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Elektronischer Temperaturregler für Kühl-
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oder Gefriergeräte mit einem Kompressor Die Erfindung betrifft einen
elektronischen Temperaturregler für Kühl- oder Gefriergeräte mit einem über einen
elektronischen Schalter, z.B. Thyristor oder Triac, ein- und ausschaltbaren, elektromotorisch
angetriebenen Kompressor, bei dem eine der Solltemperatur entsprechende elektrische
Bezugsspannung vorwählbar ist, ein Temperaturfühler mit einem temperaturabhängigen
Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten zur Ableitung einer der Isttemperatur
entsprechenden Meßspannung vorgesehen ist und bei dem ein elelktronischer Schaltkreis
mit Schaltungskreise aus der Differenz von Bezugs- und Meßspannung das Steuersignal
für den elektronischen Schalter ableitet.
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Ein derartiger Temperaturregler ist durch die DE-OS 24 45 172 bekannt.
Uebersteigt die Isttemperatur die Solltemperatur, dann wird über das Steuersignal
der elektronische Schalter leitend gesteuert und der Elektromotor des Kompressors
eingeschaltet.
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Der Elektromotor bleibt dann solange eingeschaltet, bis die Isttemperatur
um den durch die Schaltungskreise des elektrischen Schaltkreises vorgegebenen Temperatursprung
abgesunken ist. Bei Kühl- oder Gefriergeräten muß die Solltemperatur in einem größeren
Bereich, z.B. 160 bis 310C, vorgewählt werden können. Bei dem bekannten Temperaturregler
wird der temperaturabhängige Widerstand in einen Spannungsteiler einbezogen, der
von einer stabilisierten Spannung gespeist wird. Dieser Spannungsteiler enthält
zudem einen einstellbaren Widerstand, mit dem die Vorspannung für eine am Spannungsteileranges
tete Triggerschaltung verändert und so die Solltemperatur vorewählt werden kann.
Die zweistufige Triggerschaltung hat einen Rückkopplungskreis, der die Schalthysterese
festlegt.
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Da sich der Widerstand eines temperaturabhängigen Widerstandes in
Abhängigkeit von der Temperatur nach einer e-Funktion ändert, ändert sich in dem
Arbeitsbereich auch mehr oder weniger die Meßspannung pro Grad Temperaturunterschied.
Bei einem großen Arbeitsbereich arbeitet der Temperaturregler daher mit verschieden
großer Genauigkeit.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Temperaturregler der eingangs
erwähnten Art so zu verbessern, daß er-über einen großen Arbeitsbereich eine gleichbleibende
große Genauigkeit erreicht und selbst bei Schwankungen der Speisespannung keine
Regelfehler aufweist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Ableitung.
der Meßspannung ein Meß-Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen erstem Eingang
eine konstante Vorspan-
nung zugeführt ist und dessen zweiter Eingang
über einen Widerstand mit dem Nullpotentiäl verbunden ist, daß dem temperaturabhängigen
Widerstand ein Linearisierungswiderstand parallelgeschaltet ist, daß diese Parallelschaltung
mit dem zweiten Eingang und dem Ausgang des Meß-Operationsverstärkers verbunden
ist, daß die der Solltemperatur entsprechende Bezugsspannung dem ersten Eingang
eines als Schaltkreis verwendeten Steuerungs-Operationsverstärkers zugeführt ist,
dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Meß-Operationsverstärkers verbunden ist
und daß der Ausgang des Steuerungs-Operationsverstärkers über einen Widerstand mit
dem ersten Eingang des Steuerungs-Operationsverstärkers gekoppelt ist und das Steuersignal
für den elektronischen Schalter abgibt.
