DE2725227A1 - Elektronischer temperaturregler und seine anwendungen - Google Patents

Description

	Patentanwälte	2923	f.	Dif.l.-ing G. Leiser	27	25227
Dipt-Ing E. Prinz	Dipl.-Chem Dr. G. Hauser Ernsbergerstrasse 8 München 60	19		3.	Juni 1977
SOCIETE GENERALE DE FONDERIE 8 Place d'Iena Paris 16 / Frankreich
Unser Zeichen: S

Elektronischer Temperaturregler und seine Anwendungen.

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Temperaturregler, insbesondere für Anlagen zur Heizung und Klimatisierung von Räumen. Dieser Regler ist hauptsächlich zur Einzelsteuerung durch Heizkörper einer Warmwasserzentralheizungsanlage bestimmt, er kann jedoch auch mit anderen Heiz- oder Klimaapparaten benutzt werden.

Die Erfindung betrifft auch als Anwendung derartige mit einem derartigen Regler versehene Anlagen.

Bekanntlich enthält ein Temperaturregler normalerweise eine Sonde zur Feststellung der zu messenden Temperatur, eine Vorrichtung zur Einstellung einer Solltemperatur und Mittel zur Feststellung des Sinns eines Unterschieds zwischen diesen beiden Temperaturen. Dieser Unterschiedsdetektor betätigt Steuermittel zur Steuerung eines Regelorgans, welches z.B.ein in einem Strömungskreis eines Wärmeträger angeordneter Hahn sein kann.

Ferner rühren bekanntlich die Schwierigkeiten der Temperaturregelung davon her, daß die thermischen Vorgänge langsam verlaufen, so daß, um die Aufgabe nicht noch komplizierter zu machen, die Vorgänge der Feststellung des Unterschieds und der Wirkung auf das Regelorgan mit der geringsten Verzögerung erfolgen müssen, oder sogar mit einer gewissen Voreilung.

Bei den oben betrachteten Anwendungen, bei welchen die Fragen des Gestehungspreises wichtig sind, insbesondere wenn man die Temperatur eines jeden Zimmers unabhängig zu regeln wünscht, indem man einen Regler jedem Heizkörper zuordnet, um Energieersparnisse zu machen, verwendet man im allgemeinen zur Temperaturmessung einen Bimetallstreifen oder eine Manometerkapsel. Derartige Organe haben jedoch bei der gängigen Herstellung eine mittelmäßige Genauigkeit, und außerdem ist die Messung mit einer verhältnismäßig großen Verzö-

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gerungszeit behaftet, was Hindernisse für eine genaue Regelung bildet.

Gewisse Lösungen zur Verringerung der Ansprechzeit bestehen darin, der Temperatursonde einen Heizwiderstand zuzuordnen, welcher die Aufgabe eines thermischen Abbilds des zu heizenden Raums erfüllt. Dabei handelt es sich jedoch um eine verwickelte und schwer einzustellende Ausführung, wobei das thermische Abbild

ist
des Raums sehr angenähert/und nicht der Vielfältigkeit der in der

Praxis angetroffenen Räume entspricht.

Man hat ferner versucht, diesen Nachteilen durch Benutzung von Thermistoren abzuhelfen, aber das Prinzip selbst der elektrischen Messung führt eine von der Unstabilität der Netzspannung herrührende zusätzliche Schwierigkeit ein, welche die Messung in bedauerlicher Weise fälschen kann, wenn man nicht eine kostspielige Stabilisierstufe benutzt. Außerdem erzeugt der den Thermistor durchfliessende elektrische Meßstrom eine Wärmeentwicklung durch die Stromwärme, welche die Messung stört. Um diese Wirkung möglichst klein zu machen, ist man dann gezwungen, einen Thermistor großer Abmessungen zu wählen, was seine Wärmekapazität erhöht und die Messung verzögert. Selbst wenn man in an sich bekannter Weise den Thermistor in eine Wheatstonesche Brücke einschaltet, wird nur der erste der beiden obigen Nachteilen vermieden. Die Notwendigkeit, durch den Thermistor nur einen schwachen, wenig störenden Strom fliessen zu lassen, zwingt insbesondere zur Verstärkung des Stroms der Gleichgewichtsstörung in der Diagonalen der Brücke mittels einer linearen Verstärkerstufe.

Auf dem Gebiet der Steuerung des Regelorgans führen die gleichen Betrachtungen des Gestehungspreises zur Wahl einer Auf-ZuRegelung, welche durch einen an den Detektor gebundenen Kontakt gesteuert wird. Bei den hier ins Auge gefaßten Anwendungen ist jedoch dieses Verfahren nicht voll befriedigend, da die Zeitkonstante eines Heizkörpers zwar bei der Erwärmung verhältnismäßig kurz ist, aber viel länger bei der Abkühlung, und die Zeitkonstante des beheizten Raums ist in beiden Fällen groß. Dies hat zur Folge, daß man Temperaturschwankungen in einem verhältnismäßig breiten Bereich annehmen oder dem Regelorgan ein häufiges Arbeiten zumuten muß, welches seiner Lebensdauer schaden kann.

