DE2251682A1

DE2251682A1 - Elektronisches zustandssteuergeraet

Info

Publication number: DE2251682A1
Application number: DE2251682A
Authority: DE
Inventors: Andre Rekai
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1972-10-21
Publication date: 1973-05-03
Also published as: CA961136A; US3761018A

Description

Dip!. In₉. R. Mortens _Prankfurt/Mj ^20.10.1972

Ii 31 d P 328 -

ΗΟΝΕΥΐ/ELL UTC.
27OI, Fourth Avnue South Minneapο11s, Minne sο ta/USA

"Elektronisches Zustandssteuergerät"

Die Erfindung "betrifft ein elektronisches Zustandssteuergerät, insbesondere aur Steuerung einer Raumtemperatur.

Elektronische Zustandssteuergeräte der eingangs geschilderten Art, in denen ein Kauptbrückenkreis die die 'temperatur ändernde Einrichtung steuert und in denen eine Kompensationsbrücke vorgesehen ist, weiche die Raumtemperatur durch den Ausgang eines Außenthermostaten kompensiert, sind in der Heizungstechnik bekaiint. Ein derartiges System ist beispielsweise in dem " Engeneering Manual of Automatic Control ^!t ITr.77-1000 3-59 der Honeywell Inc. beschrieben, in der ein einzelner Außentherrnostat "wahlweise zur Kompensation einer Somme'r- oder Winterkompensationsbrücke verv/eTidet wird, 'je nachdem_s welcher von zwei Umschaltern zur Modifikation des Ausgangssignals einer Hauptbrücke geschlossen ist.

Die Verbindung zweier Brückenkreise mit einer La,st über Isolationsdioden derart,daß nur der Brückenkreis mit dem höchsten

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Ausgangssignal die Last steuert: ist aus der englischen Patentschrift 1047443 sowie aus der amerikanischen Patentschrift 2504965 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es_yein verbessertes elektronisches Zustandseteuergerät der eingangs geschilderten Art zu schaffen,

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das elektronische Zustand;;:·? Steuergerät mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches geschilderten Merkmalen versehen wird»

Vorteilhafte Weiterbildungen., der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem erfindungsgemäßein Zustandüsteuergerät. kann somit für bestimmte Bereiche der Außentemperatur über zumindest eine der Dioden die Wirkung des Raumthermostaten in einer vorbestimmten Weise modifiziert werd- ohne Piodenfehler in den Steuerkreis einzuführen.

Ein Ausführungubeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert,, Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen elektronischen Zustandssteuergerätes welches zur Durchführung¹ einer Temperatursteuerung einen an- den Verstärkerkreis . angeschlosse·? nen Raumthermosthaten aufweist und dessen kompensierender Außenthermostat über Dioden an den Verstärkerkreis angeschlossen ist um die Wirkung des Raumthermostaten zu modifizieren, Pig, 2 einen spezifischen Kreis des Verstärker-kreises als abgewandelte Ausführungsform der Erfindung und Pig» 3 eine geeignete Energieversorgungsquelle, für die erfindungsgemäßen Geräte nach Pig. 1 -und 2.

In Pig» 1 ist ein. Verstärkerkreis 10 mit einer Ausgangskiemme 11 versehen welche zur Steuerung einer gebräuchlichen,mit mehrep-·

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ren.Stufen versehenen Steuereinrichtung^ dient» Diese Steuereinrichtung hat die Auf gäbe,-eine Temperaturänäerungs-■ Vorrichtung,wie sie sich in Hg₀ 1 aus einem Heizer 13 und. einem Kühler 14 ergibt/ durch Änderung ihres Ausganges zu be~ einflußen. Der Heizer 13 "und der Kühler 14 werden durch ge« bräuchliche Heiz- bzw. Kühlsysteme gebildete In der Zeichnung ist insbesondere dargestellt,,wie zwei Heizstufen diirch einenersten Wärmeaustauscher 20 dadurch erreicht werden, daß heisses.Wasser von dem Heizer 13 diesem Austauscher zugeführt· wird. Aus Pig. 1 ist weiterhin ersichtlich wie sich zwei Kühlstufen dadurch erreichen lassen, daß einem zweiten Wärmeaustauscher 21 von dem Kühler 14 gekühltes Wasser zugeführt wird. Gelangt luft durch die Wärmeaustauscher in den Raum 22 so läßt sich die Raumtemperatur, hierdurch ändern, ·

