DE2604434C2 - Meßbrücke - Google Patents

Description

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 (DE-OS 22 03 343). 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 Widerstand 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 Parallelverschiebung in Richtung der Abszisse der Ladekennline 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.

Weilerhin ist für Heizungsanlagen ein Heizungsregler bekannt, bei dem die Verstellung der Ordinatenwerte der Kennlinienendpunkte der Arbeitskennlinie unabhängig erfolgen kann (DE-AS 14 52 443).

Hierbei sind die beiden Einstellpotentiometer über ein Getriebe miteinander verbunden. Diese Anordnung

ist sehr aufwendig und auch störanfällig, da das Getriebe Rutschkupplungen aufweist.

Der Erfindung liegt gegenüber der Hauptpatentanmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der es möglich ist, die Kennlinienanfangspunkte stufenweise nach Maßgabe eines Programmes zu verstellen.

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 vorwählbar nach Betrag und Zeitpunkt einstellen kann, die seinen Bedürfnissen entspricht Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in eigenständig erfinderischer Weise durch die Merkmale des Anspruchs 4.

Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß der Benutzer einer Einrichtung nach dem Hauptanspruch in Verbindung mit einer elektrischen Nachtstromspeicherheizung erreichen kann, daß bei Tagnachladung dieser Speicherheizung die gesamte, auf Tag- und Nachtanteile sich erstreckende Lademenge beliebig auf diese Tag- bzw. Nachtzeiträumc verteilen kann. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich hieraus, daß die Tag- und Nachtanteile ohne Beeinflussung des Ladekennlinienpunktes der Steuerung frei wählbar sind, wobei die Anteile vom EVU festsetzbar sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den F i g. 1 bis 3 und den Unteransprüchen. Es zeigt

F i g. 1 eine elektronische Ausgestaltung mit zwei Einstellpotentiometern,

Fi g. 2 ein Kennlinienfeld mit den Ladekennlinien als Parameter und

Fig.3 ein Kennlinienfeld mit zeitabhängiger Lade- und Entladekennlinie.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten jeweils die gleichen Einzelheiten.

In Fig. 1 weist ein Brückenzweig 1 einer Meßbrücke 2 eine Reihenschaltung eines teniperaturabhängigen 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 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 Brükkenzweig 18 besteht aus einer Reihenschaltung eines Widerstandes 19 mit einem Potentiometer 20, einem Widerstand 21, einem weiteren Potentiometer 22 und einem weiteren Widerstand 23. Hierbei ist dem Potentiometer 22 ein weiteres Potentiometer 22' parallel geschaltet.

Die Widerstände 19 und 3 sind mit dem zweiten Pol 24 der Spannungsquelle, 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, die mit dem negativen Pol 32 der Spannungsquelle 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 20.

Ein invertierender Eingang 40 des Operationsverstärkers 27 ist über einen Widerstand 41 mit einem Wurzelkontakt 29 eines Umschalters 30 und mit einem am nicht invertierenden Eingang 43 des Operationsverstärkers 17 verbunden. Ein Schleifer 42 ist mit einem Kontakt 31, ein Schleifer 42' ist mit einem Kontakt 34 des Umschalters 30 eines Relais 33 verbunden, dessen Ansteuerung durch externes Programm möglich ist Der zweite Pol der Spannungsquelle ist der Anschluß 24.

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

Vom Kollektor 8 des Transistors 7 führt eine Leitung 50 zu einem Wurzelkontakt 51 eines von einer Uhr 52 ^betätigten Kontaktes 53. Das Ausgangssignal wird ebenfalls am Kollektor 8 des Transistors 7 über eine Ausgangsklemme 54 abgegriffen.

Ein Kontakt 55 des Umschalters 53 ist mit einer Einrichtung 56 verbunden, die ein Signal abgibt, das sich zeitabhängig vom Beginn der /vT-Zeit ab bis zum Ende NT-Zeh verringert.

Ein Kontakt 57 ist mit einer Einrichtung 58 verbünde·,!, die ein vom Ende NT-Zeh bis Anfang NT-Zeh ansteigendes Signal erzeugt.