Man könnte ein Regelverfahren durch proportionale und 706851/0884

integrale Wirkung ins Auge fassen. Bei seiner Anwendung mit Reglern eines gängigen Typs wurde jedoch dieses Verfahren dazu führen, infolge der zu berücksichtigenden Zeitkonstanten Widerstände und Kapazitäten zu wählen, deren (Jestehungspreis bei den hier beabsichtigten häuslichen Anwendungen zu hoch wäre. Die Steuerung des schwachen Entladestroms des Kondensators würde außerdem einen Verstärker mit stabilisierter Speisung erfordern. Da außerdem ein derartiger Regler ständig arbeitet, besitzt er im allgemeinen eine Trift, von der man sich schwer durch wirtschaftliche Mittel freimachen kann.

Die Erfindung bezweckt die Herstellung eines Temperaturreglers, welcher eine wirksame und genaue Regelung der Temperatur ermöglicht und die obigen Nachteile vermeidet, wobei er einen so niedrigen Gestehungspreis hat, daß seine Verwendung für jeden Heizkörper einer Anlage möglich wird.

Erfindungsgemäß enthält der elektronische Regler, insbesondere für Heiz- oder Klimaanlagen für Räume, in einem Zweig einer Wheatstoneschen Brücken einen Thermistor zur Messung der zu regelnden Temperatur, in einem anderen Zweig einen regelbaren Widerstand zur Einstellung der Solltemperatur, und in der Diagonalen der Brücke Detektormittel, um selektiv je nach dem Sinn der Abweichung Steuerstufen eines Regelorgans zu beaufschlagen. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß er einen Impulsgenerator enthält, welcher periodisch während einer bestimmten Dauer die Speisung der Brücke bewirkt.

Außerhalb der Impulse tritt in dem Thermistor kein Strom auf, und er erfährt keine Zufuhr von elektrischer Störenergie. Er nimmt daher genau die Raumtemperatur an. Außerdem kann dieser Thermistor infolge des Fehlens einer Wärmeerzeugung durch Stromwärme kleine Abmessungen haben, was seine thermische Trägheit verringert und die Messung schneller und genauer macht. Es ist noch hinzuzufügen, daß, da die Impulse verhältnismäßig kurz sind, man sich gestatten kann, in ihnen eine bedeutende Leistung zu entwickeln, welche die Anordnung einer Verstärkerstufe in der Diagonalen der Brücke unnötig macht. Schließlich hat die Trift des Reglers nur während der Impulse einen Einfluß, so daß sie sehr gering ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthalten die Detektor- und Verstärkermittel zwei Transistoren, deren

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Basiselektroden mit den Enden der Diagonalen der Brücke verbunden sind, und deren Kollektor-Einitter-Kreise im Febenschluß zwischen den negativen Pol der Stromquelle bzw. zwei Steuerleitungen geschaltet sind, deren jede den positiven Pol der Stromquelle mit einer ihrerseits mit einer Klemme einer Steuerstufe des Regelorgans verbundenen Verstärkerstufe verbindet, wobei diese Stufen eine gemeinsame, mit dem positiven Pol der Stromquelle verbundene Klemme aufweisen.

Bei einer Gleichgewichtsstörung der Brücke werden, wenn ein Impuls erzeugt wird, Spannungen mit verschiedenen Werten an die Basen der Transistoren angelegt, von denen der eine vor dem anderen leitend wird, wobei die Steuerleitung, mit welcher er verbunden ist, auf das negative Potential gebracht und die entsprechende Steuerstufe des Regelorgans aktiviert wird. Es kommen nur die differentialen Temperaturstabilitäten der Transistoren zur Einwirkung, eine Eigenschaft, welche leicht und billig erhalten werden kann.

Die Emitter dieser beiden Transistoren sind mit dem negativen Pol über den Kollektor-Emitter-Kreis eines anderen Transistors verbunden, dessen Basis mit dem Impulsgenerator verbunden ist. Bei jedem Impuls wird dieser Transistor leitend gemacht und legt die Emitter der beiden Transistoren der Diagonalen an den negativen Pol, wodurch ihre Basisspannung sie leitend machen kann.

Vorzugsweise liegt ein Kondensator im Nebenschluß zwischen der Basis und dem Kollektor des dritten Transistors, um seine Leitfähigkeit bis zu dem Augenblick zu verzögern, in welchem die Basiselektroden der beiden Transistoren der Diagonalen trotz der Wirkung etwaiger Störkapazitäten einen Gleichgewichtszustand erreicht haben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfaßt der Regler eine Stufe proportionaler und integraler Wirkung. Diese Stufe enthält einen Widerstand, welcher im Nebenschluß zu der Brücke liegt und einerseits mit dem Ende der Diagonalen der Brücke, welches dem Widerstand zur Einstellung der Solltemperatur benachbart ist, und andererseits mit einer der beiden Steuerleitungen über eine in beiden Richtungen wirkende Ableitungsstufe verbunden ist. Ein Kondensator liegt im Nebenschluß zwischen dieser Verbindung und dem positiven Pol der Stromquelle.

Diese Anordnung, welche an die Brücke die Spannung an den

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Klemmen des Kondensators anlegt, bewirkt die Fälschung des Sollwerts in dem geeigneten Sinn, um eine an den Wert der festgestellten Abweichung gebundene Voreilungswirkung zu erzeugen.

Vorzugsweise ist eine Verstärkerstufe zur Verstärkung der Spannung an den Klemmen des Kondensators vorgesehen.

Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung enthält die in beiden Richtungen wirkende Ableitungsstufe parallel die Kollektor-Emitter-Kreise von zwei Transistoren entgegengesetzter Polarität, deren jeder mit einem Kollektorwiderstand versehen ist, und deren Basiselektroden mit der anderen Steuerleitung verbunden sind.

Bei dieser Anordnung kann sich der Kondensator mit proportionaler Wirkung während eines Impulses entweder durch die Ableitung zu dem negativen Pol seiner nicht mit dem positiven Pol verbundenen Klemme aufladen, oder sich durch Ableitung des positiven Pols zu dieser Klemme entladen. Da der Lade- oder Entladestrom nur während der Dauer der Impulse fließen, ist seine Stärke verhältnismäßig groß, und die Messung der Spannung an den Klemmen des Kondensators kann durch eine billige Vorrichtung erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die Kol lektor-Widerstände regelbar, was die Einstellung der Stärke der Ableitungsströme und somit der Zeitkonstante der integralen Wirkung gestattet.

Bei einer verbesserten Ausführungsform enthält der Regler eine Verzögerungsstufe, um die Wirkung auf die Steuerstufen des Regelorgans nach dem Ende des Impulses zur Speisung der Brücke zu verlängern. Man könnte nämlich befürchten, daß dieser Impuls zu kurz ist, um den Regelorgan die Ausführung seines vollständigen Hubes zu gestatten.

Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung enthält der Regler einen regelbaren Widerstand, welcher einerseits mit dem dem Thermistor benachbarten Ende der Diagonalen der Brücke verbunden und andererseits entweder auf einen isolierten Kontakt oder auf den positiven Pol der Stromquelle oder auf eine Spannungsquelle vorbestimmten Werts umschaltbar ist, um eine vorbestimmte Senkung der Solltemperatur hervorzurufen.

Man kann so durch einfache Umschaltung eine Tageseinstellung und eine Nacht einstellung erhalten.

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Bei einer Heizanlage mit erfindungsgemäßen Reglern ist eine allgemeine Gleichspannungsquelle mit zwei Ausgängen vorgesehen, nämlich der eine zur normalen Speisung der Regler und der andere zur Erzeugung einer vorbestimmten Spannung zur vorbestimmten Senkung der Solltemperatur.

Bei einer besonderen Ausführung einer derartigen

Anlage enthält jeder Regler zusätzliche veränderliche Widerstände, welche mit den veränderlichen Widerständen zur Definition der Solltemperatur gekuppelt sind, und diese veränderlichen Widerstände sind alle mit dem Stromkreis eines den Räumen der Gruppe gemeinsamen Energiezählers verbunden.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Reglers.

Pig. 2 ist ein Gesamtschema einer ^mit derartigen Reglern versehenen Warmwasserzentrai.heizungs anlage.

In Fig. 1 wird ein erfindungsgemäßer Regler 1 durch eine Gleichspannungsquelle mit einem positiven Pol 2 und einem negativen Pol 3 gespeist. Dieser Regler ist mit Steuerstufen 4, 5 zur Steuerung eines nicht dargestellten Regelorgans verbunden. Dieses Regelorgan i3t hier ein Hahn, welcher zwei oder drei Durchgangswege aufweisen kann. Er muß sich bei einem Schließbefehl schließen, bei einem Öffhungabefehl öffnen und bei Fehlen eines Befehls in der vorhergehenden Stellung bleiben können. Er kann zweckmäßig wie der in der auf den Namen der Anmelderin eingereichten französischen Patentanmeldung Hr. 76 13 256 beschriebene ausgebildet sein. In diesem Fall, welcher der des beschriebenen Beispiels ist, enthält jede Steuerstufe 4, 5 eine Induktionsspule 6 bzw. 7, welche parallel mit einer Entladungsdiode 8, 9 versehen ist, wobei die Ausbildung so getroffen ist, daß die Erregung der Spule 6 die Schließung des Regelorgans und die Erregung der Spule 7 seine Öffnung bewirkt.

Die Stufen 4 und 5 sind einerseits mit dem positiven Pol 2 durch eine gemeinsame Klemme 11 und andererseits mit dem negativen Pol 3 durch Klemmen 12 bzw. 13 über weiter unten beschriebene Verstärkerstufen verbunden.

Der Regler 1 enthält eine zwischen dem positiven Pol 2 und dem negativen Pol 3 gespeiste Wheatstonesche Brücke 14. Von

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den beiden dem positiven Pol 2 benachbarten Zweigen dieser Brücke enthält der eine einen festen Widerstand 15 und einen Meßthermistor 16, welcher an einer geeigneten Stelle des zu kontrollierenden Raums angeordnet ist, und der andere einen Widerstand 17 und einen regelbaren Widerstand 18 zur Einstellung einer Solltemperatur. Die beiden anderen Zweige der Brücke 14 werden durch feste Widerstände 19 bzw. 21 gebildet. Die Enden der Diagonalen der Brücke sind der dem Thermistor 16 und dem festen Widerstand 19 gemeinsame Punkt Δ bzw. der dem regelbaren Widerstand 18 und dem festen Widerstand 21 gemeinsame Punkt 3.

