DE2452529A1

DE2452529A1 - Messbruecke

Info

Publication number: DE2452529A1
Application number: DE19742452529
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing Grad Metzger
Original assignee: SATCHWELL BIRKA; SATCHWELL-BIRKA REGELUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1974-11-06
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1976-05-13
Also published as: AT354555B; CH591086A5; DE2452529C3; ATA966576A; GB1487670A; DE2452529B2; AT366824B; ATA446775A

Description

"Gatchwell-Birka" DT 707 31. Okt. 1974

Meßbrücke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßbrücke gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen der Anfangs- und Endwert eines Meßbereichs durch zwei Potentiometer eingestellt werden können (DT-OS 2 203 343). Als Ausgangssignal dieser Meßbrücke ergibt sich eine Spannung über einem Widerstand als Funktion der Außentemperatur. Diese Kennlinie wird als Ladekennlinie bezeichnet.

Hierbei wird eine Brückenschaltung verwendet, bei welcher in dem einen Brückenzweig ein von der Außentemperatur beeinflußter Widerstand und in dem anderen Brückenzweig ein Potentiometer und ein fremdbeheizter temperaturabhängiger Wider-

stand angeordnet sind. Der Grad der Fremdbeheizung und damit die Steilheit der Ladekennlinie kann durch ein weiteres, nicht der Brücke zugehöriges Potentiometer eingestellt werden. Mit dem Brückenpotentiometer wird eine ParalIeIverschiebung in Richtung der Abszisse der Ladekennlinie vorgenommen. Wird die Ladekennlinie parallel verschoben, um eine Anpassung der Aufladung an die Bedürfnisse des Benutzers zu erreichen, muß auch die Steilheit der Kennlinie neu eingestellt werden.

Eine voneinander unabhängige Verschiebung der Abszissenwerte der Kennlinienendpunkte läßt sich mit dieser Schaltungsanordnung nicht erreichen, was in der Praxis zu häufigen Fehleinstellungen führt.

Weiterhin ist für Heizungsanlagen ein Heizungsregler bekannt, bei dem die Verstellung der Ordinatenwerte der Kennlinienendpunkte der Arbeitskennlinie unabhängig erfolgen kann (DT-AS 1 452 443).

Hierbei sind die. beiden Einstel !potentiometer über ein Getriebe miteinander verbunden. Diese Anordnung ist sehr aufwendig und auch störanfällig, da das Getriebe Rutschkupplungen aufweist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen₉ bei der es möglich ist, ein Signal eines Meßwertaufnehmers mittels einer elektronischen Einrichtung mit zwei Einstellgliedarn so zu verändern₉ d.h.,

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abschwächen oder verstärken, daß sich das Ausgangssignal immer zwischen denselben Werten ändert. Hierbei dürfen sich die beiden Einstellungen nicht gegenseitig beeinflussen, d. h., eine Verstellung des Kennlinienanfangspunktes bzw. -endpunktes darf keinen Einfluß auf den Kennlinienendpunkt bzw. -anfangspujikt haben.

Da die Erfindung bevorzugt in Aufladereglern für Nachtstromspeicherheizungen Verwendung finden soll, kann der Meßwertaufnehmer als temperaturabhängiger Widerstand eines Witterungsfühlers ausgebildet sein, der in eine Brückenschaltung eingeschaltet ist. Somit besteht die spezielle Aufgabe darin, die Differenzspannung zwischen den Abgriffen zweier Potentiometer, deren Serienschaltung in den anderen Brückenzweig aufgenommen ist, konstant zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des ersten Patentanspruchs aufgezeigten Mitteln gelöst.

Diese Einrichtung bietet den Vorteil, daß der Benutzer ohne Schwierigkeiten die Ladekennlinie einstellen kann, die seinen Bedürfnissen entspricht. Ein langwieriges Probieren und Verstellen der Parameter entfällt. Auch wird vom Benutzer keine große Sachkenntnis verlangt, da Fehleinstellungen fast völlig ausgeschlossen sind. Außerdem ist die Möglichkeit gegeben, auf einfache Weise dem Einstellenden die Lage der Ladekennlinie in einem cartesischen Koordinatensystem sichtbar zu machen.