Im Diagramm der Fig.2 ist ein cartesisches Koordinatensystem dargestellt, auf dessen Abszisse die Außentemperatur i> in °C und auf dessen Ordinatf. der Strom /in mA durch den Widerstand 9 aufgetragen sind. Die Kurven 150 bis 158 repräsentieren die jeweilige Abhängigkeit des Stromes / von der Außentemperatur ϋ- bei verschiedenen Potentiometereinstellungen der Poteni'.iometer 20 und 22 und damit Ladekennlinien für eine IVachtstromspeicherheizung. Hierbei ist der Einfachheit halber der Zeiteinfluß als »Null« angesehen worden.

Wird das Potentiometer 22 verstellt, so wandert, abhängig von der Drehrichtung, ein Abszissenpunkt 159 in Richtung des Abszissenpunktes 160. Wird der Schleifer 42 des Potentiometers 22 bis zum Anschlag verstellt, so wandert der Abszissenpunkt 160 zum Abszissenpunkt 161. Der Geradenendpunkt 162 der Geraden 156, der auf einer Parallelen zur Abszisse liegt, bleibt dabei erhalten. Es verändert sich also nur die Steigung der Geraden 150, 153 und 156. Das Obengenannte gilt ebenso für eine Verstellung des Potentiometers 22', wenn der Umschalter 30 umgeschaltet hat.

Wird der Schleifer 39 des Potentiometers 20 verstellt, so wandert der Geradenendpunkt 162 auf einer Parallelen zur Abszisse über einen Geradenendpunkt 163 zum Geradenendpunkt 164. Der mittels des Potentiometers 22 eingestellte Abszissenpunkt 161 bleibt dabei erhalten. Werden die beiden Schleifer 39 und 42 gleichzeitig verstellt, so läßt sich eine Parallelverschiebung der Ladekennlinie erreichen.

Der temperaturabhängige Widerstand 3 wird an einer nicht dargestellten Hauswand angebracht und fühlt die Außentemperatur. Bei höh·¹· Außentemperatur soll der Strom i, welcher durch den Widerstand 9 fließt, groß und bei niedriger Außentemperatur klein bzw. Null sein.

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 Verstarker 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 / verkleinert oder vergrößert, je nachdem, ob die Außentemperatur fällt oder steigt

Zwischen den Eingängen 37 und 40 des Operationsverstärkers 27 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 BrückenversorguTigsspannung, 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 / durch den Widerstand 9, bedingt durch die Stromquelle 6,7 und 14 und den Operationsverstärker 17.

Wird der Schleifer 42 bzw. 42' des Potentiometers 22 bzw. 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 Operationsverstärkers 17 variiert, was wiederum einen Einfluß auf die Stärke des Stromes /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, daß auch der Strom /durch den Widerstand 9 steigt. Es ergibt sich z. B. eine Kennlinie 150 gemäß F i g. 2, welche am Punkt 162 endet. Soll nun der Strom /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 / 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 Drückenspeisespannung vergrößert wird, ergibt sich eine größere Steigung der Ladekennlinie 153, welche ebenfalls im Punkt 162 endet Das Obengenannte gilt ebenso für eine Verstellung des Schleifers 42' des Potentiometers 22', wenn der Umschalter 30 umgeschaltet hat.

Wird der Schleifer 39 des Potentiometers 20 derart verstellt, 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 154 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 160, 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 154 im Punkt 163 endet. Die Einstellungen der Schleifer 39 und 42 bzw. 42' der Potentiometer 20 und 22 bzw. 22' beeinflussen sich gegenseitig nicht, d. h. der eingestellte Ladekennlinienanfang verändert sich nicht durch eine Verstellung des Schleifers 39 des Potentiometers 20 und umgekehrt.

Dem temperaturabhängigen Strom / wird von der Einrichtung 56 bzw. 58 ein zeitabhängiger Strom überlagert, d. h. der Strom /ist abhängig von der Summe des temperaturabhängigen Stromes und des zeitabhängigen Stromes.

Nachts ist dabei die Einrichtung 56 an den Kollektor 8, tagsüber die Einrichtung 58 an den Kollektor 8 angeschlossen. Die Umschaltung erfolgt dabei von einer Uhr 52.

