DE1939971A1

DE1939971A1 - Circuit arrangement for temperature compensation of an indirectly heated heat conductor serving as an actuator in a regulating or control circuit

Info

Publication number: DE1939971A1
Application number: DE19691939971
Authority: DE
Inventors: Joel Dr-Ing Korn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1969-08-06
Filing date: 1969-08-06
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE1939971B2

Description

Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation eines als Stellglied in einem Regel- oder Steuerkreis dienenden, indirekt geheizten Heißleiters Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation eines als Stellglied in einem Regel- oder Steuerkreis dienenden, indirekt geheizten Heißleiters.Circuit arrangement for temperature compensation as an actuator Indirectly heated thermistor serving in a closed-loop or open-loop control circuit The invention relates to a circuit arrangement for temperature compensation as an actuator Indirectly heated thermistor serving in a control circuit.

Der Widerstand eines Heißleiters folgt bekanntlich der Beziehung R = a xp i (i) wobei a und b Konstanten (abhängig von Material und Geometrie) und T die absolute Temperatur des Thermistors bedeuten.As is well known, the resistance of an NTC thermistor follows the relationship R. = a xp i (i) where a and b are constants (depending on material and geometry) and T mean the absolute temperature of the thermistor.

Die Temperatur eines indirekt geheizten Heißleiters folgt ihrerseits der Beziehung T = Tu + N (2) mit Tu als Umgebungstemperatur, N als zugeführter Heizleistung und H als Erwärmungskonstante, die angibt, um wieviel die zugeführte Leistung erhöht werden muß, um die Temperatur des Thermistors um 1 0C zu erhöhen.The temperature of an indirectly heated thermistor follows in turn the relation T = Tu + N (2) with Tu as ambient temperature, N as supplied heating power and H as the heating constant, which indicates by how much the The power supplied must be increased to raise the temperature of the thermistor by 1 0C to increase.

Soll der Heißleiterwiderstand nur dem als Stellgröße eines Regel-oder Steuerkreises auftretenden Heizstrom folgen, so muß der Einfluß der Umgebungstemperatur Tu nach Gleichung (i) kompensiert werden. Dies geschieht dadurch, daß bei einer Zunahme bzw. Abnahme der Umgebungstemperatur die dem Thermistor zugeführte Heizleistung entsprechend verkleinert bzw. vergrößert wird.Should the thermistor resistance only be used as a manipulated variable of a control or Follow the heating current occurring in the control circuit, the influence of the ambient temperature must Tu can be compensated according to equation (i). This is done by the fact that at a Increase or decrease in ambient temperature is the heating power supplied to the thermistor is reduced or enlarged accordingly.

Es sind Methoden zur Temperaturkompensation bekannt (deutsche Patentschriften i 002 442 und 1 057 206), bei denen komplizierte Regel- oder Steuerschaltungen mit Brücken-Oszillatoren und Verstärkern benötigt werden. Diese Methoden erfordern einen großen Aufwand.Methods for temperature compensation are known (German patents i 002 442 and 1 057 206), in which complicated regulating or control circuits with Bridge oscillators and amplifiers are needed. These methods require one great effort.

Eine andere, wesentlich einfachere, bekannte Methode der Temperaturkompensation besteht darin, daß man parallel zum Heizer des zu kompensierenden indirekt geheizten Heißleiters ein Kompensationsnetzwerk mit einem direk-t geheizten Heißleiter schaltet, der derselben Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, was bei zwei kleinen Schaltelementen praktisch ohne weiteres erreichbar ist, und entsprechend der Umgebungstemperatur einen Teil des Heizstromes des indirekt geheizten Heißleiters an dessen Heizer vorbeiführt und diesem also Heizleistung entzieht. Damit ist aber keine gute Temperaturkompensation in einem größeren Regelbereich möglich, weil bei verschiedenen Regelheizströmen und gleichbleibender Uingebungstemperatur auch verschiedene Heizleistungen dem Heizer entzogen werden, was der Kompensationsbedingung nach Gleichung (2) widerspricht.Another, much simpler, well-known method of temperature compensation consists in that one is heated in parallel to the heater to be compensated indirectly Thermistor switches a compensation network with a directly heated thermistor, that is exposed to the same ambient temperature, which is the case with two small switching elements can be achieved practically without further ado, and according to the ambient temperature part of the Heating current of the indirectly heated thermistor whose heater bypasses it and thus removes heating power from it. But with that no good temperature compensation possible in a larger control range because at different heating currents and constant ambient temperature also different Heating outputs are withdrawn from the heater, which is the compensation condition according to equation (2) contradicts.

