DE1765631B1

DE1765631B1 - ELECTRONIC THRESHOLD SWITCH FOR INCONSTANT TEMPERATURE REGULATION OF HEATERS

Info

Publication number: DE1765631B1
Application number: DE19681765631
Authority: DE
Inventors: Konstantin Dipl-Phys Dr Apel
Original assignee: Holzer Patent AG
Current assignee: Holzer Patent AG
Priority date: 1968-06-21
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1231977A

Description

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertschalter im Speisestromkreis eine pulsierende Gleichspannung zugeführt wird (Fi g. 4).2. Switch according to claim 1, characterized in that the threshold switch in the feed circuit a pulsating DC voltage is supplied (Fig. 4).

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßspannung liefernde Temperaturfühler in Form eines temperaturabhängigen Widerstandes (2) sowie ein den3. Switch according to claim 1 or 2, characterized in that the supplying the measuring voltage Temperature sensor in the form of a temperature-dependent resistor (2) and one the

stetigen Temperaturregelung von Wärmegeräten, 5 schalters in Gestalt eines Schmitt-Triggers ist es über den bei Über- und Unterschreiten von An- ferner aber bekannt (vgl. »Internationale elektrosprechschwellwerten an dem von der Meßspan- nische Rundschau«, 1964, S. 196), der Steuerspannung eines Temperaturfühlers beeinflußten nung des Schmitt-Triggers periodisch Rückführ-Steuereingang des Schwellwertschalters Schalt- impulse zu überlagern, deren Folgefrequenz viel mittel zur Verstellung des Stromes in der Heiz- io höher als die Änderungsfrequenz des durch den vorrichtung des Wärmegerätes betätigt werden Schmitt-Trigger zu überwachenden Vorganges ist. und bei dem Mittel zur Erzielung einer möglichst Dabei ist die Amplitude der Rückführimpulse gleich kleinen Schalthysterese vorgesehen sind, da- oder kleiner gewählt als der Schwellwertabstand des durch gekennzeichnet, daß dem Schwell- Schmitt-Triggers. Hierdurch wird zwar das Schalwertschalter im Speisestromkreis eine sich der 15 tungsmittel zur Verstellung des Heizstromes nicht Meßspannung überlagernde Spannung zugeführt laufend getaktet, ein erhöhter Schaltungsaufwand ist, die eine Wechselspannungskomponente ent- aber dadurch benötigt, daß die Rückführimpulse hält, deren Frequenz groß gegenüber der der nicht aus der Speisespannung des Schwellwertschal-Meßspannung ist und deren Amplitude größer ters, sondern durch einen besonderen Impulsgeneist als die Schalthysterese (Schwellwertabstand) 20 ratur oder bei Verwendung einer Wechselspannung des Schwellwertschalters. als Steuerspannung durch Gleichrichtung aus dieserIt is a constant temperature control of heating devices, 5 switches in the form of a Schmitt trigger however, it is also known about the exceeding or undershooting of the approach (cf. »International electro-speaking thresholds at the von der “Meßspanische Rundschau”, 1964, p. 196), the control voltage of a temperature sensor influenced the Schmitt trigger periodic feedback control input of the threshold switch to superimpose switching pulses, the repetition frequency of which is high means for adjusting the current in the heating io higher than the change frequency of the through the device of the heating device are actuated Schmitt trigger is to be monitored. and in the case of the means for achieving as much as possible, the amplitude of the feedback pulses is the same small switching hysteresis are provided, selected as or smaller than the threshold distance of the characterized in that the Schwell-Schmitt trigger. Although this is the switching value switch in the supply circuit one of the 15 means for adjusting the heating current is not Voltage superimposed on measuring voltage supplied continuously clocked, increased circuit complexity is, which ent- but requires an alternating voltage component that the feedback pulses holds whose frequency is high compared to that of the not from the supply voltage of the threshold value measurement voltage and whose amplitude is greater, but by a special pulse genius than the switching hysteresis (threshold distance) 20 temperature or when using an alternating voltage of the threshold switch. as a control voltage through rectification from this

gewonnen werden.be won.