Bei dem beschriebenen Beispiel sind die Werte der festen Widerstände und des Thermistors 16 so bestimmt, daß bei Speisung der Brücke die Punkte A und B das gleiche Potential haben, wenn die gemessene Temperatur 20° C beträgt, wobei der regelbare Widerstand 18 auf diesen Wert eingestellt wird, daß dieses gemeinsame Potential praktisch gleich dem Mittelwert der Potentiale der Pole 2 und 3 ist.

In die die Brücke 14 mit dem negativen Pol 3 verbindende Speiseleitung ist der Kollektor-rEmitter-Kreis eines Transistors 22 des Typs ΗΡΪί eingeschaltet, dessen Basis mit einem Impulsgenerator 23 verbunden ist, so daß die Brücke 14 nur während dieser Impulse gespeist wird, welche den Transistor 22 leitend machen. Außerhalb dieser Impulse befindet sich dis Gesamtheit der Elemente der Brücke 14 auf dem Potential des positiven Pols 2.

Der Impulsgenerator 23 enthält einen Einschichttransistor 24, dessen Eingang mit dem einem Widerstand 25 und einem Kondensator 26 gemeinsamen Punkt verbunden ist, welche in Reihe zwischen die Pole 2 und 3 geschaltet sind, und dessen Steuereingang mit dem zwei Widerständen 27, 28 gemeinsamen Punkt verbunden ist, welche als Spannungsteiler zwischen die Pole 2 und 3 geschaltet sind. Der Ausgang des Transistors 24 ist mit dem negativen Pol 3 über einen Widerstand 29 und mit der Basis des Transistors 22 über eine Diode 31 und einen Widerstand 32 verbunden.

Man kann offenbar die Frequenz und das zyklische Verhältnis der von dem Generator 23 ausgesandten Impulse durch Veränderung der Werte der Widerstände und der Kapazität des Kondensators 26 einstellen. Bei dem beschriebenen Beispiel beträgt die Dauer der Impulse größenordnungsmäßig einige Millisekunden und ihre Frequenz

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ist zwischen dreißig Sekunden und einer Minute regelbar.

In die Diagonale A-B der Brücke 14 sind in beiden Richtungen wirksame Detektor- und Verstärkermittel mit zwei Transistoren 33, 34 des Typs NPIi eingeschaltet, deren Basen mit den Enden A bzw. B der Diagonalen der Brücke verbunden sind. Ihre Emitter sind gemeinsam mit dem negativen Pol 3 über den Kollektor-Emitter-Kreis eines Transistors 35 des Typs NPN verbunden, dessen Basis mit dem Ausgang des Impulsgenerators 23 hinter der Diode 31 über einen Widerstand 16 verbunden ist, wobei ein Kondensator 37 im Nebenschluß zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 35 liegt.

Die Kollektoren der Transistoren 33, 34 sind mit zwei Steuerleitungen 38 bzw. 39 verbunden, welche von dem dem Widerstand 17 und dem regelbaren Widerstand 18 gemeinsamen Punkt und dem dem festen Widerstand 15 und dem Thermistor 16 gemeinsamen Punkt ausgehen, um an Verstärkerstufen 41 bzw. 42 zu endigen, welche am Ausgang mit den Klemmen 12, 13 der Steuerstufen 4, 5 des Regelorgans verbunden sind. Die Steuerleitungen 38, 39 verbinden so, von den Widerständen 15, 17 abgesehen, den positiven Pol 2 mit den Verstärkerstufen 41, 42.

Es ist zu bemerken, daß die Transistoren 33, 34 bei der obigen Schaltung mit den Widerständen der Brücke 14 in typischer Weise eine bistabile Kippschaltung bilden, so daß, wenn sich diese beiden Transistoren in bestimmten, voneinander verschiedenen Zuständen befinden, sie in diesen Zuständen verriegelt bleiben.

Jede Verstärkerstufe 41, 42 enthält einen Transistor (bzw. 44) des Typs PNP, welcher an seiner Basis durch die Steuerleitung 38 (bzw. 39) beaufschlagt wird, und dessen Emitter mit dem positiven Pol 2 verbunden ist, während der Kollektor die Basis eines Transistors 45 (bzw. 46) beaufschlagt, dessen Kollektor-Emitter-Kreis zwischen den negativen Pol 3 und die Klemme 12 (bzw. 13) der Steuerstufe 4 (bzw. 5) des Regelorgans geschaltet ist.

Der Kollektor des Transistors 43 ist auch mit einem ersten Stromkreis einer Verzögerungsstufe 47 verbunden, welcher in Parallelschaltung in Richtung auf den negativen Pol 3 einen Kondensator 28 und zwei Widerstände 49, 51 enthält. Ebenso ist der Kollektor des Transistors 44 mit einem zweiten Kreis der Stufe 47 verbunden, welcher einen Kondensator 52 und zwei Widerstände 53, 54 enthält, welche in der gleichen V/eise geschaltet sind.

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Der gemeinsame Ausgang der Kondensatoren 48, 51

ist über eine Diode 55 mit dem Ausgang der Diode 31 des Impulsgenerators 23 verbunden.