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Mit dem zum temperaturabhängigen Widerstand parallelgeschalteten Linearisierungswiderstand
läßt sich die Widerstands-Temperatur-Kennlinie so linearisieren, daß die Linearitätsfehler
über den Arbeitsbereich unter 1 % liegen. Die Einbeziehung des temperatu-rabhängigen
Widerstandes zwischen den Ausgang und den zweiten Eingang des Meß-Operationsverstärkers
führt zu einem großen Spannungsunterschied pro Grad Celsius, der praktisch über
den gesamten Arbeitsbereich konstant ist. Der Temperaturregler arbeitet daher über
den gesamten Arbeitsbereich mit gleicher, großer Genauigkeit. Dabei kann die Schalthysterese,
d.h. der Temperatursprung des als Zweipunktregler arbeitenden Steuerungs-Operationsverstärkers,
leicht eingestellt werden und bleibt über den gesamten Arbeitsbereich erhalten.
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Die Regelgenauigkeit kann nach einer Ausgestaltung dadurch erhöht
werden, daß die konstante Vorspannung für den ersten Eingang des Meß-Operationsverstärkers
an einem Spannungsteiler abgreifbar ist, der von der Ausgangsspannung einer
Konstantspannungsquelle
gespeist ist, sowie daß die der Solltemperatur entsprechende Bezugs spannung an
einem Spannungsteiler mit einem einstellbaren Widerstand einstellbar abgreifbar
ist und daß dieser Spannungsteiler von der Ausgangsspannung derselben Konstantspannungsquelle
gespeist ist.
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Die Speisung des Temperaturfühlers wird nach einer Ausführung so vorgenommen,
daß die Konstantspannungsquelle Teil eines integrierten Schaltkreises ist, der über
eine Diode, einen Vorwiderstand und einen Siebkondensator von der Netzwechselspannung
gespeist ist. Integrierte Schaltkreise mit einer Konstantstromquelle sind handelsüblich,-wie
z.B. der integrierte Schaltkreis U111B der Firma AEG-Telefunken.
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Da dieser integrierte Schaltkreis vorwiegend als Ansteuerglied für
elektronische Schalter eingesetzt wird, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen,
daß das Steuersignal des Steuerungs-Operationsverstärkers einem Ansteuerkreis des
elektronischen Schalters zugeführt ist und daß dieser Ansteuerkreis Teil des integrierten
Schaltkreises ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß dieser Ansteuerkreis als
Phasenanschnittsteuerkreis ausgebildet ist, der Teil des integrierten Schaltkreises
ist.
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Damit dieser handelsübliche integrierte Schaltkreis optimal ausgenützt
ist, ist dieweitere Auslegung so, daß zumindest der Meß-Operationsverstärker Teil
des integrierten Schaltkreises ist.
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Der Temperaturregler kann nach einer Weiterbildung dadurch zur Überwachung
und Alarmgabe beim Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur ausgenützt werden,
daß an dem Spannungsteiler für die vorwählbare Bezugs spannung eine
weitere,
der Grenztemperatur entsprechende Grenzspannung abgreifbar ist, daß diese Grenzspannung
dem ersten Eingang eines Alarm-Operationsverstärkers zugeführt ist, daß der zweite
Eingang des Alarm-Operationsverstärkers mit dem Ausgang des MeB-Operationsverstärkers
verbunden ist und daß der Ausgang des Alarm-Operationsverstärkers über einen Widerstand
mit dem ersten Eingang des Alarm-Operationsverstärkers gekoppelt-ist und das Alarmsignal
abgibt. Auch für die Alarmgabe ann eine Schalthysterese vorgegeben werden, wenn
vorgesehen ist, daß mit dem Widerstand zwischen dem Ausgang und dem ersten Eingang
des Alarm-Operationsverstärkers die Schalthysterese des Alarm-Operationsverstärkers
festgelegt ist.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 die Stromkreise zur Ableitung der Meßspannung,
der-Bezugsspannung und des Steuersignals für die Ansteuerung des elektronischen
Schalters und Figur 2 die Stromkreise zur Erzeugung der Speisespannung für die Stromkreise
nach Figur 1 und die von dem Steuersignal gesteuerten Stromkreise.
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Die Speisespannung -U der Stromkreise nach Figur 1 ist die Ausgangsspannung
einer Konstantspannungsquelle KU, die z.B.