Es ist ferner ein elektronischer Schwellwertschalter mit einer Auslöseschaltung bekannt (deutsche Aus-25 legeschrift 1 236 570), bei dem als Steuerspannung eine pulsierende Gleichspannung dient; ein allein durch die Pulsation der Gleichspannung beim Überoder Unterschreiten der Schwellwerte bedingtes Takten am Ausgang des Schwellwertschalters wirdThere is also an electronic threshold switch with a trigger circuit known (German Aus-25 Legeschrift 1 236 570), in which a pulsating DC voltage is used as the control voltage; one alone due to the pulsation of the DC voltage when the threshold values are exceeded or not reached Clocking at the output of the threshold switch is

Temperaturfühler im Steuerstromkreis enthalten- 30 dort durch einen nachgeschalteten Speicher verder erster Transistor (3) des Schwellwertschalters mieden,
an Gleichspannung und ein zweiter mit seiner Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zuBasis-Emitter-Strecke im Emitter-Kollektor-Kreis gründe liegt, einen Schwellwertschalter der eingangs des ersten Transistors liegender Transistor (6) genannten Art derart weiterzubilden, daß ohne Veran pulsierende Gleichspannung geschaltet ist 35 größerung des Schaltungsaufwandes die Hysterese (F i g. 5). des Schwellwertschalters vernachlässigbar klein geTemperature sensors included in the control circuit - 30 avoided there by a downstream memory verder the first transistor (3) of the threshold value switch,
to DC voltage and a second with its Here, the invention begins, which is the task of the base-emitter path in the emitter-collector circuit to develop a threshold switch of the type mentioned at the beginning of the first transistor lying transistor (6) in such a way that without Veran pulsing DC voltage is switched 35 increasing the circuit complexity the hysteresis (Fig. 5). of the threshold switch negligibly small

halten wird.will hold.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem Schwellwertschalter im Speisestromkreis eine sichThis object is achieved in that the threshold switch in the supply circuit has a

40 der Meßspannung überlagernde Spannung zugeführt40 voltage superimposed on the measuring voltage

ist, die eine Wechselspannungskomponente enthält, deren Frequenz groß gegenüber der Meßspannung ist und deren Amplitude größer ist als die Schalt-which contains an alternating voltage component, the frequency of which is large compared to the measuring voltage and whose amplitude is greater than the switching

Die Erfindung betrifft einen elektronischen hysterese (Schwellwertabstand) des Schwellwert-Schwellwertschalter zur unstetigen Temperatur- 45 schalters.The invention relates to an electronic hysteresis (threshold distance) of the threshold value switch to the discontinuous temperature switch.

regelung von Wärmegeräten, über den bei Über- Durch diese Maßnahme wird eine Verringerungregulation of heating devices, via which in case of over- Through this measure there is a reduction

und Unterschreiten von Ansprechschwellwerten an der Hysterese des Schwellwertschalters um ein Maß dem von der Meßspannung eines Temperaturfühlers bewirkt, daß der Schwellwertschalter bei der Regebeeinflußten Steuereingang des Schwellwertschalters lung von Wärmegeräten dem Temperaturfühler mit Schaltmittel zur Verstellung des Stromes in der Heiz- 50 hinreichender Genauigkeit folgen kann. Der Schälvorrichtung des Wärmegerätes betätigt werden und tungsaufwand ist deshalb gering, weil dabei die bei dem Mittel zur Erzielung einer möglichst kleinen Wechselspannungskomponente einer als Speisespan-Schalthysterese vorgesehen sind. nung des Schwellwertschalters dienenden pulsieren-Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser den Gleichspannung ausgenutzt wird. Dies gilt ins-Art (vgl. »Elektronik«, 1967, S. 366, 367) wird 55 besondere dann, wenn die pulsierende Gleichspandurch einen Transistorverstärker mit Rückkopplung nung durch Gleichrichtung aus dem normalen als Schwellwertschalter eine Verstärkung der Meß- Wechselstromnetz gewonnen wird. Die bei der Erspannung und gleichzeitig mit Hilfe eines im Rück- findung auftretende Taktung wirkt sich auf handelskopplungskreis liegenden Einstellwiderstandes eine übliche Relais mit Kurzschlußwindung nicht nachVerringerung der Hysterese der Schwellwertschalters 60 teilig aus.and falling below the response threshold values at the hysteresis of the threshold value switch by a certain amount that of the measuring voltage of a temperature sensor causes the threshold switch to be influenced by the rain Control input of the threshold switch development of heating devices with the temperature sensor Switching means for adjusting the current in the heating 50 can follow with sufficient accuracy. The peeling device of the heating device are operated and management costs are low, because it is the in the case of the means to achieve the smallest possible alternating voltage component as a supply voltage switching hysteresis are provided. tion of the threshold switch serving pulsation - In a known circuit arrangement this the direct voltage is used. This applies ins-Art (cf. "Electronics", 1967, p. 366, 367) becomes 55 special when the pulsating DC voltage passes through a transistor amplifier with feedback voltage by rectifying from the normal as a threshold switch, an amplification of the measuring alternating current network is obtained. The one in tension and at the same time with the help of a clocking that occurs in the recovery affects the trade coupling circuit a common relay with a short-circuit winding is not reduced the hysteresis of the threshold switch 60 in part.