Die Wirkung der Verzögerungsstufe 47 besteht offenbar darin, die Wirkung auf die Steuerstufen 4, 5 des Hegelorgans nach dem Ende des von dem Generators 23 ausgesandten Impulses um eine Dauer zu verlängern, welche von der Kapazität der Kondensatoren 48, 52 und dem Wert der zugeordneten Widerstände abhängt, wobei die von der Diode 55 kommende Spannung an die Stelle der von der Diode 31 kommenden tritt.

Der Regler 1 enthält noch eine Stufe mit proportionaler und integraler Wirkung 56. Diese Stufe enthält einen Stromkreis, welcher im Nebenschluß zu dem Widerstand 21 der Brücke 14 liegt und aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 57, 58 besteht. Der Widerstand 57 ist einerseits mit dem Ende B der Diagonalen der Brücke und andererseits mit seinem anderen Ende C mit der Steuerleitung 39 über eine Verstärkerstufe 59 und eine in beiden Richtungen wirksame Ableitungsstufe 61 verbunden.

Die Verstärkerstufe 39 enthält in an sich bekannter Weise zwei Transistoren 62, 63 des Typs NPN, welche in der sogenannten "Darlingtonschaltung¹¹ geschaltet sind, wobei der Emitter des Transistors 62 die Basis des Transistors 63 beaufschlagt, dessen Emitter mit dem Punkt C verbunden ist. Die Kollektoren dieser beiden Transistoren sindfmit dem positiven Pol 2 verbunden.

Ein Kondensator 64 liegt im Nebenschluß zwischen dem positiven Pol 3 und einem Punkt D der Verbindung zwischen der Verstärkerstufe 59 und der Able itungs stufe 61. Diese Verbindung beaufschlagt die Basis des Transistors 62 über eine zwischen dem Transistor und dem Punkt D liegende Diode 65.

Die in beiden Richtungen wirksame Ableitungsstufe enthält einen Transistor 66 des Typs NPN und einen Transistor 67 des Typs PNP, deren Kbllektor-Emitter-Kreise den Punkt D in Parallelschaltung mit der Steuerleitung 39 verbinden. In Reihe mit diesen beiden Kreisen der Transistoren sind zwei regelbare Widerstände 63, 69 und zwei Dioden 71» 72 geschaltet, welche so angeordnet sind, daß sie den Strom in dem durch die Polarität der Transistoren 66, 67 definierten Sinn durchlassen.

Die Basiselektroden dieser beiden Transistoren sind 709851/0884

gemeinsam nit dar Steuerleitung 58 über einen Widerstand 73 verbunden.

Der Regler enthält noch einen regelbaren Widerstand 74, welcher über einen festen Widerstand 75 das dem Thermistor 16 benachbarte Ende A der Diagonalen der Brücke 14 mit einem Umschalter 76 mit drei Stellungen verbindet. Diese drei Stellungen umfassen einen isolierten Kontakt J, einen mit dem positiven Pol 2 verbundenen Kontakt IiL und einen Kontakt NC, welcher mit einer positiven Spannungsquelle 77 mit einem vorbestimmten V/ert verbunden ist.

Nachstehend ist angenommen, daß,wenn nichts Gegenteiliges angegeben ist, der Umschalter 76 auf den isolierten Kontakt J geschaltet ist, so daß der Widerstand 74 ausgeschaltet ist.

Nachstehend ist das Arbeiten des obigen Reglers beschrieben.

Es sei angenommen, daß die von dem Thermistor 16 gemessene Temperatur niedriger als die an dem regelbaren Widerstand 18 eingestellte Solltemperatur ist, was normalerweise zu einer Öffnungssteuerung des das Regelorgan bildenden Warmwasserhahns führen muß. Ferner ist angenommen, daß der Kondensator 64 der Stufe mit proportionaler und integraler Wirkung 56 entladen ist, d.h. daß das Potential bei D praktisch gleich dem Potential des positiven Pols 2 ist.

Bei Fehlen von Impulsen de3 Generators 23 sind die Transistoren 22 und 35 gesperrt, und die Gesamtheit der Elemente der Brücke befindet sich auf dem Potential des positiven Pols 2, wie auch die Emitter der Transistoren 33 und 34 der Diagonalen der Brücke. Der Kondensator 37 iat geladen, da die Basis des Transistors 35 bei dem vorhergehenden Impuls auf das Potential des negativen Pols 3 gebracht wurde. Der Kondensator 64 bleibt entladen, da der Transistor 66 infolge seines Emitterpotentials nicht leitet.

Wenn ein von dem Generator 23 erzeugter Impuls an der Diode 31 erscheint, entsperrt er sofort den Transistor 22, welcher leitend wird, um die Brücke 14 in normaler Weise zu speisen. Gemäß der oben über die Temperaturen gemachten Annahme ist das Potential bei B höher als das Potential bei A.

Der Transistor 35 wird mit einer Verzögerung entsperrt, welche der Entladezeit des Kondensators 37 entspricht. Wenn er leitend wird, haben die bei A bzw., 9 a£-^dJ-^e Basiselektroden der Tran-

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sistoren 33 und 34 angelegten Potentiale Zeit gehabt, sich trotz der Wirkung von etwaigen Störkapazitäten zu stabilisieren.

Das Emitterpotential der Transistoren 33 und 34 nimmt dann allmählich durch die allmähliche Ladung des Kondensators 37 ab, dessen dem Kollektor des Transistors 35 benachbarte Klemme mit dem negativen Pol 3 verbunden ist.