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in einem integrierten Schaltkreis IC nach Figur 2 enthalten ist. Als
integrierter Schaltkreis IC wird z.B. der Baustein U111B der Firma AEG-Telefunken
verwendet. Der integrierte
Schaltkreis IC wird über den Vorwiderstand
Rv, die Diode D und den Siebkondensator C von der Netzwechselspannung gespeist.
An den Eingangsanschlüssen 1 und 14 steht dabei eine Gleichspannung ca. 12V bis
16V. An den Ausgangsanschlüssen 10 und 14 kann die konstante Ausgangsspannung -U
von z.B. 8,7V abgegriffen werden. Der integrierte Schaltkreis IC enthält außerdem
einen Operationsverstärker, der als Meß-Operationsverstärker M-OP nach Figur 1 verwendet
wird, und einen Ansteuerkreis ASt fü-r den elektronischen Schalter. Dieser Ansteuerkreis
ASt ist als Phasenanschnittsteuerkreis ausgebildet, der über den Eingang 11 von
dem Steuersignal StS ansteuerbar ist. Der Elektromotor M wird mit dem in Reihe geschalteten
elektronischen Schalter T von der Netzwechselspannung gespeist. Das den elektronischen
Schalter T leitend und nichtleitend steuernde Signal gibt der Ansteuerkreis ASt
über den Anschluß 2 und den Widerstand R15 auf die Steuerelektrode des elektronischen
Schalters T. Der Ansteuerkreis ASt wird über den Widerstand Rsyn, der mit dem Anschluß
8 verbunden ist, durch die Netzwechselspannung synchronisiert. Wie in der Figur
2 noch angedeutet ist, werden die Konstantspannungsquelle KU, der als Meß -Operationsverstärker
M-OP verwendete Operationsverstärker und der Ansteuerkreis ASt von der am Siebkondensator
C anstehenden Gleichspannung gespeist.
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Wie die Bezugszeichen 3, 4 und 5 am Meß-Operationsverstärker M-OP
zeigen, ist dieser ein Teil des integrierten Schaltkreises IC nach Figur 2. Die
Versorgungsspannung der Stromkreise nach Figur 1 ist die Ausgangs spannung -U der
Konstantspannungsquelle KU, die einen ersten Spannungsteiler aus den Widerständen
R2 und R3 und einen zweiten Spannungsteiler aus den Widerständen R4 bis R8 speist.
An dem Verbindungspunkt der Widerstände R2 und R3 wird die konstante Vor spannung
ul
abgegriffen, die dem ersten Eingang + des Meß-Operationsverstärkers
M-OP zugeführt wird. Der zweite Eingang - des Meß-Operationsverstärkers M-OP ist
über den Widerstand R1 mit dem Nullpotential der Ausgangsspannung -U verbunden.
Der temperaturabhängige Widerstand NTC ist mit einem Linearisierungswiderstand Ro
linearisiert, so daß die Temperatur-Widerstands-Kennlinie im Arbeitsbereich nur
noch Linearisierungsfehler kleiner als 1 % aufweist. Diese Linearisierung erfordert
einen konstanten Speisestrom für den temperaturabhängigen Widerstand NTC. Dies wird
dadurch erreicht, daß die Parallelschaltung aus temperaturabhängigem Widerstand
NTC und Linearisierungswiderstand Ro in den Gegenkopplungszweig des Meß-Operationsverstärkers
M-OP eingeschaltet wird, d.h. diese Parallelschaltung wird mit dem Ausgang und dem
zweiten Eingang - des Meß-Operationsverstärkers M-OP verbunden. Am Ausgang des Meß-Operationsverstärkers
M-OP wird die Meßspannung Um abgegeben, die im Arbeitsbereich sich mit der Temperatur
linear ändert und durch Ausnützung des Verstärkungsfaktors des Meß-Operationsverstärkers
M-OP einen großen Spannungsunterschied pro "C ergibt, der in der Größenordnung von
ca.
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0,2V/OC liegt. Da sich der Widerstand im Gegenkopplungszweig mit der
Temperatur ändert, ändert sich auch die Verstärkung des Meß-Operationsverstärkers
M-OP. Als Ergebnis ergibt sich daher die der Temperatur proportionale Meßspannung
um am Ausgang des Meß-Operationsverstärkers M-OP.