Ein in et im Raum 22 angebrachter Raumthermostat 23 ist mit einem Spannungsteiler versehen, welcher, einen temperatur—empfindlichen Widerstand 24 aufweist welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten· ( HTO - Typ ) aufweist;:, der an einer Klemme 25 ein Stromausgangssignal zur Verfügung stellt.welches von dem Widerstand des Temperatur-empfindlichen Widerstandes 24 und von der Einstellung des Sollwertes abhängt*, Mit Anstieg der Temperatur des Raumes 22 steigt auch der Strom an der Klemme 25 an.

Der Ausgang des Raumthermostaten wird durch eine Leitung 30 der Eingangsklemme 31 des Verstärkerkreises 10 ziigeführt,-unrein Eingangssignal an dem Stromsummierpunkt eines gebräuchlichen Verstärkers 32 zu erhalten dessen Ausgang durch eine Trenndiode 33 mit der Ausgangsklemme 11 verbunden ist» Der Verstärker 32 ist ebenso wie andere in dem Ausführungsbeispiel noch erwähnte Verstärker.- von gebräuchlicher Ausgestaltung/wobei eine Änderung des Eingangsstromes eine in entge- _ gen gesetzter Richtung verlaufende Änderung der Ausgangsspannung mit verstärkter Größe bewirkt. Jeder der Verstärker

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hat eine zweite Eingangsklemme die mit dem Anschluß χ einer in Fig. 3 dargestellten gebräuchlichen Energieversorgung verbunden ist.

Ein Begrenzer 34 ist mit einem Verstärker 35 versehen dessen einer Eingang von einem Brückenkreis 40 gespeist wird welcher einen die Temperaturbegrenzung nach oben vornehmenden Temperatur empfindlichen Widerstand 42 aufweist. Dieser Widerstand ist an die Eingangsklemme 43 des Verstärkerkreises 10 angeschlossen. Der nach oben begrenzende Temperatur empfindliche Widerstand 42 ist in dem Luftversorgungskanal angeordnet welcher Luft in den Raum 22 führt um während der Heizperiode in dem Eaum 22 die gewünschte Temperatur zu schaffen. Der Verstärker 35 ist über eine Trenndioae 44 an die Ausgangsklemme 11 angeschlossen. Die Trenndioden 33 und 44 welche als spannungsempfindliche, in einer Vorzugsrichtung Strom leitende Elemente ausgestaltet sind trennen die Aufgänge ab.sodaß je nach dem welche der beiden Dioden gerade rückwärts vorgespannt ist einer der beiden Verstärkerausgänge die Steuereinrichtung 12 steuert. Wenn während einer normalen Steuerung durch den Ausgang" des gebräuchlichen Verstärkers 32 der Ausgangswert des Verstärkers 35 unterhalb des Ausgangswertes des Verstärkers 32 fällt so wird der nach oben begrenzende Begrenzer 34 die Steuerung übernehmen um den Betrieb der Steuereinrichtung 12 und somit den Ausgang des Heizers 13 begrenzen. ^!

Ein kompensierender Außenthermostat: 5o ist mit einem Spannungsteiler versehender einen Temperatur-empfindlichen Widerstand 51 mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC Typ ) aufweist sowie ein. Potoxrtdometers 52 aufWeist, welches die Einstellung des Umschaltpunktes gestattet. Das Potentiometer 52 gibt an der Klemme 53 als Ausgang ein Stromsignal ab. Der Ausgang des Außenthermostats 50 wird über eine Leitung 54 der Eingangsklemme 55 des Verstärkerkreises 10 zugeführt_/von wo er zu dem Eingang eines Verstärkers 60 ge-