Sowie die Basis-Emitter-Spannung eines der Transistoren 33 oder 34 ausreichend wird, wird dieser leitend. Bei dem gewählten Beispiel ist dies der Transistor 34, da das Potential bei B höher al3 das Potential bei A ist. Dies hat zur Wirkung, daß die Steuerleitung 39 auf das Potential des negativen Pols 3 gebracht wird, wodurch der Transistor 44 leitend wird, wobei er die Entsperrung de3 Transistors 46 bewirkt und die Klemme 13 auf das Potential des negativen Pols bringt. Die Spule 7 wird dann gespeist, und der Warmwasserhahn öffnet sich (oder bleibt offen, wenn er ea bereits war).

Eine weitere Wirkung der EntSperrung des Transistors ist die Erzeugung eines Spannungsabfalls in dem Widerstand 15, wodurch das Potential bei A gesenkt und die Transistoren 33 und 34 in ihren Zuständen verriegelt werden. Man findet hier die oben angegebene Wirkung der bistabilen Kippschaltung wieder.

Da das Potential bei D positiv iet, ist es das Potentail bei C infolge der Verstärkung in der Stufe 59 ebenfalls. Der Widerstand 15 kann dann als mit dem regelbaren Widerstand 18 parallel geschaltet angesehen werden, was bedeutet, daß die Solltemperatur in dem Sinn einer Erhöhung ihres Werts gefälscht ist, was die Öffnung des Hahns zu erzeugen sucht.

Da während der Dauer des Impulses die Steuerleitung 38 auf dem Potential des positiven Pols 2 geblieben ist, ist der Transistor 66 leitend und läßt über den regelbaren Widerstand 68 und die Diode 71 einen Ableitungsstrom fließen, welcher den Kondensator 64 durch Senkung des Potentials bei D und somit des Potentials bei C lädt.

Wenn der von dem Generator 23 ausgesandte Impuls endigt, kehrt der Zustand der Schaltung in den zurück, welchen sie vor dem Impuls hatte, der Hahn bleibt jedoch gemäß seinen oben erwähnten Eigenschaften in dem Zustand,in welchen ihn der Impuls gebracht hat. Genauer ausgedrückt, infolge der Kürze dieser Impulse, welche dem

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Hahn nicht die Zeit lassen könnten, seinen Hub zu vollenden, verlängert die Verzögerungsstufe 47 diesen Impuls, welcher dann durch die Diode 55 ausgesandt wird.

Bei dem nächsten Impuls ist der Kondensator 64 etwas mehr geladen, und die Potentiale bei D und C sind etwas niedriger, so daß die Solltemperatur weniger nach oben verfälscht ist, was die Neigung eines Öffnungsbefehls des Hahns abschwächt. Es besteht also hier eine Voreilungswirkung der seit dem vorhergehenden Impuls erzeugten Heizwirkung.

Während der Dauer dieses nächsten Impulses lädt sich der Kondensator 64 weiter, und das Potential bei C und D nimmt weiter ab, wodurch die Verschiebung der Solltemperatur nach oben weiter abgeschwächt wird, und nach einer gewissen Zeit wird sogar eine Verschiebung nach unten bewirkt. Diese Verschiebung nach unten ist am größten, wenn der Kondensator 64 vollständig geladen ist, wobei das Potential bei C und D das des negativen Pols 3 ist. Der Widerstand 57 ist dann zu dem Widerstand 21 parallel geschaltet.

Bei dem beschriebenen Beispiel beträgt der Unterschied zwischen den größten Verschiebungswerten nach oben bzw. nach unten 2° C und entspricht dem entladenen bzw. geladenen Zustand des Kondensators 64. Er bildet den Bereich der proportionalen Wirkung des Reglers.

Bei umgekehrten klimatischen Bedingungen, bei welchen die von dem Thermistor 16 gemessene Temperatur höher als die Solltemperatur ist, arbeitet der Regler entsprechend, um die Schließung des Hahns durch die Leitfähigkeit des Transistors 33 zu steuern, welcher die Steuerleitung 38 auf das Potential des negativen Pols 3 bringt.

Bei einem Schließbefehl ist es jedoch der Transistor 6% welcher entsperrt wird und die teilweise Entladung des Kondensators 64 durch Erhöhung des Potentials bei D bewirkt. Die hierdurch entstehende Erhöhung des Potentials bei C bewirkt dann die Abschwächung der Verschiebung der Solltemperatur nach unten, wodurch tatsächlich die gesuchte Voreilungswirkung erzielt wird.

Da die in Reihe mit den Transistoren 66 und 67 liegenden Widerstände 68 bzw. 69 regelbar sind, verfügt man so über eine integrale Wirkung mit einer unabhängig regelbaren Zeitkonstante bei der Erwärmung und bei der Abkühlung.

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Zu Nachtzeiten kann man ohne Veränderung des regelbaren Widerstands 18 die Solltemperatur auf einen vorbestimmten Wert durch Verstellung des Umschalters 76 auf den Kontakt NL senken, was die Gleichgewichtsbedingung der Brücke 14 unter bestimmten Bedingungen verfälscht, welche von einer vorhergehenden Einstellung des regelbaren Widerstands 74 abhängen. Hierdurch kann man jederzeit die Solltemperatur in dem Raum senken, in welchem sich der Regler befindet.