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Die Temperaturvorgabe für den Temperaturregler erfolgt über Bezugsspannung
u2, die an dem zweiten Spannungsteiler abgegriffen wird. Um einen Arbeitsbereich
von etwa 160C bis 310C einstellen zu können, erfolgt der Abgriff über den einstellbaren
Widerstand R6. Der Widerstand R5 ist ebenfalls einstellbar, um einen Abgleich für
den gewünschten Arbeitsbereich vornehmen zu können. Die einstellbare konstante Bezugs
spannung u2
wird über den Widerstand R10 dem ersten Eingang + des
Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP zugeführt. Dem zweiten Eingang - des Steuerungs-Operationsverstärkers
St-OP wird über den Widerstand R9 die Meßspannung Um zugeführt. Aus der Differenz
der Meßspannung Um und der vorgegebenen Bezugsspannung u2 bildet der Steuerungs-Operationsverstärker
St-OP das Steuersignal StS. Die Bezugsspannung u2 entspricht einer vorgegebenen
Solltemperatur. Wird diese Solltemperatur überschritten, dann steht eine Meßspannung
Um am Ausgang des Meß-Operationsverstärkers M-OP an, die zur Auslösung eines Steuersignals
StS am Ausgang des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP führt, das über den Ansteuerkreis
ASt des integrierten Schaltkreises IC den elektronischen Schalter T leitend steuert.
Der Elektromotor M des Kompressors wird eingeschaltet, so daß gekühlt wird.
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Damit die Abschaltung des Kompressors und die Wiedereinschaltung in
einem vorgegebenen Temperaturbereich erfolgt, ist der Ausgang des Steuerungs-Operationsverstärkers
St-OP über den Widerstand R11 mit dem ersten Eingang + des Steuerungs-J Operationsverstärkers
St-OP verbunden. Durch die Auslegung dieses Widerstandes R11 kann die Schalthysterese
des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP festgelegt werden. Dabei wird vorzugsweise
ein Sprung von einigen Grad Celsius gewählt. Erst wenn die Isttemperatur auf einen
Wert abgesunken ist, der durch die Differenz aus der Solltemperatur und dem durch
die Schalthysterese vorgegebenen Temperatursprung gegeben ist, wird das Steuersignal
StS die Abschaltung des Kompressors veranlassen.
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An dem zweiten Spannungsteiler wird zwischen den Widerständen R7 und
R8 noch eine Grenzspannung u3 abgegriffen, die einer vorgegebenen Grenztemperatur,
die nicht überschritten werden soll, entspricht. Die Meßspannung Um und diese Grenzspannung
u3 werden über die Widerstände R12 und R13 den Ein-
gängen eines
Alarm-Operationsverstärkers AL-OP zugeführt.
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Wird diese Grenztemperatur erreicht, dann gibt der Alarm-Operationsverstärker
AL-OP ein Alarmsignal ALS ab, das einen optischen und/oder akustischen Alarm einleitet.
Mit dem Widerstand R14 zwischen dem Ausgang und dem ersten Eingang + des Alarm-Operationsverstärkers
AL-OP, dem die Grenzspannung u3 zugeführt wird, kann auch hier eine Schalthysterese
vorgegeben werden. Diese Schalthysterese kann unabhängig von der Schalthysterese
des Steuerungs-Operationsverstärkers St-OP gewählt werden.
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Da am Ausgang des Meß-Operationsverstärkers M-OP nunmehr eine große
leistungsstarke Meßspannung Um zur Verfügung steht, kann die gemessene Temperatur
direkt und mit größerer Genauigkeit als bei bekannten Temperaturanzeigegeräten angezeigt
werden. Dazu wird nur ein als Temneraturanzeigevorrichtung TA verwendetes Meßinstrument
mit dem Ausgang des Meß-Operationsverstärkers M-OP verbunden, wie der Figur 1 zu
entnehmen ist.