auf gewünschte Werte erzielt, allerdings nur so weit, Bevorzugte Ausführungsformen des erfmdungs-achieved to desired values, but only so far, Preferred embodiments of the invention

wie es die Rückkopplungsbedingungen zulassen. gemäßen Schwellwertschalters sind in den Unter-Diese Schaltung ist insofern aufwendig, als sie eine ansprüchen gekennzeichnet.as the feedback conditions allow. appropriate threshold switch are in the sub-These Circuit is complex in that it marks a claim.

konstante Speise-Gleichspannung und Schaltungs- Die Erfindung wird mit Hilfe von Zeichnungenconstant DC supply voltage and circuit The invention is illustrated with the help of drawings

elemente mit konstant bleibenden Werten erfordert. 65 an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. In Bei der Verwendung eines Schmitt-Triggers als den Zeichnungen zeigtelements with constant values. 65 explained on the basis of exemplary embodiments. In When using a Schmitt trigger as shown in the drawings

Schwellwertschalter kann die Empfindlichkeit der Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeits-Threshold switch, the sensitivity of Fig. 1 a diagram to explain the working

Meßfühler nicht voll ausgenutzt werden, weil, be- weise bekannter elektronischer Schwellwertschalter,Sensors are not fully used because, as proven, known electronic threshold value switch,

F i g. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungen, wobei in F i g. 3 mit einer modulierten Ansprechspannung gearbeitet wird,F i g. 2 and 3 diagrams to explain the operation of the circuits according to the invention, where in FIG. 3 a modulated response voltage is used,

Fig. 4 und 5 Ausführungsbeispiele erfmdungsgemäßer Regelschaltungen.4 and 5 exemplary embodiments according to the invention Control circuits.

F i g. 1 dient zur Erläuterung der Hysterese eines herkömmlichen Schwellwertschalters. Erreicht eine an den Eingang des Schwellwertschalters gelegte Spannung U_e einen oberen Wert U_e ₁ (Punkt E in Fig. 1), so spricht der Schwellwertschalter spontan an und liefert ein Ausgangssignal in Form einer Spannung XJ₁₁. Sobald die Eingangsspannung U_el wieder einen unteren Wert U_e ₂ erreicht, gibt der Schwellwertschalter kein Ausgangssignal mehr ab. U_ei und U_e2 schließen eine bestimmte Spannungsdifferenz (Hysterese, Schwellwertabstand) ein, die man mit Δ U_e bezeichnen kann. Aus Stabilitätsgründen darf diese Hysterese bestimmte Mindestwerte nicht unterschreiten.F i g. 1 is used to explain the hysteresis of a conventional threshold switch. If a voltage U _{e applied} to the input of the threshold value switch reaches an upper value U _e ₁ (point E in FIG. 1), the threshold value switch responds spontaneously and delivers an output signal in the form of a voltage XJ ₁₁ . As soon as the input voltage U _el again reaches a lower value U _e ₂ , the threshold value switch no longer emits an output signal. U _ei and U _e2 include a certain voltage difference (hysteresis, threshold distance), which can be denoted by Δ U _e. For reasons of stability, this hysteresis must not fall below certain minimum values.

Wird einem Schwellwertschalter ein Eingangssignal mit ausreichend großer Wechselspannungskomponente zugeführt, deren Amplitude größer ist als die Hysterese, so zeigt dieser ein Verhalten gemäß Fig. 2. Die Hüllkurve der Eingangsspannung stellt das Meßsignal dar. Die Hysterese ist vom Verhältnis der Änderungsgeschwindigkeiten von Meßsignal und Wechselspannungskomponente abhängig. Ist die Frequenz der Wechselspannung groß gegenüber der des Meßsignals — wie das bei temperaturabhängigen Meßsignalen in der Regel der Fall ist —, so konvergiert die Hystere gegen Null.If a threshold switch receives an input signal with a sufficiently large alternating voltage component supplied, the amplitude of which is greater than the hysteresis, this shows a behavior according to Fig. 2. The envelope curve of the input voltage represents the measurement signal. The hysteresis depends on the ratio the rate of change of the measurement signal and the AC voltage component. Is the Frequency of the alternating voltage large compared to that of the measurement signal - as is the case with temperature-dependent Measurement signals is usually the case - the hysteresis converges to zero.