Will man diesen Nachteil beseitigen, so kann man nach der deutschen Patentschrift 1 t68 545 zwei voneinander unabhängige Heizleistungen verwenden, die über eine Weiche so verteilt werden, daß die eine Heizleistung zum Regeln nur den Stellheißleiter aufheizt, während die andere Heizleistung auf den Heizer des Stellheißleiters und das Kompensationsnetzwerk verteilt wird.If you want to eliminate this disadvantage, you can go to the German Patent 1 t68 545 use two independent heating powers that be distributed over a switch so that the one heating power to regulate only the Adjustable hot conductor heats up, while the other heating output is applied to the heater of the adjustable hot conductor and the compensation network is distributed.

Man verwendet zweckmäßigerweise zwei Heizströnie verschiedener Frequenz, die mittels der Weiche so verteilt werden, daß der Regelheizstrom nur über den Heizer des Stellheißleiters fliessen kann, während der Kompensationsstrom einer anderen Frequenz sowohl den Heizer als auch das Kompensationsnetzwerk durchfliessen kann. Dadurch wird erreicht, daß zu jeder Umgebungstemperatur eine bestimmte Kompensationsleistung gehört. Diese Kompensationsmethode ist sehr wirksam aber aufwendig, weil man den Kompensationsstrom meistens durch einen gesonderten Generator erzeugen muß.It is advisable to use two heating currents of different frequencies, which are distributed by means of the switch in such a way that the control heating current only flows through the heater of the adjustable hot conductor can flow, while the compensation current of another Frequency can flow through both the heater and the compensation network. In this way it is achieved that a certain compensation performance is achieved at every ambient temperature heard. This compensation method is very effective but laborious because you can use the Compensation current usually has to be generated by a separate generator.

Ziel der Erfindung ist es, eine wirksame Kompensationsschaltung ohne Notwendigkeit eines I(ompensationsstromes anderer Frequenz zu schaffen Erfindungsgemäß ist der Stellheißleiter von einem Verstärker mit Heizstrom versorgt, der von der Stellspannung des Regel-oder Steuerkreises gesteuert ist und eine temperaturabhängige Gegenkopplung besitzt, derart, daß mit wachsender Umgebungstemperatur der Gegenkopplungsgrad zunimmt, und der Temperaturkoeffizient der Gegenkopplung mit wachsendem Heizstrom abnimmt.The aim of the invention is to provide an effective compensation circuit without Necessity to create a compensation current of a different frequency According to the invention the adjustable hot conductor is supplied with heating current by an amplifier, which is supplied by the Control voltage of the regulating or control circuit is controlled and a temperature-dependent Has negative feedback in such a way that the degree of negative feedback increases with increasing ambient temperature increases, and the temperature coefficient of negative feedback with increasing heating current decreases.

Dadurch wird mit wachsender Umgebungstemperatur der Heizstrom verkleinert, wobei mit wachsendem Heizstrom seine relative Verkleinerung geringer wird und pro Grad Änderung der Umgebungstemperatur immer eine gleiche Leistung dem Heizer entzogen wird.As a result, the heating current is reduced as the ambient temperature rises, with increasing heating current its relative reduction becomes smaller and pro Degree of change in the ambient temperature, the same power is always withdrawn from the heater will.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigt die Figur. Als Heizstromverstärker dient ein Differenzverstärker DV mit dem invertierenden Eingang Ei und dem nicht invertierenden Eingang Eni. Die Widerstände Rt und R2 bilden einen Spannungsteiler zum Einstellen des Arbeitspunktes. Rk ist ein Gegenkopplungswiderstand zum Einstellen der mittleren Verstärkung. UB ist die Betriebsspannung und Ust die Steuerspannung der Schaltungsanordnung. Der Heißleiter mit dem Pillenwiderstand RHI und dem Heizer Rhl ist der zu kompensierende Stellheißleiter. Der Heißleiter mit dem Pillenwiderstand RH2 und dem Heizer Rh2 ist ein Hilfsheißleiter, der die temperatur- und heizstromabhängige Gegenkopplung bewirkt. R3 und R4 sind feste Spannungsteilerwiderstände und R5 ein direkt geheizter Heißleiter, der die Temperaturkompensation unterstützt.An embodiment of the circuit arrangement according to the invention shows the figure. A differential amplifier DV with the serves as a heating current amplifier inverting input Ei and the non-inverting input Eni. The resistances Rt and R2 form a voltage divider for setting the operating point. Rk is a negative feedback resistor for adjusting the mean gain. UB is the Operating voltage and Ust the control voltage of the circuit arrangement. The thermistor with the pill resistance RHI and the heater Rhl is the adjustable thermistor to be compensated. The thermistor with the pill resistor RH2 and the heater Rh2 is an auxiliary thermistor, which causes the temperature and heating current dependent negative feedback. R3 and R4 are fixed voltage divider resistors and R5 a directly heated thermistor, which the Temperature compensation supported.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Die Heizer Rhl und Rh2 sowohl des zu kompensierenden Stellheißleiters als auch des Hilfsheißleiters sind in Reihe geschaltet und werden also in gleichem Maße aufgeheizt. Beide indirekt geheizte Heißleiter sind vom gleichen Typ und ihre Widerstände daher praktisch gleich.The mode of operation of the circuit is as follows: The heaters Rhl and Rh2 both of the adjustable thermistor to be compensated and the auxiliary thermistor connected in series and are therefore heated to the same extent. Both indirectly heated thermistors are of the same type and their resistances are therefore practically the same.