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Wird bei der Einstellung der Ladekennlinie ein Abszissenendpunkt verstellt, so bleibt der entgegengesetzte Punkt auf einer Parallelen zur Abszisse, der einmal als günstig ermittelt worden ist, erhalten* Die Ladekennlinie ändert dabei jeweils nur ihre Steilheit. Die Erfindung läßt sich auch mit Vorteil zur Steuerung von Warmwasserheizungsanlagen verwenden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Fig. 1 und 2 und den Unteransprüchen. Es zeigen

Fig. 1 eine elektronische Ausgestaltung mit zwei Einstellpotentiometern,

Fig. 2 ein Kennlinienfeld mit den Ladekennlinien als Parameter.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten jeweils die gleichen Einzelheiten.

In Fig. 1 weist ein Brückenzweig 1 einer Meßbrücke 2 eine Reihenschaltung eines temperaturabhängigen Widerstandes 3 und eines Festwiderstandes 4 auf* Zwischen den beiden Widerständen 3 und 4 ist am Punkt 5 ein Eingang eines Operationsverstärkers 6 angeschlossen. Dieser Operationsverstärker 6 wirkt auf einen Transistor 7, dessen Kollektor 8 über einen Widerstand 9 mit einer Spannungsquelle 10 verbunden ist und dessen Emitter 11 einerseits über eine Rückkoppelleitung 12 einen invertierenden Eingang 13 des Operationsverstärkers 6 und über einen Widerstand 14 einen Ausgang 15 und einen invertierenden Eingang 16 eines Operationsverstärkers 17 bestromt. Ein zweiter Brückenzweig 18 besteht aus einer Reihenschaltung eines

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Widerstandes 19 mit einem Potentiometer 20, einem Widerstand 21, einem weiteren Potentiometer 22 und einem weiteren Widerstand 23.

Die Widerstände 19 und 3 sind mit einer Spannungsquelle 24, welche ein Bezugspotential aufweist, verbunden, während die Widerstände 4 und 23 über eine Leitung 25 mit einem Ausgang 26 eines Operationsverstärkers 27 korrespondieren.

Eine Konstantstromquelle 28, bestehend aus einem Transistor 29, dessen Emitter 30 über einen Widerstand 31 mit einer negativen Spannungsquelle 32 und dessen Basis 33 mit einem Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen 34 und 35, verbunden ist, bestromt über eine Leitung 36 einen nicht invertierenden Eingang 37 des Operationsverstärkers 27 und über einen Widerstand 38 einen Schleifer 39 des Potentiometers

Ein invertierender Eingang 40 des Operationsverstärkers 27 ist über einen Widerstand 41 mit einem Schleifer 42 des Potentiometers 22 .und mit einem nicht invertierenden Eingang 43 des Operationsverstärkers 17 verbunden.

Zum temperaturabhängigen Widerstand 3 kann ein Widerstand 44 parallelgeschaltet werden, um eine bessere Linearität der Ladekennlinie zu erhalten. Ein Widerstand 45, der parallel zum Potentiometer 20 geschaltet ist, dient der Anpassung des Verstellbereichs des Potentiometers 20.

Im Diagramm der Fig. 2 ist ein cartesisches Koordinatensystem

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dargestellt, auf dessen Abszisse die Außentemperatur fr in ⁰C und auf dessen Ordinate der Strom i durch den Widerstand 9 aufgetragen sind. Die Kurven 50 und 58 repräsentieren die jeweilige Abhängigkeit des Stromes i von der Außentemperatur & bei verschiedenen Potentiometereinstellungen der Potentiometer 20 und 22 und damit Ladekennlinien für eine Nachtstromspeicherheizung.

Wird das Potentiometer 22 verstellt, so wandert, abhängig vonder Drehrichtung, ein Abszissenpunkt 59 in Richtung des Abszissenpunktes 60. Wird der Schleifer 42 des Potentiometers 22 bis zum Anschlag verstellt, so wandert der Abszissenpunkt 60 zum Abszissenpunkt 61. Der Geradenendpunkt 62 der Geraden 56, der auf einer Parallelen zur Abszisse liegt, bleibt dabei erhalten. Es verändert sich also nur die Steigung der Geraden 50, 53 und 56.