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langt. Der Verstärker 60 hat einen sogen, ersten Ausgangskreis,welcher über eine Trenndiode 61 zu dem Eingang des Verstärkers 32 über ein Stellpotentiometer 62 verläuft. Der Verstärker 60 besitzt einen ersten Rückführkreis zn welchem die Trenndiode 61 und ein Widerstand 65 gehören. Der Verstärker 60 hat einen zweiten Ausgang über eine Trenndiode 70, welche an den Eingang einer Umkehreinrichtung 71 angeschlossen ist,die einen den V/iderstand 72 aufweisenden Rückführkreis, besitzt. Der Ausgang der Umkehreinrichtxmg 71 ist über einen zur Einstellung der Kühlung dienenden Stellpotentiometer 73 zu. dem Eingang des Verstärkers 32 geführt. Die parallel geschalteten Ausgangskreise des Verstärkers 60 schaffen einen Unterdrückungskreis,wobei der Ausgang des kompensierenden Außenthermostaten 50 die Wirkung des Raumthermosthaten 23 während der Heizoperation in dem einen Sinne modifiziert und während der Kühloperation in dem anderen Sinne modifiziert.

Sine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Pig. dargestellt/wo die Verbindung zwischen dem Verstärker ,60' und der Umkehreinrichtung 71' abgewandelt wurde,, Die Diode 63' in dem Rückführkreis dient als Trenndiode in dem an die Umkehreinrichtung 71^r angeschlossenen Ausgangskreis.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen elektronischen Zustanssteuergerätes geschildert. Nimmt man an , daß der Raumthermostat während des Heizbetriebes eine durch eine Sollwerteinstellung festgelegte bestimmte.Raumtemperatur aufrecht erhalten soll, so resultiert ein Abfall der Raumtemperatur in einem Anstieg des Widerstandswertes des Temperatur-empfindlichen Widerstandes 24. Der Strom an der Klemme 25.welcher zu dem Eingang des Verstärkers 32 gelangt,-wächst somit an und resultiert in einer angewachsenen Spannung; welche über die Trenndiode 33 auf die mehrstufige Steuereinrichtung 12 gelangt:. Diese Steuereinrichtung 12

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dient zum Einschalten der Heizung. In Abhängigkeit von dem Stromeingang und Stromausgang des Raumthennostaten 23 moduliert die Steuereinrichtung 12 den Wärmeausgang des Heizers 13 "bis eine ausreichende V/ärmemenge in den Raum abgegeben vnirde,welche der Anforderung des Raumthermostaten genügt. Wächst die Raumtemperatur weiter an, so kehrt die auf die vielstufige Steuereinrichtung einwirkende Spannung auf ihren Null·" oder Abgleichswert zurück.

Der kompensierende Außenthermostat 50 wird durch den Potentiometer 52 eingestellt um einen Null-Eingangs-/ Ausgangsstrom an den Verstärker 60 bei einer vorbestimmten Außentemperatur abzugeben. Während der Saison/in der geheizt wird, resultiert der Abfall der Außentemperatur in. einem Anstieg des Widerstandswertes des Temperatur empfindlichen Widerstandes 51 und in einem Anstieg des Ausgangsstroms am Verbindungspunkt 53. Dieser Strom verschiebt den Ausgang des Verstärkers so weit nach unten, bis der Strom über die Trenndiode 61 und den Widerstand 65 gleich dem Eingangsstrom am Verbindungspunkt 53 ist. Der Ausgang des Verstärkers 60 ist über die Trenndiode 61 und den Stellpotentiometer 62 zu dem Eingang des Verstärkers 32 geführt, sodaß bei einem Anstieg des Eingangssignales am Verstärker 60 der Spannungsabfall am Widerstand 65 ansteigt. Ua die Spannung über den Stellpotentiometer 62 gleich der Spannung am Widerstand 65 ist steigt der von dem Eingang des Verstärkers 32 abgezogene Strom an. Dieser Strom fließt nach unten über den Stellpotentiometer 62 und wird mit dem von dem Eingang dea Verstärkers 32 zum Raumtliermostaten 23 gehenden Strom summiert. Dieser Strom muß von dem Ausgang des Verstärkers 32 über die Trenndiode 33 und den Widerstand 74 zur Verfügung gestellt werden. Das Ergebnis ist, den Ausgang der Steuereinrichtung 12 derart zu vermehren, als ob der Ausgang dea Raunithermostaten 23 modifiziert worden wäre um mehr Wärme aufzubringen die,zur Kompensation der gesunkenen Außentem-

