittlerer Genauigkeit (± 0,1-1°) und geringer Genauigkeit (+ 2-5°)· Die erfindunga^emaße verbesserung betriift inabesondere den* mittleren Genauigkeitsbericb. und

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zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit, geringes Gewicht und niedrigen Raumbedazf aus. Sie ibt besonders für die Raumfahrt günstig sinsetzbar.

In den Zeichnungen zeigt die Figur 1 die bekannte Schaltung, und Fissur 2 die erfindunbSgejiaße Temperaturregelschaltung.

Die in der Figur 1 gezeigte bekannte Regelschaltung mittlerer Genauigkeit erfordert zwei getrennte Gleichstromquellen, an deren eine über einen Widerstand die Zenerdiode 1 angeschlossen ist. Parallel zu dieser liegt die Meßschaltung mit dem Widerstand 3 und in Reihe mit dem letzteren die Widerstandsbrücke" 4 mit aem Thermistor 5 und Widerständet. 10, 11 und 12. An die Ausgangsklemmen der Brücke ist jeweils die Basis der beiden parallelgesehalteten, einen Diiieraatialverstärker 6 bildenden Transistoren 7 und 8 angeschlossen. Mit dem Kollektorkreis des einen Translators ist ein die Ausgangs- oder Regelspannung liefernder Widerstand 9 angeschlossen^ Sämtliche Widerstände sind Präzisionswiderstände. Der Thermistor 5 wird in unmittelbarer Nähe des zu regelnden Gegenstandes angeordnet, während die nahe beieinander liegenden Transistoren 7» 8 entfernt vom Thermistor nur der Umgebungstemperatur ausgesetzt sind. In der gezeigten Schaltung sind die tem j. eratürabhängigen Parameter der Transistoren einander entgegengesetzt, sodaß die Regelspannung von TemperaturSchwankungen der Umgebung weitgehend unabhängig ist. Andern!all» wäre eine mittlere Regelgenauigkeit nicht erreichbar. Sie Sollwerteinstellung erfolgt durch entsprechende Einstellung des Vergleichs·» Widerstands 10. In der gezeigten Schaltung nimmt die Regelspannung mit zunehmender Temperatur ab. Dies Verhältnis kann aber durch Austausch von Widerstand 10 und Thermistor umgekehrt werden.

Die in der Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße Schaltung kommt mit einer eineigen Gleichstromquelle niedriger Spannung 15 aus; ihr negativer Anschluß liegt an Masse, wahrend die positive Klemme über einen Widerstand 16 mit

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der Bracke 17 verbunden ist. Ein Arm der Bracke besteht aus den beiden in Reihe liegenden angepaßten Siliziumdioden 18, 19 mit negativer Vorspannung, während der andere Arm durch den Thermistor 21 und den mit diesem in Reihe liegenden Widerstand c2. gebildet wird. Bei Arme der Brücke liegen an Masse. Zur Verstärkung dient ein parallel zum Widerstand 22 liegender Siliziumtranöistor 23, dessen Emitterkreis ebenfalls an Masse lie_&t* Der Kollektorkreis ist über den Widex^tand 24 au die positive Klemme der Stromquelle 15 angescixlosseii. Bei Ungleichgewicht der Brücke zündet, der ία-ana ie tor und liefert eine Ausgangs*- oder Regeldi-aiinung über Wider-stand 24, die über den Leiter einem geeigneten Temperaturregler zugeführt wird. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung sei zunächst angenommen, daß die Siliziumdioden der Brücke durch Widerstände ersetzt werden. In diesem Falle besteht eine unzulässige Regelabweichung von'2 % für je 5° Änderung der Umgebungstemperatur, die auf die normale, temperatürab« hängige Basis-Emitter Spannungsschwankung zurückzuführen ist. (-2,2 mV/°C). Dies entspricht einer Änderung von 0,44 #/°C der normalen Zündspannung (ca. 0,55 V) des Transistors. Demgee,enüber vermeiden die Siliziumdioden 18, I9 diese Abweihhung. Zur genaueren Temperaturregelung werden die Siliziumdioden und der Tranaistor so angeordnet, daß die Um_fcebunsstemperatur die Gleiche ist. Der Thermistor wird auf oder in der Nähe dee zu regelnden Gegenstandes angeordnet. Wird cein nicht einstellbareer Widerstand 22 gewählt, so wird der Widerstandowert so gewählt, daß die Brücke bei Solltemperatur abgeglichen ist. Da der Wideretand beider Arme der Brücke ein Verhältnis von 1 t 1 aufweist, ist die Ausgangsspannung am linken Arm der Brücke gleich der Basisspannung des Traneistors 23·