Wird der Schleifer 39 des Potentiometers 20 verstellt, so wandert der Geradenendpunkt 62 auf einer Parallelen zur Abszisse über einen Geradenendpunkt 63 zum Geradenendpunkt 64. Der mittels des Potentiometers 22 eingestellte Abszissenpunkt 61 bleibt dabei erhalten. Werden die beiden Schleifer 39 und 42 gleichzeitig verstel11, .so läßt sich eine ParalIeI verschiebung der Ladekennlinie erreichen.

Der temperaturabhängige Widerstand 3 wird an einer nicht dargestellten Hauswand angebracht und fühlt die Außentemperatur. 3ei hoher Außentemperatur soll der Strom i, welcher durch den Widerstand 9 fließt, groß und bei niedriger Außentemperatur klein bzw. Null sein.

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Die Operationsverstärker 6 und 17 sind in die Diagonale der Meßbrücke 2 eingeschaltet, wobei der Operationsverstärker 6 mit dem Transistor 7 und dem Emitter-Widerstand 14 eine Stromquelle und der Operationsverstärker 17 einen nicht invertierenden Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 bilden. Wird die Spannung .am Punkt 5 verändert, d.h., verändert der temperaturabhängige Widerstand 3 seinen Wert, so wird der Strom i verkleinert oder vergrößert, je nachdem, ob die Außentemperatur fällt oder steigt.

Zwischen den Eingängen 37 und 40 des Operationsverstärkers herrscht, da es sich bei dem Operationsverstärker 27 um einen Differenzverstärker handelt, nahezu 0 V Spannung. Am Widerstand 38 herrscht, bedingt durch den Konstantstrom der Konstantstromquelle 28, ein konstanter Spannungsabfall. Wird der Schleifer 39 des Potentiometers 20 verstellt, so erscheint an den Eingängen 37 und 40 des Operationsverstärkers 27 ein Differenzsignal, so daß sich die Brückenversorgungsspannung, d.h., die Spannung zwischen der Leitung 25 und der Spannungsquelle 24, am Ausgang 26 des Operationsverstärkers 27, so lange verändert, bis der Spannungsabfall zwischen den Schleifern 39 und 42 gleich dem Spannungsabfall über dem Widerstand 38 ist« Eine Veränderung der Schleiferverstellung des Schleifers 39 des Potentiometers 20 hat also eine Änderung der Brückenversorgungsspannung zur Folge und damit auch eine Veränderung der Brückendiagonalspannung. Wird die Brückendiagonalspannung verändert, so verstellt sich damit auch der Strom i durch den Widerstand 9, bedingt durch die Stromquelle 6, 7 und 14 und den Operationsverstärker 17*

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Wird der Schleifer 42 des Potentiometers 22 verstellt, so ändern sich die Eingangsspannung am Eingang 43 des Operationsverstärkers 17 und die Eingangsspannung am Eingang 40 des Operationsverstärkers 27. Gleichzeitig werden die Brückendiagonalspannung und die Spannung am Ausgang 15 des Operationsvertärkers 17 variiert, was wiederum einen Einfluß auf die Stärke des Stromes i hat.

Ist bei einer Außentemperatur von -25° C die Brückendiagonalspannung gleich 0 V, so ist auch der Strom durch den Widerstand 9 gleich 0 mA. Steigt die Außentemperatur, so sinkt der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstandes 3, so steigen auch die Spannung über dem Widerstand 4 und die Brückendiagonalspannung, was zur Folge hat, da'ß auch der Strom i durch den Widerstand 9 steigt. Es ergibt sich z.B. eine Kennlinie 50 gemäß Fig. 2, welche am Punkt 62 endet. Soll nun der Strom i bei einer Außentemperatur von -15° C = 0 mA sein, so muß die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 17 so hoch sein, daß erst nach einem Ansteigen der Außentemperatur über -15° C die Brückendiagonalspannung einen Stromfluß i durch den Widerstand 9 erlaubt.

Die Spannung am Eingang 43 des Operationsverstärkers 17 wird mittels des Schleifers 42 des Potentiometers 22 eingestellt. Da gleichzeitig die Brückenspeisespannung vergrößert wird, ergibt sich eine größere Steigung der Ladekennlinie 53_S welche ebenfalls im Punkt 62 endet.