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peratur dient. Beim Fallen der Außentemperatur wird, eine weitere Nachstellung der Steuerung des Raumthermostaten im.Einblick auf den Heizer vorgenommen werden«

Während des Kühlbetriebes resultiert ein Anstieg in dem Raumthermostat 23 und somit der Temperatur des Temperaturempfindlichen Widerstandes 24 in einem Anstieg des dem Ver~ stärker 32 zugeführten Stromes » Der Abfall am Ausgang re~ sultiert darin, daß die Steuereinrichtung 12,- ausgehend von der Mullage_λin entgegengesetzter Richtung wirkt und den Kühler 14 in Betrieb setzt.,, Ein Anstieg der Außentemperatur resultiert in einem Abfall des dem Verstärker 60 zugeführten Stromes und in einem Anstieg des Verstärker-Ausga,ngs«, Während nunmehr die Trenndiode 61 rückwärts vorgespannt ist-, wird ein Strom nicht über den Stellpotentiometer 62 sondern über den Widerstand 64 und die Diode 63 fließen. Der Ausgang des Verstärkers 60 ist nun mit dem Eingang der Umkehreinrichtung 71 über die vorwärts vorgespannte Trenndiode 70 verbunden. Der Spannungsabfall über der Diode 63 und über der Trenndiode 70 ist gleich groß, sodaß sieh diese Spannungen der Dioden 63 Tand 70 einander aufheben» Durch die Inversion des Ausgangs der Umkehreinrichtung 71 resultiert eine ansteigende Eingangsspannung in einem Abfall des über den Widerstand 73 fließenden Stromes. Hierdurch ergibt sich eine Kompensation oder Modifikation des Ausgangs des Raumthermostaten 23 durch welche die Wirkung der Steuereinrichtung an die veränderte Außentemperatur angepaßt wird«

Pig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung die im wesentlichen wie die Ausführungsform nach Pig. 1 arbeitet, nur daß die gleiche Diode/welche in dem Rückführkreis des Verstärkers 60' verwendet wird auch noch zur Verbindung des Ausgangs des Verstärkers 60' zu dem Eingang der Umkehreinrichtung 71' dientj mit der in Figo 2 dargestellten Modifikation dee in Pig· 1 gezeigten erfindung^gemäßen Gerätes

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wird an dessen Wirkungsweise im Prinzip nichts geändert,

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Claims

Patentansprüche

1) Elektronisches Zustandssteuergerät, insbesondere zur Steuerung einer Raumtemperatur, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Verstärker (32) vorgesehen ist, dessen Ausgang eine zur Zufuhr eines konditionierteii Mediums in einen Raum (22) dienende Steuereinrichtung (12) steuert,

daß ein Unterdrückungskreis (60, 61, 70) mit zwei, in entgegengesetzter Richtung angeschlossenen, in einer Vorzugsrichtung Strom leitenden Elementen (61,70) versehen ist und zwei Ausgänge (31, 70) aufweist, daß die beiden Ausgangskreise (31,70) des Unterdrückung3-kreises (60, 61, 70) an den Eingang des Verstärkers (32) angeschlossen sind,

daß der Eingang (31) des Verstärkers (32) an eine auf den Sustand des Raumes ansprechende Einrichtung (23) angeschlossen ist, wobei bei Bedarf einer Zustandsänderung des Raumes (22) die Wirkungsweise der Steuereinrichtung (12) veränderbar ist,

daß der Eingang des Unterdrücteungekreiees (60, 61, 70) an eine, auf einen Zustand außerhalb des Raumes ansprechende Vorrichtung (50) angeschlossen ist und ©in sur Steuerung de» Verstärkers (^S) dienendes Signal empfängt, vjadie Wirkung der euetandeempfindllohen Einrichtung (Z3) auf die · Steuereinrichtung (12) um einen Betrag su modifizieren» der davon abhängt, welches der fesiäeji Elemente (61*70) leitend ist. . ' *-