Han kann ferner den Umschalter 76 ständig auf die Stellung NC einstellen. Dank einer weiter unten beschriebenen Vorrichtung wird der Kontakt NC nur nachts gemäß einem automatischen, von einem zentralen Zeitgeber ausgehenden Signal mit Spannung gespeist, um die nächtliche Senkung der Solltemperatur zu bewirken.

Der obige Regler besitzt zahlreiche Vorteile. Die Tatsache, daß die Messung mittels einer Wheatstoneschen Brücke erfolgt, scheidet den Einfluß der ITetzspannungsschwankungen aus, ohne daß eine stabilisierte Speisung vorgesehen werden muß. Ferner macht die kurze Dauer der Impulse die Erwärmung der Stromkreise der Brücke durch Stromwärme vernachlässigbar, insbesondere die Erwärmung des Thermistors, welcher so kleine Abmessungen haben und somit eine sehr geringe thermische Trägheit besitzen kann.

Zu diesen Eigenschaften, welche eine ausgezeichnete Heßgenauigkeit verschaffen, tritt die einer sehr genauen Fehlerdetektion hinzu. Diese Genauigkeit hängt nämlich nicht von der absoluten Langzeittemperaturstabilität der Transistoren 33 und 34 ab, sondern nur von ihrer differentialen Stabilität. Nun ist es aber leicht und wenig kostspielig, eine Stabilität von größenordnungsmässig einigen Millivolt zu erhalten. Mit einer Speisespannung -von größenordnungsmäßig 10V und einem Thermistor mit einer Steigung von 4 fi je Celsiusgrad kann man dann leicht eine auf weniger als ein Zehntel Grad genaue Fehlerdetektion erhalten. Eine derartige Genauigkeit ist aber unerläßlich, wenn man auf einen Grad genau die Temperatur eines Raums richtig und ohne Schwingungen regeln will, in welchem die Heizkörper eine beträchtliche Trägheit haben. Bei Vermeidung zu schneller Änderungen der Wärmeaussendung ist die Trägheit des Heizkörpers ein Komfort- und Ersparniselement, welches nur wirksam wird, wenn der Regler eine geringe Trägheit besitzt. Wenn die Trägheit des Reglers nicht gegenüber der des Heizkörpers vernachläs-

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sigbar ist, treten in der Regalschleife "Pendeln" genannte spontane Schwingungen auf. Die Wärmeaussendung erfolgt dann durch für den Komfort und die Energieersparnis schädliche Wärmezüge.

Die Erfindung gestattet noch, durch das Arbeiten mit Impulsen, die Stufe mit proportionaler und integraler Wirkung auf besonders wirtschaftliche Weise zu verwirklichen. Die in den Warmwasserheizsystemen auftretenden Zeitkonstanten betragen nämlich größenordnungsmäßig eine Stunde und wurden mit den bekannten Mitteln die Benutzung eines Kondensators von gröGenordnungsmäßig 10 Mikrofarad mit einem Widerstand von größenordnungsmäßig 360 Megohm erfordern. Unter 10 V würde der ständige Lade- oder Entladestrom größenordnungsmäßig 30 nA betragen, was zur Messung der Spannung an den Klemmen de3 Kondensators einen sehr stabilen Verstärker mit einer stabilisierten Speisung erfordern würde.

Mit der Steuerung durch Impulse einer Zehntel Sekunde alle dreißig Sekunden wird der Strom auf 10 Mikroampere gebracht, was für die Widerstände 68 und 69 zu einem durchaus gängigen Wert von einem Megohm führt.

. Der erfindungsgemäße Regler führt so in jeder Hinsicht zu a.usgezeichneten Betriebsbedingungen und zu einem besonders wirtschaftlichen Gestehungsprei3.

nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine Warmwasserheizanlage für eine Gruppe einer gewissen Zahl von Räumen 81 beschrieben. In jedem dieser Räume ist ein Warmwasserheizkörper 82 mit einem Hahn 83 angeordnet, welcher die Aufgabe eines Regelorgans erfüllt und durch einen mit einem in dem Raum angeordneten Thermistor 16 verbundenen Regler 1 gesteuert wird. Die Gesamtheit der Regler 1 wird mit Gleichspannung aus einer ihrerseits mit dem Wechselstromnetz 85 verbundenen zentralen Stromquelle 84 gespeist. Diese zentrale Stromquelle weist einen Ausgang 77 auf, welcher eine an den Kontakt NC des Umschalters 76 (Fig. 1) angelegte Spannung bestimmten Werte liefert. Eine in die Stromquelle 84 eingebaute Uhr 86 bewirkt die Unterspannungsetzung des Ausgangs 77 während der Nachtstunden, so daß jeder Regler 1, bei welchem der Umschalter 76 in die Stellung UC gebracht ist, automatisch eine bestimmte Senkung der Solltemperatur zu einer bestimmten Zeit erfährt.

Jeder der veränderlichen Widerstände 18 und 74 zur Bestimmung der Solltemperatur ist mechanisch mit einem veränderlichen

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Y/iderstand 18a, 74a (Fig. 1) gekoppelt, welcher die Rolle eine3 Übertragung3potentiometers spielt und mit einem allgemeinen Energie zähler 87 verbunden ist.