Die temperatur- und heizstromabhängige Gegenkopplung wird dadurch bewirkt, daß der Hilfsheißleiter den Eingangsspannungsteiler R3, , R4, R5, RH2, über den die Steuerspannung Ust dem Eingang Eni des Differenzverstärkers zugeführt wird, im gewünschten Sinne verändert. Mit wachsender Temperatur werden nämlich die Widerstände R5 und RH2 niederohmiger, und da sie im Ausgangszweig des Eingangsspannungsteilers liegen, sinkt auch die Eingangsspannung des Differenzverstärkers mit wachsender Umgebungstemperatur. Der Eingangsspannungsteiler wird also als Teil des Heizstromverstärkers betrachtet.The temperature and heating current dependent negative feedback is thereby causes the auxiliary thermistor to divide the input voltage divider R3,, R4, R5, RH2, Via which the control voltage Ust is fed to the input Eni of the differential amplifier is changed in the desired sense. As the temperature increases, the Resistors R5 and RH2 lower resistance, and since they are in the output branch of the input voltage divider the input voltage of the differential amplifier also decreases with increasing Ambient temperature. The input voltage divider is thus used as part of the heating current amplifier considered.

Der Temperaturkoeffizient eines Heißleiters folgt bekanntlich der Beziehung dR dT ; -R b2 (3> Da mit wachsendem Heizstrom die absolute Temperatur T des Heißleiters wächst, nimmt dabei sein Temperaturkoeffizient und damit auch der Temperaturkoeffizient des Gegenkopplungsgrades des Heizstromverstärkers ab.As is well known, the temperature coefficient of a thermistor follows the Relationship dR dT; -R b2 (3> Da with increasing heating current the absolute temperature T of the thermistor grows, its temperature coefficient decreases and thus also the temperature coefficient of the degree of negative feedback of the heating current amplifier.

Durch passende Wahl des direkt geheizten Heißleiters R5 und der anderen Widerstände des Eingangsspannungsteilers, kann die gewünschte Abhängigkeit des Gegenkopplungsgrades von der Umgebungstemperatur und vom Heizstrom erhalten werden.With the right choice of the directly heated thermistor R5 and the others Resistors of the input voltage divider can be the desired dependence of the degree of negative feedback from the ambient temperature and from the heating current.

Damit der Hilfsheißleiter nur vom Heizstrom aufgeheizt wird, ist der Eingangsspannungsteiler so hochohmig gemacht, daß über die Pille RH2 des Hilfsheißleiters nur ein sehr kleiner Strom fließt.So that the auxiliary thermistor is only heated by the heating current, the Input voltage divider made so high resistance that via the pill RH2 of the auxiliary thermistor only a very small current flows.

Statt die Kompensationsheißleiter, d.h. den Hilfsheißleiter und den Heißleiter R5, in den Ausgangszweig des Eingangs spannungsteilers anzuordnen, kann man sie als Teil des Gegenkopplungswiderstandes Rk oder des Eingangszweiges Rl des an den invertierenden Eingang Ei angeschlossenen Spannungsteilers einsetzen.Instead of the compensation thermistor, i.e. the auxiliary thermistor and the NTC thermistor R5, to be arranged in the output branch of the input voltage divider, can they are part of the negative feedback resistor Rk or the input branch Rl des Use a voltage divider connected to the inverting input Ei.