Da der Basis-Emitterteil des Transistors 23 einer Siliziumdiode mit negativer Vorspannung entspricht, ist sein

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Temperatur-Widerstandskoeiiizient sowie seine Zündspannung die Gleiche wie die der Dioden 18, 19» liegen also i.d.R. bei 0,55 V. Somit ist bei abgeglichener Brücke die Auegangsspannung, am linken Arm der Brücke 0,55 V und der Transistor 23 beiindet sich gerade unterhalb der Zündspannung. Bei Abfall des Thermistorwiderstands zündet der Transistor und erzeugt das Regelsignal. Bei Anstieg des Thermistorwiderstands gelangt der Transistor noch weiter unterhalb der Zündspannung.

Für einen nahezu vollständigen Temperaturausgleich müssen die Dioden 18, 19 und der Basis-Emitterteil'"".des Transistors entsprechende Kennlinien aufweisen. Im einen Arm der Brücke müssen mindestens zwei angepaßte Dioden vorliegen; drei oder noch mehr Dioden können verwendet werden, wobei im .anderen Arm der Brücke das Thermistor-Widerstand Widerstandsverhältnis entsprechend geändert werden muß. Sin Temperaturausgleich wird nicht erzielt, wenn z.B. die ober· Diode durch eine Diode anderer Art oder einen Widerstand ersetst wird· Ie ist demnach nicht erforderlich, daß nur Siliziumdioden verwendet werden, aber beide Dioden und der Transistor aüssen der gleichen Art sein.

In der gezeigten Schaltung nimmt das Regelsignal mit abnehmender Temperatur zu, wobei die Wahl des Regeibreichs durch Auswahl oder Einstellung des Widerstands 22 erfolgt. Sine Umkehrung des Verhältnisses (Zunahme des Regelsignal mit zunehmender Temperatur) kann durch Vertauschen des Thermistors 21 und des Widerstands=22 erreicht werden.

Zur Erzielung der gewünschten Genauigkeit mufi in einer bekannten Meßbrücke gem. Figur 1 diese gegen Schwankungen der Stromquelle stabilisiert werden^)} Cerner muß der Verstärker mit einer Kompensation für Schwankungen der Umgebungstemperatur versehen sein; und schließlich muß der Meßarm "der Brücke mit niedriger Spannung betrieben werden, um ein Erhitzen des Thermistors zu vermeiden. Für die Temperaturkompensation werden meist Dioden mit positiver oder negativer Vorspannung gewählt. Eri'indungB&emaß ist axes jedoch nicht der Fall, da bei negativer Vorspannung im Eiaitterkreis des Transistors die Wirkung von Temperaturschv.anku^_ben iioc^ verst^rtt, bei positiver Vorspannung

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dagegen die Schaltung kompliziert und eine zweite Stromquelle erforderlich würde.

Die Dioden 18, 19 bieten gleichzeitig den weiteren Vorteil der Spannungsregelung. Damit läßt sich di^e Spannung ohne eine Zenerdiode regeln. Auch kann, die Brücke mit niedriger Spannung (1,1 V) betrieben werden. Damit bleibt der Stromfluß durch den Thermistor gering, und Abweichungen durch Aufheizen des Thermistors werden weitgehend vermieden. Die irfindungagemäße Schaltung wurde erfolgreich getestet, so bei 5°ι und obei 150°, wobei die Abweichung 0y$° und weniger betrugen.

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Claims (2)

■ · Patentansprüche

1. Elektrische Temperaturregelschaltung,, bei der ein Thermistor einen Teil einer abgeglichenen elektrischen Meßbrücke bildet, die bei Temperaturabweichun^en vom Sollwert über einen Verstärker einen Regelimpuls liefert, dadurch gekennzeichnet, daß

der eine Arm der Brücke aus wenigstens zwei, in Reihe liegenden unter negativer Voespannung stehenden Siliziumdioden (18, 19) besteht, beide Arme der Brücke an Masse liegen, und der Verstarker aus einem Transistor (23) mit ebenfalls an Masse liegendem Emitter besteht.

2. Elektrische Temperaturregelschaltung gemäß Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, aaß

die ließbrücke an eine einsige Gleichatwmquelle (15) angeschlossen ist. -

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