Bei der beschriebenen Anwendung sind die Fenster der Räume mit einem Kontakt versehen, welcher bei Öffnung des Fensters durch einen Eingang 88 den Regler des entsprechenden Raums in die Stellung der Schließung des Hahns 83 durch eine bekannte, nicht dargestellte Vorrichtung bringt.

Es ist zu bemerken, daß die allgemeine Stromquelle 84 eine geringe Leistung haben kann, welche der gleichzeitigen Speisung von nur zwei oder drei Reglern angepaßt ist, da infolge des zyklischen Verhältnisses der Impulse die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Impulse gleichzeitig auftreten, sehr gering ist.

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L e e r s e i t e

Claims (14)

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   PATENTANSPRÜCHE

   Elektronischer Temperaturregler, insbesondere für Anlagen zur Heizung und Klimatisierung von Räumen, welcher in einem Zweig einer Wheatstoneechen Brücke einen Thermistor zur Messung der zu regelnden Temperatur, in einem anderen Zweig einen regelbaren Widerstand zur Einstellung der Solltemperatur und in der Diagonalen der Brücke Detektormittel enthält, welche selektiv je nach dem Sinn der Abweichung Steuerstufen eines Regelorgans beaufschlagen, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (23) zur periodischen Speisung der Brücke (14) während einer bestimmten Dauer.
2. 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektormittel zwei Transistoren (33» 34) enthalten, deren Basiselektroden mit den Enden der Diagonalen (A-B) der Brücke verbunden sind,und deren Kollektor-Emitter-Kreise im Nebenschluß zwischen den negativen Pol (3) der Stromquelle und die beiden Steuerleitungen (38, 39) geschaltet sind, deren jede den positiven Pol (2) der Stromquelle mit einer ihrerseits mit einer Klemme einer der Steuerstufen (4, 5) des Regelorgans verbundenen Verstärkerstufe (41t 42) verbindet, wobei diese Stufen eine mit dem positiven Pol (2) der Stromquelle verbundene gemeinsame Klemme (11) aufweisen.

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3. 3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der beiden Transistoren (33» 34) mit dem negativen Pol (3) über den Kollektor-Emitter-Kreis eines anderen Transistors (35) verbunden sind, dessen Basis mit dem Impulsgenerator (23) verbunden ist.
4. 4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (37) im Nebenschluß zwischen die Basis und den Kollektor des dritten Transistors (35) geschaltet ist.
5. 5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Stufe (56) mit proportionaler und integraler Wirkung.
6. 6. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (56) mit proportionaler und integraler Wirkung einen Widerstand (57) enthält, welcher im Nebenschluß an die Brücke (14) geschaltet und einerseits mit dem dem V/iderstand (18) zur Einstellung der Solltemperatur benachbarten Ende (B) der Diagonalen der Brücke (14) und andererseits mit einer (39) der beiden Steuerleitungen (38, 39) über eine in beiden Richtungen wirksame Ableitungsatufe (61) verbunden ist, wobei ein Kondensator (64) im Nebenschluß zwischen diese Verbindung und den positiven Pol (2) der Stromquelle geschaltet ist.
7. 7. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verbindung eine Verstärkerstufe (59) zwischen dem Wider-Btand (57) und der Verbindung (D) des Kondensators (64) enthält.
8. 8. Regler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in beiden Richtungen wirksame Ableitungsstufe (61) parallel die Kollektor-Emitter-Kreise von zwei Transistoren (66, 67) entgegengesetzter Polarität enthält, deren jeder mit einem Kollektorwiderstand (68, 69) versehen ist, und deren Basiselektroden mit der anderen Steuerleitung (38) verbunden sind.
9. 9· Regler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die KoUektorwiderstände (68, 69) regelbar sind.

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10. 10. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsstufe (47) zur Verzögerung der Wirkung auf die Steuerstufen (4, 5) des Regelorgans nach dem Ende des die Brücke (14) speisenden Impulses.
11. 11. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen regelbaren Widerstand (74), welcher mit dem dem Thermistor (16) benachbarten Ende (A) der Diagonalen der Brücke (14) verbunden und entweder auf einen isolierten Kontakt (J) oder auf den positiven Pol (2) der Stromquelle oder auf eine Spannungsquelle (77) bestimmten Werts zur Erzeugung einer bestimmten Senkung der Solltemperatur umschaltbar ist.
12. 12. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf eine Anlage zur Heizung oder Klimatisierung einer Gruppe von Räumen (Fig. 2).
13. 15· Anlage nach Anspruch 12, zur Heizung, welche für jeden Raum einen Regler gemäß Anspruch 10 enthält, gekennzeichnet durch eine allgemeine Gleichspannungsquelle (84) mit zwei Ausgängen, von denen der eine für die normale Speisung der Regler dient und der andere (77) eine bestimmte Spannung für die bestimmte Senkung der Solltemperatur erzeugt.
14. 14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Regler zwei zusätzliche veränderliche Widerstände (18a, 74a) enthält, welche mit den veränderlichen Widerständen (18, 74) zur Bestimmung der Solltemperatur gekuppelt sind, wobei diese zusätzlichen veränderlichen Widerstände alle mit dem Stromkreis eines den Räumen der Gruppe gemeinsamen EnergieZählers (87) verbunden sind.

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