2) Zustandsßteuergerät mach Anspruch ■ 1 _s dadurch go-"

k β ii η κ e 1 c h η θ t, daß die in einer Yorsiigsrichtiing leitenden, spaianuagseaipfiBdliehon Sloseate Modes. (61_?7G) sind, wohei In Abhängigkeit von der tSpanrmng des auf den Eingang (55) des Usierdrüeliungskreises (60,61₈?0) wirkenden

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AO

Signals im Verhältnis zu der Spannung eines von der als Thermostat ausgestalteten Einrichtung (23) abgegebenen weiteren Signals (31) der Verstärker (32) ein Eingangssignal entv/eder von dem einen oder dem anderen der beiden Ausgangskreise (61,70) des Unterdrückungfjkreises erhält.

3) Zustandssteuergerät nach Anspruch 2» dadurch ge kennzeichnet, daß das auf den Zustand des Raumes ansprchende Element ein gegenüber der Raumtemperatur empfindlicher Raumthermostat (23) ist, welcher an seinem Ausgang (30) ein Spannungssignal abgibt, welches die Raumtemperatur anzeigt und

daß die auf einen Zustand außerhalb des Raumes ansprechende Vorrichtung ein Außenthermostat (50) ist, welcher auf die Außentemperatur anspricht und an seinem Ausgang (54) ein Spannungssignal abgibt, das die Außentemperatur kennzeichnet.

4) Zustandssteuergerät nach Anspruch 3,dadurch gek e ii η ζ e i c h η. β t, daß die beiden in einer Vorzugsrichtimg leitenden, spannungsempfindllchen Elemente Dioden sind, welche in entgegengesetzt«r Riobtung geschaltet eind» um das Au ε gangs signal do β Unterdrückungskrel··· über den einen Auegangekreia (ubtr 63) fttaugtben» wenra te unterhalb eines bestimmten Wertes liegt oder Ubsr §»m »derw Au·- gangekreis (über 70) abaugebea, went ·· o'bet^mlb »luft bestimmten Wertes liegt.

5) Zuetandeateuergerät nach ijwfwttli i, i ι d U r c h g i « kenn atiohntt» A&& in if B ^:i&dfni& kwtgm^Bkmia (über 70) sine» da· Signal umkehrend· Uatceareinrichtung (71) 'vorgesehen tet» .

: daß der eine Auegangakreia d·· Untertriickuagfkreiejtfj tr-Iambt, daß ein ein· unterhftlb «in·· toftitlwttn Wert»β 11··

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gende Außentemperatur anzeigendes Signal die Wirkung des die Raumtemperatur anzeigenden Signales (30) auf den Ver-· stärker (32) aliändert, um die Temperatur in dem Raum (22) zu erhöhen, wenn die Außentemperatur abfällt, und daß der andere Ausgangskreis (70) des Unterdrückungskreises ein eine in einem Bereich oberhalb eines bestj.mmten Viertes liegende, hohe Außentemperatur anzeigendes Signal abgibt, welches das die Raumtemperatur anzeigende, auf den Verstärker (32) einwirkende Signal derart beeinflußt, daß die Temperatur in dem Raum (22) anwächst, wenn die Außentemperatur ansteigt.

6) Zustandssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet., daß einer der beiden Ausgangskreise (61,70) des Unterdrückungskreises mit einer tMcehreinrichtung (71) zur Umkehr der Änderungsrichtung des Signales versehen ist.

7) Zustandssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 - 6_t dadurch gekennzeichnet, daß'der Unterdrüekungekreis mit einem Verstärker (60) versehen, ist, welcher einen ersten Hückführkreis (65) und einen zweiten Etiolcführlcreis (64) aufweist, "

daß der erete RüekführkreiB eines der Strom leitenden Elemente (61) und der zweite Rückführkreis das andere der beiden Strom leitenden Elemente (63) enthält.

8) Zustandssteuergerät nach einem der Ansprüche 1 - 7, d a durch gekennzeichnet, daß der Verstärker (^:32) ein Operationsverstärker ist,

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L e e rs ei t e