So ergibt sich nachts, wobei der Schleifer 42 des Potentiometers 22 an den Eingang 43 des Operationsverstärkers 17 angeschlossen ist und konstante Außentemperatur vorausgesetzt wird, eine Reglerkennlinie 200 gemäß F i g. 3, da der Zeiteinfluß, wie die Kurve 201, die die Zeitkennlinie der Einrichtung 56 repräsentiert, im sinkenden Sinne gesteuert ist. Reicht die Restwärme nicht mehr aus, den Energiebedarf für den Tag bereitzustellen, so schaltet der hier nicht dargestellte Speicherofen ein. Seine Aufladung folgt dabei der Kennlinie 202. Nach Ende der NT-Zeh, hier nach 8 Stunden, steigt die Entladekennlinie 203 an, bedingt durch die Umschaltung des Umschalters 53 und die von der Einrichtung 58 abgegebene zeitabhängige Kennlinie 204, und der Speicherofen wird von der Netzspannung getrennt.

Hierbei ist zu beachten, daß der Speicherofen noch nicht seine für die Tagentladung notwendige Wärmemenge aufgenommen hat.

Gibt nun das EVU die Tagnachladung frei, d. h. wird das Relais 33 betätigt, so schaltet der Umschalter 30 um. Das Potentiometer 22' wird dabei in den Brückenzweig eingeschaltet. Da an diesem Potentiometer 22' ein anderer Wert eingestellt ist als am Potentiometer 22, springt die Kennlinie 203 auf die der Speicherentladung angepaßte Kennlinie 205. Der Wärmeinhalt des Speichers wird mit seinem Sollinhalt verglichen; reicht der Wärmeinhalt nicht aus, so wird so lange nachgeladen, bis der Sollinhalt erreicht ist oder die Freigabezeit der Tagnachladung des EVU beendet ist. Der Energieinhalt des Speichers steigt also gemäß der Kurve 206, während das Kurvenstück 207 die Entladung des Speichers charakterisiert. Bei weiteren Freigaben der Tagnachladungen des EVU, die frei wählbar sind, wird auf die Kennlinie 205 umgeschaltet, der Sollwert mit dem Istwert verglichen und, wenn nötig, nachgeladen.

Das Verhältnis zwischen Tag- und Nachtladung ist dabei frei wählbar. Bei einer Einstellung am Potentiometer 22 bzw. 22' verändert sich nicht die durch das Potentiometer 20 gemachte Einstellung der Ladekennlinie. Für den Benutzer bzw. EVU ergibt sich somit eine sehr einfache Möglichkeit, die gesamte erforderliche Lademenge auf die Nacht- bzw. Tagladezeiten zu verteilen.

Weiterhin ist es möglich, dem Potentiometer 20 eir Potentiometer parallel zu schalten, wobei die Abgriffe der Potentiometer wahlweise an den Widerstand 3f schaltbar sind.

Die Betätigung des Umschalters 30 kann sowohl vor einem Relais als auch von einer Uhr 52 oder anderer Betätigungsmöglichkeiten z. B. Rundsteueranlagen, vor genommen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum unabhängigen Einstellen des Anfangs- und Endwertes eines elektrischen Meßbereiches mit einer Brückenschaltung, bestehend aus zwei Ästen, deren einer die Serienschaltung eines temperaturvariablen Widerstandes mit einem Festwiderstand und deren anderer eine Serienschaltung zweier Potentiometer aufweist, wobei nach Maßgabe der Spannungsdifferenz zwischen den Potentiometerabgriffen über einen Regler die Brückenspeisespannung variierbar ist nach Patent 24 52 529, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Potentiometer (22) ein weiteres Potentiometer (22^r) parallel geschaltet ist, dessen Abgriff (42') über einen Umschalter (30), an dessen anderem Kontakt ein Abgriff (42) des Potentiometers (22) angeschlossen ist, an den Regler (27) anschaltbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (30) von einer Uhr betätigbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (30) von einem Relais (33) betätigbar ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Aufladesteuerung elektrischer Speicherheizgeräte.