Auch wenn die Steuerspannung Ust an den invertierenden Eingang Ei angelegt wird, müssen die Kompensationsheißleiter entweder als Teil des Ausgangszweiges des an den nicht invertierenden Eingang Eni angeschlossenen Spannungsteilers oder als Teil des Eingangszweiges Rl des an den invertierenden eingang Ei angeschlossenen Spannungsteilers oder als Teil des Rückkopplungswiderstandes Rk eingesetzt werden.Even if the control voltage Ust is applied to the inverting input Ei is applied, the compensating thermistors must either be part of the output branch of the voltage divider connected to the non-inverting input Eni or as part of the input branch Rl of the connected to the inverting input Ei Voltage divider or used as part of the feedback resistor Rk.

Wenn der Stellheißleiter und der Hilfsheißleiter gleichen Typs sind und der Stellheißleiter niederohmig und der Hilfscheißleiter hochohmig sein sollen, so kann man parallel zum Heizer Rh2 des Hilfscheißleiters einen Widerstand schalten, der einen Teil des Heizstromes dem Hilfsheißleiter entzieht.If the adjustable thermistor and the auxiliary thermistor of the same type are and the adjustable hot conductor should be low-resistance and the auxiliary hot-wire high-resistance, so you can connect a resistor in parallel to the heater Rh2 of the auxiliary welding conductor, which withdraws part of the heating current from the auxiliary thermistor.

Die Anordnung mit einem Hilfsheißleiter erlaubt eine galvanische Trennung des Stellwiderstandes vom Heizstromverstärker. Wenn eine solche Trennung nicht erforderlich ist, kann man auf den Hilfsheißleiter verzichten und den Stellheißleiter auch als Teil des Gegenkopplungsspannungsteilers verwenden.The arrangement with an auxiliary thermistor allows galvanic isolation of the variable resistor from the heating current amplifier. When such a separation is not required you can do without the auxiliary thermistor and the adjustable thermistor also as Use part of the negative feedback voltage divider.

Claims

1) Circuit arrangement for temperature compensation as an actuator Indirectly heated thermistor serving in a regulating or control circuit, thereby characterized in that the adjustable thermistor is supplied with heating current from an amplifier is, which is controlled by the control voltage of the regulating or control circuit and a has temperature-dependent negative feedback, such that with increasing ambient temperature the degree of negative feedback increases and so does the temperature coefficient of negative feedback increasing heating current decreases.

2) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that as a heating current amplifier a differential amplifier (DV) with an inverting input (Ei) and a non-inverting input (Eni) is used, with a voltage divider (R1 / R2) the voltage of the inverting input (Ei) and thus the operating point of the differential amplifier determines a feedback resistance (Rk) between the Output (A) of the differential amplifier and the inverting input (Ei) the middle one Gain of the amplifier is determined and an input voltage divider through which the Control voltage (Ust) to the non-inverting input (Eni) of the differential amplifier (DV) is supplied, the elements for realizing the temperature and heating current dependent Contains negative feedback from the amplifier.

3) circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that an indirectly heated auxiliary thermistor is inserted, the heater (Rh2) in Row to the heater (Rht) of the adjustable hot conductor and its pill resistance (RH2) in the output branch of the input voltage divider 1RO / R4 + R5 + RH2) is connected.

4) Circuit arrangement according to claim 1, 2 and 3, characterized in that that a directly heated thermistor (R5) in series with the pill resistor (RH2) of the Auxiliary hot conductor is switched.

5) circuit arrangement according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that that the input voltage divider (R3 / R4 + R5 + RH2) is made so high impedance that only a very small current flows through the pill (RH2) of the auxiliary thermistor,

6) Circuit arrangement according to Claims 1 to 5, characterized in that the compensation hot conductors as part of the negative feedback resistor (Rk) or as part of the input branch (R1) of the voltage divider connected to the inverting input (Ei) is used are.

7) Arrangement according to claim i to 61 wherein the control voltage (Ust) is applied to the inverting input (Ei), characterized, that the compensation thermistor either as part of the output branch of the to the non-inverting input (Eni) connected voltage divider or as part of the input branch (R1) of the connected to the inverting input (Ei) Voltage divider or as part of the feedback resistor (Rk) are used

8) posture arrangement according to claim 1 to 7, wherein the adjustable thermistor and the Auxiliary heat conductors are of the same type and the adjustable heat conductor is low-resistance and the auxiliary heat conductor should be high resistance @, characterized in that parallel to the heater (Rh2) of the A resistor is connected auxiliary hot conductor, the part of the heating current to the Auxiliary thermistor evades.

9) Circuit arrangement according to claim i to 8, wherein no galvanic Separation of the variable resistor from the heating current amplifier is required, thereby characterized in that an auxiliary thermistor is dispensed with and the adjustable thermistor is also used as part of the negative feedback voltage divider.