Wird der Schleifer 39 das Potentiometers 20 derart verste11t_s

daß die Brückenspeisespannung und somit auch die Eingangsspannung am Eingang 43 des Operationsverstärkers 17 sinken, so ergibt sich eine kleinere Aussteuerung der Meßbrücke 2, was sich in einer flacheren Steigung der Ladekennlinie 54 äußert, da der Einfluß der Widerstandsänderung des temperaturabhängigen Widerstandes 3 verringert wird* Da sich aber die Spannungsverhältnisse in bezug auf die Eingangsspannungen an dem Eingang 43 und dem Punkt 5 nicht verändert haben, beginnt die Ladekennlinie im Abszissenpunkt 60, d.h., bei -15° C.

Da sich aber, wie vorher erwähnt, die Brückenspeisespannung erniedrigt hat, wirkt sich eine Temperaturänderung des temperaturabhängigen Widerstandes 3 nicht so stark aus, so daß die Ladekennlinie 54 im Punkt 63 endet. Die Einstellungen der Schleifer 39 und 42 der Potentiometer 20 und 22 beeinflussen sich gegenseitig nicht, d.h., der eingestellte Ladekennlinienanfang verändert sich nicht durch eine Verstellung des Schleifers 39 des Potentiometers 20 und umgekehrt.

Wird in Richtung der Abszisse und einer Parallelen zur Abszisse je ein Schiebepotentiometer angeordnet, wobei die Schieber mit einem elastischen Faden verbunden sind, kann dem Benutzer auf einfachste Weise eine Kennliniendarstellung gegeben werden, und der Benutzer kann sich auf einfache Weise die .Kennlinie einstellen, die seinen Bedürfnissen entspricht.

Patentansprüche:

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Claims

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DT 707 31.Okt. 1974

Patentansprüche:

1/ Meßbrücke, deren einer Brückenzweig eine Reihenschaltung eines Meßwiderstandes mit einem Festwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Brückenzweig (18) eine Serienschaltung zweier Potentiometer (20,22) aufweist, und daß nach Maßgabe der Spannungsdifferenz zwischen den Potentiometerabgriffen (39,42) über einen Regler (27) die Brückenspannung variierbar ist.
2. Einrichtung zum unabhängigen Einstellen des Anfangs- und Endwertes eines elektrischen Meßbereiches mit einer Brückenschaltung» deren einer Zweig aus der Serienschaltung eines Meßwiderstandes und eines Festwiderstandes und deren anderer Zweig neben einem Widerstand ein Potentiometer aufweist, dessen Schleiferanschluß zusammen mit dem Verbindungspunkt der Widerstände des ersten Zweiges die Brückendiagonale darstellt,, auf der der Meßwert erscheint, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand als Potentiometer (20) ausgebildet ist, dessen Schleifer über einen Widerstand (38) an eine Konstantstromquelle (28) und einen Eingang (37) eines Differenzverstärkers (27) geschaltet ist, dessen anderer Eingang (40) mit der Brückendiagonale verbunden ist und dessen Ausgang (26) an einen Brückenspeisepunkt (25) angeschlossen ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückenzweig (18) eine Reihenschaltung eines Festwiderstandes (19) mit einem Potentiometer (20) und einem weiteren Festwiderstand (21) mit einem weiteren Potentiometer (22) und einem weiteren Festwiderstand (23) aufweist ufid daß der Potentiometerabgriff (39) über einen Festwiderstand mit einem Eingang eines Differenzverstärkers (27) und einer Konstantstromquelle (28) verbunden ist und daß der Potentiometerabgriff (42) des zweiten Potentiometers (22) mit einem Eingang (43) eines Brückenverstärkers (17) und über einen Widerstand (41) mit einem Eingang (40) eines Differenzverstärkers (27) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brückendiagonale zwei gegeneinander geschaltete Verstärker ( 6,17) eingeschaltet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ausgang des Verstärkers (6) an eine Basis eines Transistors (7) angeschaltet ist und daß der Emitter (11) des Transistors (7) über eine Rückkoppelleitung (12) mit dem Eingang (13) des Verstärkers (6) und über einen weiteren Widerstand (14) mit dem Ausgang (15) des anderen Verstärkers (17) verbunden ist.

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