Der gleiche Effekt läßt sich erreichen, wenn die Ansprechspannungen !7^₁ und U_e2 des Schwellwertschalters mit hinreichendem Hub moduliert werden. Eine derartige Modulation kann durch die Wechselspannungskomponente der Speisespannung des Schwellwertschalters ermöglicht werden (Fig. 3). Dabei ist gegenüber der mit üblichen Schwellwertschaltern erreichbaren Hysterese Δ U₁₁ die kleinere Hysterese Δ U_c* erreichbar.The same effect can be achieved if the response voltages! 7 ^ ₁ and U _{e2 of} the threshold switch are modulated with a sufficient stroke. Such a modulation can be made possible by the alternating voltage component of the supply voltage of the threshold switch (FIG. 3). Compared to the hysteresis Δ U ₁₁ that can be achieved with conventional threshold value switches, the smaller hysteresis Δ U _c * can be achieved.

Die geschilderten Eigenschaften eines Schwellwertschalters werden in einer erfindungsgemäßen Regelschaltung (F i g. 4) genutzt, um einen ohne zusätzliche Verstärkung arbeitenden, unstetigen Temperaturregler höchster Empfindlichkeit aufzubauen. Die gesamte Schaltung wird mit Halbwellen betrieben, so daß sowohl das am Fühler, z. B. einem temperaturabhängigen Widerstand 2, entstehende Meßsignal als auch die Speisespannung beider Transistoren des Schwellwertschalters Wechselspannungskomponenten enthalten. Bei der Verwendung eines Vorwiderstandes 14 kann diese Schaltung über einen Gleichrichter 9 unmittelbar an das Netz angeschlossen werden. Ein Transformator sowie Siebkondensatoren erübrigen sich daher.The described properties of a threshold switch are used in a control circuit according to the invention (Fig. 4) used to create a discontinuous temperature controller that works without additional amplification to build the highest sensitivity. The entire circuit is operated with half waves, so that both the sensor, z. B. a temperature-dependent resistor 2, resulting Measurement signal as well as the supply voltage of both transistors of the threshold switch AC voltage components contain. When using a series resistor 14, this circuit can over a rectifier 9 can be connected directly to the network. A transformer and filter capacitors are therefore unnecessary.

Das Relais 7 wird vom Transistor 6 geschaltet. Nicht dargestellte Relaiskontakte sind dann die Schaltmittel, welche die nicht dargestellte Heizvorrichtung beeinflussen.The relay 7 is switched by the transistor 6. Relay contacts not shown are then the Switching means which influence the heating device, not shown.

Ebenfalls ein in seiner Grundschaltung bekannter Schwellwertschalter wird an Hand der F i g. 5 beschrieben. Im wesentlichen handelt es sich hierbei um die gleichen Elemente wie Fühler (z. B. ein temperaturabhängiger Widerstand 2) und Transistor 3. Sie werden aber mit Hilfe des dargestellten Kondensators mit Gleichstrom betrieben. Der Transistor 6 erhält dagegen Halbwellen zugeführt. Am Emitter des Transistors 6 liegt eine Klemme 16. Über diese Klemme 16, eventuell unter Verwendung von Anpassungselementen, können Schaltelemente, wie z. B. Triacs oder Thyristoren, betätigt werden.A threshold value switch known in its basic circuit is also illustrated with reference to FIGS. 5 described. Essentially, these are the same elements as sensors (e.g. a temperature-dependent resistor 2) and transistor 3. They are shown with the help of the Capacitor operated with direct current. In contrast, the transistor 6 is supplied with half-waves. At the A terminal 16 is connected to the emitter of transistor 6. Via this terminal 16, possibly using of adaptation elements, switching elements, such as. B. triacs or thyristors are operated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:
1. Electronic threshold switch for un ~

due to the hysteresis of the threshold switch, it cannot follow the measured values precisely enough.
To reduce the hysteresis of a threshold value